針對(duì)彈性液壓往復(fù)密封增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究的不足，提出彈性往復(fù)密封的增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程模型。通過對(duì)密封的使用工況分析，選擇彈性密封的類型和材料；依據(jù)密封的操作運(yùn)行參數(shù)，設(shè)計(jì)密封件的拉伸量、壓縮率或過盈量、密封的間隙和精度； 根據(jù)密封的增效形狀設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在基型基礎(chǔ)上進(jìn)行密封截面的變形設(shè)計(jì)和密封的延壽組合設(shè)計(jì)。某液壓缸活塞桿的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性。

　　現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，迫切需要結(jié)構(gòu)簡單、高效、安全、長壽命、無泄漏的往復(fù)密封裝置。然而，密封裝置的設(shè)計(jì)不合理造成的液壓基礎(chǔ)零部件的密封性差、容易漏油等問題一直是困擾國內(nèi)液壓基礎(chǔ)零部件行業(yè)的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是基于經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案的密封性也只能通過昂貴的實(shí)驗(yàn)評(píng)估。近幾年出現(xiàn)的基于有限元方法的往復(fù)密封力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)分析，為往復(fù)密封的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了直觀和快捷的方法。但往復(fù)密封的增效設(shè)計(jì)研究剛剛起步，文獻(xiàn)對(duì)基于TRIZ 理論的液壓往復(fù)密封改進(jìn)設(shè)計(jì)方法和往復(fù)密封的增效技術(shù)進(jìn)行了初步探索，并設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)密封介質(zhì)壓力和自動(dòng)補(bǔ)償密封力的往復(fù)密封裝置，但從理論上并沒有提出一套系統(tǒng)的增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為往復(fù)密封的增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，可為密封設(shè)計(jì)人員提供密封增效設(shè)計(jì)的參考準(zhǔn)則和可操作的設(shè)計(jì)方法指導(dǎo)，為我國液壓密封件的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)液壓設(shè)備的高健康率、高安全率、高生產(chǎn)率和低能耗、低維修費(fèi)，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1、彈性往復(fù)密封增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

　　根據(jù)文獻(xiàn)提出的彈性液壓往復(fù)密封的增效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，提出了如圖1 所示的彈性往復(fù)密封增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程模型。它是在液壓往復(fù)密封的工況分析基礎(chǔ)上，根據(jù)增效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)密封件的基型進(jìn)行初步的增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后，通過有限元分析進(jìn)一步進(jìn)行增效結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。

　　密封的使用工況分析是對(duì)需要密封的流體特性、密封介質(zhì)的壓力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度、工作環(huán)境溫度、密封裝置的使用壽命、密封腔體及其材料情況進(jìn)行分析，確定密封的工作參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，從而選擇合適的密封件類型。密封的增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括密封的間隙和精度設(shè)計(jì)、密封件的組合設(shè)計(jì)、密封件的截面形狀設(shè)計(jì)和基于有限元分析的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1 彈性往復(fù)密封的增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

2、彈性液壓往復(fù)密封的類型選擇

　　彈性液壓往復(fù)密封屬于接觸式密封，安裝時(shí)使其預(yù)先具有一定的壓縮量，工作時(shí)在油壓作用下，通過彈性變形改變密封偶合面間的接觸壓力實(shí)現(xiàn)自緊密封。

　　彈性液壓往復(fù)密封件根據(jù)其工作原理可分為擠壓型密封和唇形密封2 種形式。前者依靠初始安裝時(shí)的預(yù)應(yīng)力和施加的預(yù)壓縮變形阻塞泄漏通道獲得密封效果；后者則是依靠初始安裝時(shí)的預(yù)應(yīng)力，用其唇邊緊貼密封偶合面阻塞泄漏通道獲得密封效果，壓力作用時(shí)，唇邊進(jìn)一步緊貼密封面增強(qiáng)密封效果。擠壓密封根據(jù)截面形狀不同有O 形圈、D 形圈、矩形圈、X形圈、H 形圈、三角形圈、T 形圈和異形圈等類型，主要用于壓力不大的往復(fù)密封，該類密封件結(jié)構(gòu)簡單、所需空間小、動(dòng)摩擦阻力小、價(jià)格低。唇密封根

　　據(jù)截面形狀有Y 形圈、YX形圈、V 形圈、L 形圈、U形圈、J 形圈、鼓形、山形和蕾形等類型。除J 形圈和L 形圈用于密封壓力低于1 MPa 的往復(fù)密封外，其他唇密封可用于高、中和低壓往復(fù)密封，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度一般在0.15 ～0.5 mm/s 之間。該類密封摩擦阻力小、密封可靠、對(duì)磨損具有一定的補(bǔ)償作用，應(yīng)用廣泛。

　　選擇密封件時(shí)，根據(jù)密封的工作條件( 如工作壓力與速度、工作環(huán)境溫度) 和性能指標(biāo)( 如泄漏量的限制和使用壽命) 及與流體的相容性選擇密封件類型和密封件材料。

5、結(jié)論

　　(1) 針對(duì)傳統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣也只能通過昂貴的實(shí)驗(yàn)評(píng)估的缺點(diǎn)，提出了彈性往復(fù)密封的增效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程模型。確立了彈性往復(fù)密封增效結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括密封件的選型、密封件的壓縮和拉伸( 或過盈) 設(shè)計(jì)、密封間隙和精度設(shè)計(jì)、密封截面變形設(shè)計(jì)和密封的延壽組合設(shè)計(jì)、密封的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

　　(2) 應(yīng)用某液壓缸的活塞桿密封結(jié)構(gòu)實(shí)例的設(shè)計(jì)過程驗(yàn)證了該方法的有效性。