1、 密封原理
Y形圈依靠其張開的唇邊貼于密封副偶合面。無內(nèi)壓時(shí)，僅僅因唇尖的
變形而產(chǎn)生很小的接觸壓力。在密封的情況下，與密封介質(zhì)接觸的每一點(diǎn)上均有
與介質(zhì)壓力相等的法向壓力，所以唇形圈底部將受到軸向壓縮，唇部受到周向壓
縮，與密封面接觸變寬，同時(shí)接觸應(yīng)力增加。當(dāng)內(nèi)壓再升高時(shí)，接觸壓力的分布
形式和大小進(jìn)一步改變，唇部與密封面配合更緊密，所以密封性更好，這就是 Y
形圈的“自封作用”。由于這種自封作用，一個(gè) Y 形圈能有效的封住 32MPa 的
高壓。
壓力賦能型密封的有效密封壓力等于預(yù)壓力與流體壓力之和。Y 形密封圈
通過唇邊的作用將流體壓力有效作用于密封，其預(yù)壓力可以降到很小值，并且流
體壓力越高，預(yù)壓力的效用越小，在高壓場(chǎng)合，預(yù)壓力的作用可以忽略不計(jì)。這
時(shí)降低密封摩擦力是有利的，因?yàn)槊芊饽Σ亮εc密封接觸壓力成正比。所以 Y
形密封圈在保證密封的同時(shí)，摩擦力小于擠壓型密封。
Y形圈主要用于往復(fù)密封，由其工作原理可知，Y 形圈安裝時(shí)，唇口要
對(duì)著壓力高的一側(cè)，才能發(fā)揮作用，所以 Y形圈只能單向起作用。
當(dāng)偶合件以工作速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在密封唇與滑移面之間形成一層密封油
膜，油膜的存在可改善密封圈的摩擦條件，減小磨損；油膜在氣動(dòng)密封中起密封
作用。在液壓元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)件伸出與縮進(jìn)時(shí)油膜厚度是不同的，這一
油膜厚度差積聚會(huì)造成泄漏。所以，Y 形圈正常工作時(shí)，也有極少量泄漏發(fā)生，
當(dāng)往復(fù)速度大時(shí)，泄漏量大。這是因?yàn)橥鶑?fù)速度大時(shí)，往復(fù)次數(shù)變得很頻繁，同
時(shí)油膜的流體動(dòng)力作用使油膜厚度增加，形成了油膜的快速積聚作用。當(dāng)工作油
的粘度增大時(shí)，油膜厚度因此增加，往復(fù)速度所造成的泄漏量也增大。但是由于
液壓油的粘度隨著溫度的升高而降低，所以液壓設(shè)備在低溫下啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)開始
時(shí)的泄漏較大，隨著運(yùn)動(dòng)過程中因各種損失引起溫度升高，泄漏量會(huì)逐漸減少。
活塞在往復(fù)形成中的泄漏情況是不同的。當(dāng)內(nèi)壓較低時(shí)，抽出行程中的泄漏
量隨內(nèi)壓增大而增大；壓入行程中隨內(nèi)壓增大而減小。當(dāng)內(nèi)壓足夠大時(shí)（約大于
7.5MPa），泄漏不再隨內(nèi)壓而變化。
當(dāng) Y形圈內(nèi)壓 p1 較低時(shí)，摩擦力隨內(nèi)壓增大而增大。當(dāng)內(nèi)壓足夠大時(shí)，
摩擦力不再有很大變化。如潤滑良好，甚至有下降趨勢(shì)。國外關(guān)于 Y 形圈的起
動(dòng)摩擦試驗(yàn)結(jié)果表明起動(dòng)摩擦與停車時(shí)間關(guān)系不大，這是與 O 形圈最大的區(qū)別。
這對(duì)于斷續(xù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械是極為有利的。同時(shí)在內(nèi)壓較低時(shí)，起動(dòng)摩擦隨內(nèi)壓得增
大而增大，當(dāng)內(nèi)壓超過 5MPa 時(shí)，起動(dòng)摩擦將與內(nèi)壓無關(guān)。所以對(duì)于高壓斷續(xù)的
機(jī)械，不會(huì)有起動(dòng)摩擦過大的問題。密封唇邊磨損后，因介質(zhì)壓力的作用，唇邊
具有一定的自動(dòng)補(bǔ)償能力。
2、 Y形圈主要性能 Y形圈是液壓氣動(dòng)系統(tǒng)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封裝置常用的密封件，其使用壽命
和密封性能均高于 O 形密封圈。Y 形圈唇部比單一的 V 形密封圈寬，因此密封
性能更好，只需使用一個(gè)，所以摩擦力小于 V 形密封圈。Y形圈可以通過
改變斷面結(jié)構(gòu)和尺寸來適應(yīng)壓力和密封性能的要求。Y形圈適用工作壓力不
大于 40MPa；工作溫度-30~80℃；工作速度范圍；用丁腈橡膠制作時(shí)為
0.01~0.6m/s，采用聚氨酯橡膠制作時(shí)則為 0.05~0.1m/s。
Y形圈最常用的材料是聚氨酯橡膠，聚氨酯橡膠 Y形圈的密封性
能能好，使用壽命及使用不同擋圈時(shí)的工作壓力極限均較高。
Y 型密封圈特點(diǎn)可歸納如下
1）密封性能可靠
2）摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
3）耐壓性好，使用壓力范圍廣。
4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。
5）安裝方便。
其主要缺點(diǎn)是只能單向起作用，活塞類的雙向密封需使用一對(duì) Y形圈，
增加了軸向尺寸；普通 Y形圈的斷面尺寸大于 O 形密封圈，所以安裝溝槽
尺寸較大，為了便于安裝有時(shí)需使用分割式溝槽?，F(xiàn)在許多國家開發(fā)了小斷面尺
寸 Y 形圈，尺寸與安裝問題正在逐步改善。
3、 Y形圈類型
1）普通 Y形圈
Y形圈按其截面高寬比例不同，可分為款型，窄型，（L1、L2）YX 型、
等高唇和不等高唇；按其用途可分為孔用、軸用和通用型。通用型 Y形圈
兩唇高度相等，唇邊再密封偶合件兩壁面上的壓應(yīng)力相同。不等高唇 Y 形密封
圈兩唇高度不同，不等高唇 Y形圈又分孔用和軸用型，使用時(shí)長唇緊貼在
密封溝槽底部，與非運(yùn)動(dòng)表面接觸，并且有較大的過盈量，因而摩擦阻力大，使
密封圈的穩(wěn)定性得到提高；短唇與運(yùn)動(dòng)表面接觸，減小了唇部與工作表面的摩擦
阻力，并有利于防止逆壓損壞。
近年來開發(fā)使用的小 Y形圈或稱 YX 形密封圈，是一種新型的密封結(jié)
構(gòu)。這是一種不等唇邊的 Y形圈，因此分孔用和軸用兩種。YX 形密封圈的
斷面高度是厚度的兩倍以上，所以不易在溝中翻轉(zhuǎn)，即使在工作壓力和滑動(dòng)速度
變化較大時(shí)，也不用加支承圈。此外，YX 形密封圈的根部和短腳唇邊都有 30
°倒角，在高壓下不易擠入間隙。YX 形密封圈適用于溫度為-20~80℃，壓力低
于 32MPa 的礦物油中工作。當(dāng)壓力高于 32MPa 時(shí)，為防止密封圈被擠入間隙，應(yīng)在密封圈根部放個(gè)擋圈。擋圈材料可用聚四氟乙烯，尼龍 1010 等，硬度 HS
≥90。
2）Y形圈的改形和發(fā)展
隨著液壓、氣動(dòng)對(duì)密封越來越高的要求，Y 形圈的結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)展，又出
現(xiàn)了許多改形 Y 形圈設(shè)計(jì)方案，特別是氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，小型氣缸廣泛應(yīng)用于
各種設(shè)備中，Y形圈也有小型化的趨勢(shì)。此外，氣動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展對(duì) Y 形密
封圈提出了小型化的要求，為了減少零件數(shù)、方便安裝，提出了整體式溝槽要求。
許多國家開發(fā)出了可裝于整體式溝槽的內(nèi)、外徑對(duì)稱的小截面 Y形圈，Y
形密封圈的截面尺寸也越來越小。
ⅰ、帶有副唇的 Y形圈 帶有副唇的 Y形圈的結(jié)構(gòu)在主密封唇的
后側(cè)，設(shè)計(jì)了一個(gè)副唇，每次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后，從主唇面泄漏的油膜，由副唇刮取，
在主，副唇間殘留下微量液體（工作介質(zhì)或潤滑液）。隨著往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)的增多，
殘留液體將充滿主，副唇間，形成特殊的“圍困區(qū)”。當(dāng)主唇處于工作狀態(tài)時(shí)，
由于“圍困區(qū)”內(nèi)液體不可壓縮，其間壓力高于工作腔內(nèi)的壓力。此時(shí)，副唇與
偶合面的接觸應(yīng)力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主唇與偶合面的接觸應(yīng)力。因此，當(dāng)軸外伸時(shí)迫使
“圍困區(qū)”內(nèi)的液體壓回工作腔，從而形成了可靠的密封狀態(tài)，提高了 Y 形密
封圈的性能?！皣^(qū)”內(nèi)的壓力越高，則副唇對(duì)偶合面接觸應(yīng)力越大，密封性
能也就越好。
這種形式的密封圈常用于軸密封。因?yàn)檩S用密封泄漏直接流至元件外部，對(duì)
密封性要求很高。但如果密封性很高，普通 Y 形圈的密封唇將油膜完全刮掉，
唇后部的潤滑狀態(tài)便會(huì)惡化，加劇磨損。帶有副唇的 Y形圈在主、副唇間
形成潤滑油槽，較好的解決了這個(gè)矛盾。
ⅱ、鑲嵌擋圈的 Y 形圈 對(duì)于工作壓力超過 25MPa 的 Y形圈，為保
證其使用壽命，防止密封圈的根部被擠入間隙而被咬壞，可在 Y 形圈沿滑移面
根部處鑲嵌擋圈，靠唇的大部分是橡膠，底部鑲嵌有剛性較高的塑料材料；如聚
四氟乙烯、聚酰胺，起擋圈作用，同時(shí)有利于防止 Y 形圈扭轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)將 Y
形密封圈的密封功能和擋圈的防擠出功能復(fù)合在一個(gè)密封件上，簡(jiǎn)化了密封裝
置。這種復(fù)合 Y 形圈，耐壓范圍 0~32MPa，而且摩擦阻力小，抗擊出性能良好。
起擋圈作用的硬環(huán)截面形狀有平行、方形、角形、L 形、U 形等，有些結(jié)構(gòu)同時(shí)
帶有密封棱邊。
ⅲ、帶防塵圈的 Y形圈，在 Y形圈后部增加了一個(gè)防塵唇，可以
看成將 Y形圈與防塵圈復(fù)合在一個(gè)密封件上。這種密封圈的材料主要考慮 Y
形密封圈的要求采用橡膠。
ⅳ、雙向 H 形密封圈 H 形密封圈是一種介于唇形密封和預(yù)壓形密封之間
的結(jié)構(gòu)形式?？蓪⑵湟暈閮蓚€(gè)唇形密封圈背靠背的組合一體（也可看成擠壓型的X 形圈的變形）。這種結(jié)構(gòu)用于活塞缸密封，只需使用一個(gè)便可實(shí)現(xiàn)雙向密封，
所以又稱為雙向 H 形密封圈，有利于簡(jiǎn)化密封裝置，減小液壓元件的尺寸。
O 形圈為代表的單純的擠壓型密封圈，預(yù)壓量小則密封接觸壓力低，不能用
于高壓密封；預(yù)壓量大則安裝困難，摩擦阻力增大。用于高壓動(dòng)密封，還存在滾
動(dòng)等不正常工作狀態(tài)，極易損壞。X 形圈則在高壓時(shí)變形量增加，密封圈在溝槽
內(nèi)形態(tài)不穩(wěn)定，也不能用于高壓。H 形雙向密封，在密封圈的兩側(cè)開設(shè)溝谷，因
而與預(yù)壓型密封的單純壓縮變形不同，具有與 Y 形密封類似的唇邊，使之具有
自密封能力，能適應(yīng)介質(zhì)工作壓力而改變接觸壓力，獲得良好的密封性能。它的
摩擦力比 O 形圈小，尤其是在低速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，更是如此。
但 H 形密封圈總有一個(gè)唇邊反向受壓，容易引起唇邊擠入間隙而損壞，所
以一般的 H 形密封圈不能耐壓，只適用于氣動(dòng)密封或 5MPa 以下的低壓系統(tǒng)中。
有一種耐壓型 H 形密封圈，它將唇部加厚，這樣即使承受流體壓力，唇部
變形和很小。而且，中間部分比兩側(cè)唇部窄，使密封圈與密封面之間有一個(gè)間隙，
可造成流體壓力作用，防止向背壓一側(cè)的變形，避免唇部被擠入間隙。使用耐壓
H 形密封圈在保證密封性、耐壓性的同時(shí)，減小了 Y形圈的尺寸。只需使
用一個(gè) H 形密封圈，便可獲得雙向密封，且可縮短活塞長度，降低動(dòng)力缸的價(jià)
格。
H 形密封圈在高壓下使用，需要擋圈支撐，以消除擠出現(xiàn)象。改變擋圈的組
成和結(jié)構(gòu)方式，可以適應(yīng)不同的工作壓力。
4、Y形圈主要失效原因及其解決措施
1）間隙咬傷
Y形圈的間隙咬傷現(xiàn)象與原因與 O 形圈的類似，發(fā)生在根部。同樣，
解決措施是：根據(jù)工作壓力限制密封間隙、正確選用 Y 形圈材料。對(duì)工作壓力
大于 16MPa 的 Y形圈，應(yīng)設(shè)置擋圈或使用根部鑲有擋圈的專用密封圈。擋
圈通常使用剛性較高的塑料材料，如聚四氟乙烯，聚酰胺等。
2）逆壓損壞
Y形圈作為雙作用活塞缸的活塞用密封時(shí)，必須成對(duì)使用，以封住兩個(gè)
方向的高壓流體。這樣在活塞上兩個(gè)背靠背的唇型圈之間，或在液壓缸活塞桿與
導(dǎo)套中間的兩個(gè)唇型圈之間就會(huì)逐漸滲入流體形成蓄壓。在工作壓力卸去時(shí)，或
往復(fù)運(yùn)動(dòng)中蓄壓壓力高于工作壓力時(shí)，Y形圈在安裝槽內(nèi)就會(huì)從根部被反向
擠壓，其唇尖被擠入缸筒和活塞之間的縫隙內(nèi)被夾破，造成逆壓損壞。
逆壓損壞的防止措施是
ⅰ、在活塞上開小孔釋放蓄壓。當(dāng)工作壓力卸去時(shí)，通過小孔可以引出被困
流體，釋放蓄壓。
ⅱ、設(shè)置支撐環(huán)。支撐環(huán)作用在活塞用 Y 形圈的兩唇之間，頂住 Y 形圈，
使之不能軸向竄動(dòng)，不被反向擠出。此外，凹槽部位開置數(shù)個(gè)沿圓周均布的導(dǎo)油孔，以利于壓力介質(zhì)通過小孔作用于 Y形圈的凹部，撐開 Y形圈的雙
唇；同時(shí)避免造成背壓，使困油排油流暢，保持 Y 形圈密封姿勢(shì)。這一措施對(duì)
防止 Y 形圈逆壓損壞效果更好。
3）翻轉(zhuǎn)
如果運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力產(chǎn)生的外力矩大于密封圈本身的抗扭能力，密封圈就會(huì)整
周翻轉(zhuǎn)或局部翻轉(zhuǎn)，喪失密封能力。為防止密封翻轉(zhuǎn)，可提高膠料硬度或采用支
撐環(huán)。設(shè)置支撐環(huán)對(duì)防止 Y形圈在安轉(zhuǎn)槽內(nèi)的各種錯(cuò)位均有較好的效果。Y
形密封圈鑲嵌擋圈后也能抑制翻轉(zhuǎn)。
4）根部磨損
密封圈根部磨損嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起泄漏。根部磨損的主要原因是過盈量太大，產(chǎn)
生較大的摩擦力及干摩擦所致。因此，必須注意密封圈的內(nèi)徑尺寸與孔軸及溝槽
尺寸的關(guān)系。
對(duì)軸用 Y形圈，其內(nèi)徑 d1 宜大于軸徑 d2；其外徑 D1 宜大于溝槽底徑
D2；對(duì)孔用 Y形圈，其內(nèi)徑 d3 宜小于溝槽內(nèi)徑 d4；其外徑 D3 宜小于缸徑
D4。即 Y形圈與溝槽底部要壓緊，與被密封滑移面有一定間隙；滑移面的
密封接觸應(yīng)力靠被密封介質(zhì)工作壓力作用在 Y 形圈唇邊上獲得。
密封圈的磨損還與滑動(dòng)表面的粗糙度有關(guān)，粗糙表面加速密封圈的磨損；還
與加工方法有關(guān)。例如，同一級(jí)粗糙度的拋光軸對(duì)密封圈的磨損要比磨光軸小得
多。
5）異常聲
液壓缸在高壓低速情況下工作時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生“辟里，辟里”的響聲。其原
因是 Y形圈沿軸或缸內(nèi)壁滑動(dòng)時(shí)，橡膠與金屬接觸面出現(xiàn)短暫的附著—脫
離—附著—脫離現(xiàn)象，這會(huì)使密封裝置的壽命降低。其解決方法是：降低橡膠的
摩擦系數(shù)，使密封接觸面始終保持潤滑油膜；還應(yīng)注意工作介質(zhì)或潤滑劑的黏度
不要過低的。
6）塵埃損傷
泥水，塵埃和砂石等侵入液壓缸，往往會(huì)使密封圈產(chǎn)生異常磨耗，應(yīng)在活塞
桿外伸端設(shè)置防塵圈，并保證防塵效果，以防有害雜質(zhì)進(jìn)入液壓缸。
5、Y形圈設(shè)計(jì)
Y形圈的形狀、型號(hào)可根據(jù)使用條件，參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)或選用；溝槽設(shè)計(jì)
一般可根據(jù)所選 Y形圈查相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)得其形狀、尺寸及公差。作為密封裝置
的一般設(shè)計(jì)原則，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）容納密封圈的腔體應(yīng)設(shè)計(jì)的盡可能簡(jiǎn)單、緊湊、便于拆裝。
2）支撐件和壓緊件與缸壁（或活塞桿）的間隙不能太大；但也不能過小，否則
在受偏心載荷作用時(shí)易產(chǎn)生卡緊現(xiàn)象，造成損傷。
3）在粉塵大的工作環(huán)境使用時(shí)，需配用可靠的防塵圈。 4）設(shè)計(jì)密封圈的安裝部位時(shí)，應(yīng)盡量避免在安裝密封圈時(shí)有過大的拉伸。
5）應(yīng)注意密封圈的安裝方向，不要使載荷壓力加于密封圈的背面。
6）密封圈相對(duì)滑動(dòng)面粗糙一般取 Ra=0.2μm 比較合適，工作條件不太嚴(yán)時(shí)，可
取。Ra=0.4μm?；瑒?dòng)表面不允許有加工缺陷。
6、Y形圈安裝注意事項(xiàng)
1）孔或軸的端部必須倒角，如倒 30°角，以防密封圈唇邊在安裝時(shí)損壞。
2）如活塞桿頭部的螺紋或退刀槽的直徑與活塞桿的直徑相同，應(yīng)使用專用
套筒安裝，也可在螺紋部分纏繞膠布后進(jìn)行安裝。
3）應(yīng)盡量避免在密封圈通過的缸內(nèi)壁或活塞桿上開設(shè)壓力油孔。若密封圈
必須通過有孔部分，為防止密封圈損壞，應(yīng)將這些孔的邊緣倒角或倒圓。
4）為減少裝配阻力，應(yīng)將唇形圈與裝入部位涂敷潤滑脂或工作油。
5）安裝密封圈時(shí)，應(yīng)防止帶入鐵屑，砂土，棉紗或其他雜物；并要徹底清
洗密封偶件、溝槽。