申请/专利权人：清华大学

申请日：2018-11-22

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109356900B

主分类号：F15B15/14

分类号：F15B15/14;F16J15/3232

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.03.15#实质审查的生效;2019.02.19#公开

摘要：本发明公开了一种油气双向密封结构，包括主密封环，所述主密封环为左右对称结构，其与油缸配合面接触的一侧中部带有矩形沟槽，其另一侧两端对称式开设有第一椭圆形沟槽，副密封环内置在矩形沟槽内，第一密封圈过盈填充在第一椭圆形沟槽内；主密封环位于矩形沟槽的两侧对称式带有主密封唇，主密封唇与油缸配合面接触，形成多道迷宫密封结构，实现双向密封。本发明通过主密封环和副密封环的设计，能够满足左右双向密封的功能，有效切断高压油液和气体的流动，实现零泄漏；通过主密封环和副密封环底部密封圈的设计，分别为主密封环和副密封环提供足够的回弹力和可靠的密封性能，保证密封结构具有可靠的密封性能和较低的摩擦力，疲劳寿命高。

主权项：1.一种油气双向密封结构，其特征在于，包括：主密封环、副密封环和多个第一密封圈；其中，所述主密封环为左右对称结构，其与油缸配合面接触的一侧中部带有矩形沟槽，其另一侧两端对称式开设有第一椭圆形沟槽，所述副密封环内置在所述矩形沟槽内，所述第一密封圈过盈填充在所述第一椭圆形沟槽内；所述主密封环位于所述矩形沟槽的左右两侧对称式带有多个主密封唇，所述主密封唇与所述油缸配合面接触，形成多道迷宫密封结构；随着活塞向左或向右运动，相应一侧的所述主密封唇起主要密封作用，从而实现双向密封；所述副密封环为左右对称结构，其与所述油缸配合面接触的一侧带有两个对称分布的副密封唇，其另一侧两端对称式开设有两个第二椭圆形沟槽，所述第二椭圆形沟槽内过盈填充有第二密封圈；沿运动方向为前部，所述主密封唇与所述油缸配合面之间，所述副密封唇与所述油缸配合面之间均形成唇前角和唇后角，其中，所述唇前角大于所述唇后角；所述唇前角为30～80°；所述唇后角为5～30°；所述第一密封圈和第二密封圈为氟橡胶或丁腈橡胶，其邵氏硬度为70～90。

全文数据：一种油气双向密封结构技术领域本发明涉及密封件领域，特别是涉及一种油气双向密封结构。背景技术随着液压系统向高压、高速方向发展，液压油缸密封成为决定系统性能的关键部件，尤其对于伺服油缸、航空航天等液压系统，要求在高压高速下，密封具有高可靠性，连续长时间工作不发生泄漏，而且要求摩擦力小，提高系统效率，降低能耗。而目前使用的液压密封系统通常只能进行35MPa低压下单向密封，如斯特封、U型密封、Y型密封等，如果双向密封需要组合使用，结构复杂，尺寸大，而且在运动过程中容易发生倾斜及变性，导致摩擦力较大，对于压力高于35MPa的液压系统，目前传统的密封系统很容易发生泄漏，导致系统失效，甚至酿成严重事故。我国国土辽阔，南北气候温度差异较大，不同季节极限低温和高温环境下，进行可靠密封，是提高我国液压系统性能和工作效率的关键。随着我国智能汽车产业飞速发展，自动驾驶成为未来的发展趋势，自动驾驶中最关键的核心技术是线控制动系统，无论是高速行驶还是城市工况，随时都需要制动系统介入，而制动是关系行车安全的关键系统，目前，其制动装置为液压制动油缸，而我国在液压制动油缸的密封领域尚存在不足之处，因此，目前我国车企主要依赖进口，在可靠性、加压保压性能方面与国外产品具有较大差距。另外，人们对汽车的乘坐舒适性能要求不断提高，汽车悬架隔振越来越引起人们的重视，悬架是汽车行驶过程中隔离路面激励的关键部件，传统的被动悬架阻尼和刚度设计完成后都不能调节，整车平顺性和操纵稳定性不可兼顾，油气悬架具有优良减振性能、高能量密度、非线性刚度阻尼特性等成为目前先进的汽车悬架系统，使汽车在平滑路面、越野路面、空载、满载等不同工况下整车平顺性、操稳性、行驶安全性得到有效改善，尤其对于重型车辆、军用车辆等具有其他悬架类型不可比拟的优势，油气悬架中浮动活塞用于密封隔离悬架油缸内高压油液和高压气体，浮动活塞密封是油气悬架的最核心部件，决定悬架性能、寿命及可靠性。上述液压系统、液压制动油缸和油气悬架中均需要密封结构来实现隔离高压液、油和气，从而实现良好的性能。但现有的密封结构存在耐压性能低、容易发生泄漏、耐温变性能差等缺陷，不能满足使用要求。发明内容本发明主要解决的技术问题是提供一种油气双向密封结构，能够解决现有液压系统、液压制动油缸和油气悬架中的密封材料在阻挡高压油液或气体压力及泄漏量时存在的不足之处。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种油气双向密封结构，包括：主密封环、副密封环和多个第一密封圈；其中，所述主密封环为左右对称结构，其与油缸配合面接触的一侧中部带有矩形沟槽，其另一侧两端对称式开设有第一椭圆形沟槽，所述副密封环内置在所述矩形沟槽内，所述第一密封圈过盈填充在所述第一椭圆形沟槽内；所述主密封环位于所述矩形沟槽的左右两侧对称式带有多个主密封唇，所述主密封唇与所述油缸配合面接触，形成多道迷宫密封结构；随着活塞向左或向右运动，相应一侧的所述主密封唇起主要密封作用，从而实现双向密封。在本发明一个较佳实施例中，所述副密封环为左右对称结构，其与所述油缸配合面接触的一侧带有两个对称分布的副密封唇，其另一侧两端对称式开设有两个第二椭圆形沟槽，所述第二椭圆形沟槽内过盈填充有第二密封圈。在本发明一个较佳实施例中，沿运动方向为前部，所述主密封唇与所述油缸配合面之间，所述副密封唇与所述油缸配合面之间均形成唇前角和唇后角，其中，所述唇前角大于所述唇后角。在本发明一个较佳实施例中，位于所述矩形沟槽的左右两侧的主密封唇各有三个，自外向内依次为第一主密封唇、第二主密封唇和第三主密封唇，其中，所述第三主密封唇与所述油缸配合面接触后仅形成唇前角。在本发明一个较佳实施例中，所述唇前角为30～80°；所述唇后角为5～30°。在本发明一个较佳实施例中，所述主密封唇和副密封唇的顶部均为平台结构，其与所述油缸配合面之间构成面接触。在本发明一个较佳实施例中，所述第一密封圈和第二密封圈的过盈填充量均为10～40%。在本发明一个较佳实施例中，所述第一密封圈和第二密封圈为氟橡胶或丁腈橡胶，其邵氏硬度为70～90。在本发明一个较佳实施例中，所述第一密封圈和第二密封圈为O型圈、矩形圈或X形圈。在本发明一个较佳实施例中，所述主密封环的左右两侧与活塞之间、所述副密封环的左右两侧与所述主密封环之间均为非接触式配合。本发明的有益效果是：本发明一种油气双向密封结构，通过左右对称结构的主密封环和副密封环的结构设计，能够满足左右双向密封的功能，并通过多层主、副密封唇的设计，可有效切断高压油液和气体的流动，实现零泄漏；通过主密封环和副密封环的底部密封圈的设计，分别为主密封环和副密封环提供足够的回弹力和可靠的密封性能，保证密封结构在满足高速、极限高低温环境下，具有可靠的密封性能和较低的摩擦力，疲劳寿命高。附图说明图1是本发明一种油气双向密封结构一较佳实施例处于密封状态下的截面结构示意图；附图中各部件的标记如下：1.主密封环，2.副密封环，3.第一密封圈，4.第二密封圈，5.油缸配合面，6.活塞，11.矩形沟槽，12.第一椭圆形沟槽，13.主密封唇，21.副密封唇，22.第二椭圆形沟槽。具体实施方式下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，本发明实施例包括：实施例1本发明揭示了一种油气双向密封结构，包括：主密封环1，所述主密封环1为左右对称结构，其与油缸配合面5接触的一侧中部带有矩形沟槽11，其另一侧两端对称式开设有第一椭圆形沟槽12，副密封环2内置在所述矩形沟槽11内，第一密封圈3过盈填充在所述第一椭圆形沟槽12内；所述主密封环1位于所述矩形沟槽11的左右两侧对称式带有多个一体结构的主密封唇13，所述主密封唇13与所述油缸配合面5接触，形成多道迷宫密封结构。副密封环2，所述副密封环2为左右对称结构，内置在所述矩形沟槽11内，其与所述油缸配合面5接触的一侧带有两个一体结构且对称分布的副密封唇21，其另一侧两端对称式开设有两个第二椭圆形沟槽22，所述第二椭圆形沟槽22内过盈填充有第二密封圈4，并通过所述第二密封圈4与主密封环1接触连接。所述主密封环1的左右两侧与活塞之间存在密封沟槽，即两者非接触式配合，所述副密封环2的左右两侧与所述主密封环1之间也为非接触式配合。通过将主密封环1与活塞6之间，副密封环2与主密封环1之间均留有一定间隙，当密封结构处于极限高温环境或极限低温环境下，由于不同材料热膨胀系数不同，两侧间隙可以防止密封结构在极限温度下被挤压，影响密封效果，同时避免产生应力集中及破坏。第一密封圈3，所述第一密封圈3过盈填充在所述第一椭圆形沟槽12内，其初始的过盈填充量为10～40%。所述第一密封圈3为氟橡胶或氢化丁腈橡胶，具体为氟橡胶或氢化丁腈橡胶与本领域常用添加剂构成的橡胶混合物，耐热温度为-45～220℃，根据使用工况，调节其硬度为邵氏硬度70～90。其作用为：一方面为主密封环1提供均衡的回弹力和足够的支撑力，并防止运动过程中主密封环出现偏转导致接触面积增大而使摩擦力增大，从而保证主密封环具有可靠的密封性能，能够有效密封压力高达80MPa的油液或气体；另一方面，主密封环1通过底部两个间隔的第二椭圆形密封沟槽12的设计，为每个第一密封圈3提供单独的安装空间，且将两个第一密封圈3分开，可有效防止第一密封圈3发生挤压变形，有助于提高其使用寿命和可靠性。第二密封圈4，所述第二密封圈4过盈填充在所述第二椭圆形沟槽22内，其初始的过盈填充量为10～40%。所述第二密封圈4为氟橡胶或氢化丁腈橡胶，具体为氟橡胶或氢化丁腈橡胶与本领域常用添加剂构成的橡胶混合物，耐热温度为-45～220℃，根据使用工况，调节其硬度为邵氏硬度70～90。其作用为：将副密封环2支撑在主密封环1的矩形沟槽11内，并提供均匀的支撑力和足够的回弹力，防止副密封环在运动过程中出现偏转，从而保证副密封环具有可靠的密封性能，另一方面，副密封环2通过两个间隔的第二椭圆形沟槽22的设计，为两个第二密封圈4提供了单独的安装空间，可有效防止第二密封圈4发生挤压变形，有助于提高其使用寿命和可靠性。上述第一椭圆形沟槽12和第二椭圆形沟槽22的棱角处均为倒圆角结构，以免刮伤橡胶材质的第一密封圈3和第二密封圈4。上述主密封环中，位于所述矩形沟槽11的左右两侧的主密封唇13各有三个，自外向内依次为第一主密封唇、第二主密封唇和第三主密封唇，分别形成3道密封结构。沿运动方向为前部，第一主密封唇和第二主密封唇与所述油缸配合面之间均形成唇前角和唇后角，第三主密封唇与所述油缸配合面接触后仅形成唇前角，无唇后角。该第三主密封唇形成的第三道密封结构，除了起到密封作用外，还能够在主密封环运动过程中提供支撑作用，防止主密封环1发生偏转。沿运动方向为前部，两个副密封唇分别与所述油缸配合面之间均形成唇前角和唇后角。所述唇前角大于所述唇后角。具体地，上述唇前角为30～80°；所述唇后角为5～30°。通过唇前角远大于唇后角的设计，使唇前角附近的压力梯度大于唇后角压力梯度，有利于往复运动过程中的反泵油效应，提高密封性能。同时密封面只有密封唇局部和配合面接触，接触面积小，不会像斯特封等在运动过程中发生偏转导致接触摩擦力增大。另外，在密封压力较大的工况下，将主密封唇13和副密封唇21的顶部设计成平台结构，使其与油缸接触面之间形成面接触，可避免密封唇与油缸配合面之间接触面积太小而产生应力集中，从而导致密封唇产生过度磨损。该设计还可以避免密封唇磨损后第一密封圈和第二密封圈作用在主密封环和副密封环上的支撑力变小，有利于提高密封结构的可靠性。所述主密封环和副密封环均采用低摩擦性能的材料，如聚四氟乙烯复合材料，只要能够提供稳定可靠的回弹力，效果相同即可。上述密封结构随着活塞向左或向右运动，相应一侧的所述主密封唇和副密封唇起主要密封作用，从而实现双向密封。具体运动密封情况如下：当活塞向左运动，油缸固定不动，左侧密封起主要密封作用，位于左侧的三道主密封唇能够有效降低油液压力和泄露量，使达到副密封环的油液或气体压力大幅降低；同时，副密封环左侧的副密封唇与油缸接触面接触，并形成唇前角大于唇后角的结构，能够有效切断残余的油液或气体流动，实现零泄漏。当活塞向右运动，油缸固定不动，右侧密封起主要密封作用，位于右侧的三道主密封唇能够有效降低油液压力和泄露量，使达到副密封环的油液或气体压力大幅降低；同时，副密封环右侧的副密封唇与油缸接触面接触，并形成唇前角大于唇后角的结构，能够有效切断残余的油液或气体流动，实现零泄漏。本发明通过主密封环和副密封环的相互配合，当其中一种密封环因磨损失效后，不影响另一种密封环的密封性能，从而提高本发明的双向密封结构的可靠性。另外，活塞与配合面之间有很小的间隙，轴向具有一定间隙长度，以降低油缸内传递到密封处的压力，活塞与配合面通过导向带支撑，导向带为低摩擦聚四氟乙烯复合材料，提供径向支撑力，保持活塞和密封环具有良好同轴度，密封配合面粗糙度要求低于Ra0.5微米。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种油气双向密封结构，其特征在于，包括：主密封环、副密封环和多个第一密封圈；其中，所述主密封环为左右对称结构，其与油缸配合面接触的一侧中部带有矩形沟槽，其另一侧两端对称式开设有第一椭圆形沟槽，所述副密封环内置在所述矩形沟槽内，所述第一密封圈过盈填充在所述第一椭圆形沟槽内；所述主密封环位于所述矩形沟槽的左右两侧对称式带有多个主密封唇，所述主密封唇与所述油缸配合面接触，形成多道迷宫密封结构；随着活塞向左或向右运动，相应一侧的所述主密封唇起主要密封作用，从而实现双向密封。2.根据权利要求1所述的油气双向密封结构，其特征在于，所述副密封环为左右对称结构，其与所述油缸配合面接触的一侧带有两个对称分布的副密封唇，其另一侧两端对称式开设有两个第二椭圆形沟槽，所述第二椭圆形沟槽内过盈填充有第二密封圈。3.根据权利要求1所述的油气双向密封结构，其特征在于，沿运动方向为前部，所述主密封唇与所述油缸配合面之间，所述副密封唇与所述油缸配合面之间均形成唇前角和唇后角，其中，所述唇前角大于所述唇后角。4.根据权利要求4所述的油气双向密封结构，其特征在于，位于所述矩形沟槽的左右两侧的主密封唇各有三个，自外向内依次为第一主密封唇、第二主密封唇和第三主密封唇，其中，所述第三主密封唇与所述油缸配合面接触后仅形成唇前角。5.根据权利要求4所述的油气双向密封结构，其特征在于，所述唇前角为30～80°；所述唇后角为5～30°。6.根据权利要求3所述的油气双向密封结构，其特征在于，所述主密封唇和副密封唇的顶部均为平台结构，其与所述油缸配合面之间构成面接触。7.根据权利要求2所述的油气双向密封结构，其特征在于，所述第一密封圈和第二密封圈的过盈填充量均为10～40%。8.根据权利要求7所述的油气双向密封结构，其特征在于，所述第一密封圈和第二密封圈为氟橡胶或丁腈橡胶，其邵氏硬度为70～90。9.根据权利要求8所述的油气双向密封结构，其特征在于，所述第一密封圈和第二密封圈为O型圈、矩形圈或X形圈。10.根据权利要求2所述的油气双向密封结构，其特征在于，所述主密封环的左右两侧与活塞之间、所述副密封环的左右两侧与所述主密封环之间均为非接触式配合。

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