齿轮齿条液动执行器上的活塞密封是最重要的密封。今天谈谈最多的两种结构。U型（Y型）与方形（格莱圈型）。

 

 

U型密封一般是聚氨酯材料+丁晴橡胶组合，方形密封一般材料是PTFE+青铜粉与丁腈橡胶组合。

	U型密封	方形密封	结果
孔加工要求	H9	H9	相同
250Bar间隙	≤0.5mm	≤0.4mm	U型容易加工
光洁度Rt	≤10	≤4	U型容易加工
速度	≤0.5米/秒	≤15米/秒	都能满足要求
温度	-40℃/+110℃	-30℃/+110℃	都能满足要求

对于齿条油缸运动速度，一般来讲，每秒运动10毫米行程速度能满足大多数需求。

一项有意思的研究由国内几家密封件制造商展开，主要研究密封件应力松弛现象。应力松弛指的是产品在变形不变的情况下，应力随时间逐渐衰弱的情况，橡胶，塑料等聚合物材料产生应力松弛现象原因是分子热运动的结果。对于密封件来讲，发生应力松弛现象导致密封件密封不良，发生泄漏，影响产品质量及设备寿命。他们的研究是用活塞杆密封来研究，主要是用活塞杆密封利于测量，虽然有别于活塞密封，但是研究的失效分析及结果对活塞密封同样有参考意义。

下图为研究的两组同一活塞杆尺寸规格的密封：

 

 

研究结果之一：

一：160℃下两种活塞杆密封件应力松弛现象

 

从上图看出，随时间推移，不同材料，不同结构的密封件都会发生应力松弛现象。

从下图数据分析看出， （数值为根据研究图形估计）

 

总体来看，U型圈衰减速率比较均匀，方型圈衰减速率开始较大，后面较小。

	30分钟衰减值	衰减速率
U型圈（前30分钟）	2..2N	0.074N/分钟
U型圈（后30分钟）	1.2N	0.04N/分钟
方型圈（前30分钟）	11.8N	3.94N/分钟
方型圈（后30分钟）	3.8N	0.13N/分钟

二：研究结果之二

研究小组对不用温度下的的密封件应力衰减进行研究，结果如下：

 

总体来看，随着温度升高，不同材质及结构的密封件都出现应力衰减现象。从图形看出，随温度升高，U圈应力衰减速率逐渐减小，而方形圈衰减速率变大。U型圈衰减速率比较均匀，方型圈衰减速率开始较大，后面较小。

我们分析如下（图中计算数值根据图形估计），根据液压系统常见温度范围40℃-80℃分析。

 

 

	衰减值 （单位N）	速率 （N/℃）	平均衰减速率（N/℃）
U-样1	2.5	0.0625	0.0708
U-样2	3.5	0.0875
U-样3	2.5	0.0625
方-样1	10	0.25	0.2358
方-样2	10	0.25
方-样3	8.3	0.2075

 

根据曲线计算出，U型圈在液压系统常见温度下，其平均衰减速率比方型圈衰减速率小。

另外从研究团队的两个曲线值都看出，U型圈施加对杆的初始应力都比方型圈的应力大。

			U型圈			方型圈
研究1			71.5N			38N
研究2	U-样1	U-样2		U-样3	方-样1		方-样2	方-样3
	123N	115N		115N	94N		88N	68N

 

本文中图片及结论来自于4家研究团队论文编号为J.ISSN1008-0813.2020.04.006的发表文章。表格是作者根据图形数值或预估加工而成，利于理解研究结果。

 

应力衰减涉及到密封圈的密封效果， 无论从初始施加的应力值， 随时间衰减的速率，随温度上升衰减的速率来看。U型圈在一定程度上密封效果要优于方形圈。

同时，U型圈对于壳体活塞孔加工要求相对与方型圈要求弱低一些。

对于初始应力，U型圈应力大于方型圈应力，导致U型圈活塞摩擦力大于方型圈摩擦力。

群美机电科技公司制造的阀门液动执行器结构选用进口的U型密封结构。实际测试下来，启动摩擦力满足技术要求。