《流體密封與潤(rùn)滑基礎(chǔ)課程》－往復(fù)密封

1、往復(fù)密封流體密封往復(fù)密封是指用于過(guò)程機(jī)械作往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)處的密封.主要包括:液壓密封氣動(dòng)密封活塞環(huán)密封(發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)等) 柱塞泵密封往復(fù)密封流體密封對(duì)液壓密封的基本要求:定義：液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)有控制地傳遞和轉(zhuǎn)換能量的傳動(dòng)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)組成：一般的液壓密封指液壓缸活塞密封和活塞桿密封。還包括防止灰塵或外界液體進(jìn)人系統(tǒng)的防塵密封。液壓密封由聚合物、彈性體或塑料等材料制造。液壓缸中的支撐環(huán)起到類似滑動(dòng)軸承的作用，支撐側(cè)向載荷，維持液壓密封同心的作用，由聚合物材料或金屬制成。區(qū)別：往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封不同之處在于，往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封的泄漏率在構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的兩個(gè)行程中是彼引不相同的. 1液壓

2、密封往復(fù)密封流體密封對(duì)液壓密封的基本要求: 抗環(huán)境能力；經(jīng)濟(jì)性；密封性；保護(hù)性；耐磨性2液壓密封往復(fù)密封流體密封彈性體密封的基本原理: 自密封機(jī)理 動(dòng)密封機(jī)理 活塞桿密封 活塞密封 防塵密封2液壓密封往復(fù)密封流體密封彈性體密封的基本原理:自密封機(jī)理 壓力未作用之前: 密封環(huán)在自由狀態(tài)下的截面初始厚度為d，將其安裝在深度為T的溝槽內(nèi)時(shí)，被壓縮量為d，即密封環(huán)與安裝空間的過(guò)盈量。因此，在安裝之后，介質(zhì)加壓之前，密封接觸表面受到預(yù)載荷的作用，或者說(shuō)產(chǎn)生了接觸應(yīng)力 ，此接觸應(yīng)力并不像螺栓法蘭聯(lián)接中密封墊片中的初始預(yù)緊力那樣要求很大。 1液壓密封往復(fù)密封流體密封彈性體密封的基本原理:自密封機(jī)理 流體壓力

3、p作用在密封暴在露于介質(zhì)的表面,使得密封面接觸應(yīng)力增加到 .密封面的接觸應(yīng)力 超過(guò)了被密封的流體壓力p，就可實(shí)現(xiàn)密封作用。1液壓密封往復(fù)密封流體密封自密封機(jī)理接觸應(yīng)力行與介質(zhì)壓力的關(guān)系可通過(guò)分析三維應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系獲得其表達(dá)式為: 式中， 為彈性體材料的泊松比。對(duì)于彈性體材料， 0.5，代入式 (4-13a)得 這表明只要彈性體材料的泊松比維持在0.5附近 (彈性體在其玻璃化溫度以上，即處于高彈態(tài)時(shí)就幾乎具有這一特征)，密封的接觸應(yīng)力總比介質(zhì)壓力高，因此具有自動(dòng)適應(yīng)流體壓力變化的能力或稱為“自密封原理”。1液壓密封彈性體密封的“自動(dòng)密封”是依靠彈性體材料的彈性、并存在初始裝配過(guò)盈量或預(yù)加載荷來(lái)實(shí)現(xiàn)

4、的。往復(fù)密封流體密封彈性體密封的基本原理動(dòng)密封原理 有些情況下靜態(tài)性能良好的密封，但是在活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)ING時(shí)可能發(fā)生可觀的泄漏。這表明往復(fù)密封的動(dòng)密封機(jī)理和靜密封機(jī)理不同。當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，密封是依靠密封件與運(yùn)動(dòng)活塞桿之間流體膜的彈性流體動(dòng)壓效果來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 1液壓密封思考：是否保證只要保持適當(dāng)?shù)倪^(guò)盈量也就是說(shuō)靜態(tài)良好的往復(fù)密封，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)就可以保證不泄露或說(shuō)是正常工作呢？往復(fù)密封流體密封動(dòng)力密封機(jī)理1液壓密封 密封界面間接觸壓力和流體膜壓分布往復(fù)密封流體密封動(dòng)力密封機(jī)理 活塞桿的動(dòng)密封及潤(rùn)滑機(jī)理取決于由活塞環(huán)帶入密封界面液壓流體的行為. 首先,在外行程中,密封件應(yīng)將大部分液體刮離活塞桿表面

5、,但不避免地總有一層很薄的液體被帶入密封件與液壓桿間的界面,形成一充滿液體的密封間隙并泄露到密封件外側(cè). 其次,在內(nèi)行程中,密封件會(huì)將外行程泄露的液體刮回去,如果外行程形成的泄露量大于內(nèi)行程刮回的液體量,就會(huì)形成泄露.如果內(nèi)行程刮回較多的液體量,則總的泄露量就小,或是零泄露.1液壓密封 往復(fù)密封流體密封動(dòng)力密封機(jī)理正行程： 通過(guò)活塞桿外行程帶到外側(cè)的液體流量取決于密封件的最大壓力梯度，而這主要決定于密封件的結(jié)構(gòu)和材料。壓力梯度越大，即壓力分布曲線越陡，流體膜越薄。 1液壓密封往復(fù)密封流體密封動(dòng)力密封機(jī)理正行程： 流體通過(guò)密封處的量?jī)H決定于流體壓力分布曲線的最大斜率，似乎不可思議，不過(guò)考慮右圖的

6、類比，將會(huì)獲得直觀的理解。如圖4-19所示，裝滿液體的敞口卡車翻越一座小山，最大的斜坡度控制著能被帶過(guò)小山的液體量。坡度越陡，所能帶過(guò)的液體越少。1液壓密封往復(fù)密封流體密封動(dòng)力密封機(jī)理內(nèi)行程： 對(duì)于液壓密封的回程，“山”的形狀并不一樣。內(nèi)行程的液膜壓力分布一般不同于其外行程的液膜壓力分布，這是因?yàn)閮?nèi)行程時(shí)腔體液壓液體的壓力不同于外行程時(shí)的情況，活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度也可能不同，密件的導(dǎo)人邊也有差異。 內(nèi)行程帶回的液量取決于兩個(gè)方面：一，外行程帶到密封外側(cè)的液體量。不管密如何工作，被帶回的液體量不可能超過(guò)外行程帶出的液體量；二，壓力分布在空氣拐點(diǎn)E處的最大壓力梯度。能否將外行程帶出的液體由內(nèi)行程全部帶

7、回，很大程度上就決定于該處的壓力梯度。 1液壓密封往復(fù)密封流體密封動(dòng)力密封機(jī)理外行程+內(nèi)行程： 凈泄漏量： 式中：d-活塞直徑；H-行程； u0-外行程速度； ui-內(nèi)行程速度； wA-外行程液體測(cè)最大壓力梯度； wE-內(nèi)行程空氣測(cè)最大壓力梯度；要維持低的泄漏量要求：接觸壓力分布在靠近液體側(cè)較陡，即具有較大的壓力梯度，而在空氣側(cè)較平緩，具有較小的壓力梯度。上式中的第一項(xiàng)小 (外行程速度uo小，壓力曲線陡，wA大)意味著外行程僅允許很薄的液膜通過(guò)密封；式中的第二項(xiàng)大 (內(nèi)行程速度叫ui大，壓力曲線平緩，wE小)，意味著回送能力強(qiáng)?？傊獪p少泄漏，活塞桿密封應(yīng)具有最大壓力點(diǎn)靠近液體側(cè)的三角形接觸

8、壓力分布。 1液壓密封往復(fù)密封流體密封 活塞桿密封：簡(jiǎn)要介紹：活塞桿密封活塞桿密封是液壓設(shè)備最關(guān)鍵的元件，因?yàn)閺幕钊麠U處的泄漏液體將直接進(jìn)人環(huán)境，不僅會(huì)引起液壓設(shè)備的操作問(wèn)題，還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。基本要求：活塞桿密封必須保證靜態(tài)密封效果。即活塞桿運(yùn)動(dòng)之前，密封應(yīng)良好密封。如處發(fā)生泄漏，說(shuō)明密封尺寸有問(wèn)題，或是密封件或活塞桿已經(jīng)破壞。其次，要求密封的動(dòng)態(tài)性能良好，具有好的動(dòng)力密封特性。有時(shí)靜態(tài)性能良好的密封，在活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)可能發(fā)生可觀的泄漏。典型結(jié)構(gòu)：O形圈密封；Y形圈密封；聚四氟乙烯密封2液壓密封往復(fù)密封流體密封 活塞桿密封O形密封圈： 自密封原理（密封圈靜止時(shí)）：當(dāng)密封安裝后，O形圈密封表

9、面的接觸應(yīng)力按拋物線分布，介質(zhì)壓力作用后，初始接觸應(yīng)力與介壓力進(jìn)行疊加形成新的接觸應(yīng)力，其最大接觸應(yīng)力幾乎維持在接觸面的中點(diǎn)，仍然超過(guò)流體的壓力。1液壓密封往復(fù)密封流體密封活塞桿密封 O形圈密封 動(dòng)力密封機(jī)理密封圈往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí) O形圈是活塞桿常用的密封件，但從其接觸壓力分布 (圖4-15),根據(jù)動(dòng)密封機(jī)理的分析可以看出其密封性能并不理想，接觸壓力分布在空氣側(cè)的壓力梯度甚至大于在液體側(cè)的壓力梯度，它阻止形成厚液膜的能力 (靠近液體側(cè)的壓力梯度)和將液體反向帶回的能力 (靠近空氣側(cè)的壓力梯度)都很弱，即靠近液體側(cè)的壓力梯度小、靠近空氣側(cè)的壓力梯度大，因此產(chǎn)生和存在泄漏的可能性很大。1液壓密封往復(fù)密封

10、流體密封活塞桿密封 O形圈密封 泄露特性 彈性體0形密封圈用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封件時(shí)，由于活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)很容易將液體帶到O形圈和活塞桿之間，導(dǎo)致發(fā)生粘附泄漏，情況比靜密封復(fù)雜。 假設(shè)流體為液壓油，壓力只作用在O形圈的一側(cè)圖4-16(a)。若將O形圈與活塞桿接觸部位放大圖4-16)，可以看出其接觸表面是凹凸不平的，并非每一點(diǎn)都與金屬表面接觸。 O形圈左方作用著油壓p，由于自緊密封作用，O形圈與活塞桿產(chǎn)生的接觸應(yīng)力大于液壓油壓力，而使液壓油得到密封。 當(dāng)活塞桿開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘附在活塞桿上的油被帶到收斂性狹縫圖4-6(c)。由于流體動(dòng)壓效應(yīng)，這部分油的壓力比p大，當(dāng)它大于O形圈與活塞桿的接觸應(yīng)力時(shí)，油

11、被擠人O形圈的第一凹坑處圖4-16(d).活塞桿繼續(xù)向右移動(dòng)時(shí)，油又進(jìn)人下一凹坑，依次向右推移，油便沿著活塞桿運(yùn)動(dòng)方向流動(dòng)。 當(dāng)活塞桿反向向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，不可能將右行程帶到外側(cè)的油全部帶回，殘留在外側(cè)的油液形成了泄漏量，泄漏量隨往返次數(shù)和行程距離的增大而增多。1液壓密封往復(fù)密封流體密封活塞桿密封 O形圈密封 選擇時(shí)考慮的因素 根據(jù)不同的應(yīng)用工況（介質(zhì)、溫度、壓力）選用不同種類的彈性體材料，應(yīng)合理地確定密封圈的尺寸及其溝槽結(jié)構(gòu)和尺寸；在壓力較高時(shí)，為防止O形圈的“擠出”破壞，設(shè)置擋圈和確定合理間隙等。1液壓密封往復(fù)密封流體密封活塞桿密封 Y形圈 Y形圈是活塞桿密封常用的一大類密封件，它是按上述分析的

12、彈性流體動(dòng)壓原理進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，具有密封性能好，摩擦阻力小等優(yōu)點(diǎn)。 Y形圈密封靠近流體側(cè)壓梯度較小，耐壓能力較小。 Y形圈密封已大部分被淘汰，被更為優(yōu)越的U形密封所代替。1液壓密封 往復(fù)密封流體密封活塞桿密封 U形圈 在Y形圈的基礎(chǔ)上發(fā)展出了現(xiàn)代的性能更為的U形圈密封。現(xiàn)代U杯形密封也具有密封性能好，摩擦阻力小等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)更為緊湊。 如圖其前部倒角是為了容易形成潤(rùn)滑液膜，后部倒角是為了提高密封的耐壓能力，一般均有前角大于后角。下圖顯示了現(xiàn)代U杯形密封的接觸壓力分布，并與傳統(tǒng)U形密封圈的接觸壓力進(jìn)行了比較?？梢钥闯霈F(xiàn)代U杯形密封圈的接觸壓力分布明顯符合彈性流體動(dòng)壓模型的原理，靠近液體側(cè)壓力分布曲

13、線陡直，而靠近空氣側(cè)壓力分布曲線平緩。但在高壓下其根部會(huì)與活塞桿接觸，造成根部的接觸壓力梯度增大，回送能力減弱。丁腈橡膠U杯形密封圈不加擋圈的使用壓力可達(dá)14MPa，而聚氨酯橡膠U杯形密封圈不加擋圈的使用壓力可達(dá)30MPa，但溫度不超過(guò)80C，線速度不超過(guò)0.5m/s。1液壓密封往復(fù)密封流體密封活塞桿密封聚四氟乙烯同軸密封概述：聚四氟乙烯同軸密封是由塑料圈和橡膠圈套在一起并全部或大部分由塑料圈作摩擦密封面的組合密封件。結(jié)構(gòu)：它是由一個(gè)截面形狀為梯形的青銅填充聚四氟乙烯環(huán)和O形橡膠密封圈組合而成。O形圈提供足夠的密封預(yù)緊力，并對(duì)PTFE環(huán)的磨損起補(bǔ)償作用。特點(diǎn)：右圖為階梯形密封圈結(jié)構(gòu)和接觸壓力分

14、布，該種密封完全是按彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的原理設(shè)計(jì)的，密封唇邊靠近中心平面，并由彈性O(shè)形圈加載。密封唇邊為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，靠近液體側(cè)有55o一60o陡錐，靠近空氣側(cè)有約7o的錐面，這兩錐面提供了設(shè)計(jì)所需的接觸壓力分布,并易于安裝。1液壓密封往復(fù)密封流體密封活塞桿密封聚四氟乙烯同軸密封 下圖顯示了階梯形密封圈在不同液壓流體壓力作用下的界面形狀和接觸壓力分布，隨著壓力的增加，靠近空氣側(cè)的淺楔逐漸減小，在高壓下可能閉合，其接觸壓力分布仍維持理想的三角形形狀。 階梯形密封圈適用于高壓液壓系統(tǒng)的活塞桿密封，使用壓力為060MPa；往復(fù)線速度為5m/s；溫度為-50+225oC。1液壓密封往復(fù)密封流體密封活塞密封

15、 特點(diǎn)：活塞環(huán)密封的泄漏沒(méi)有活塞桿處的泄漏問(wèn)題嚴(yán)重，因?yàn)樾孤┑囊后w仍處于液壓缸內(nèi)。不過(guò)這將導(dǎo)致機(jī)械效率的降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的完全失效，必需引起足夠的重視。分類：?jiǎn)巫饔檬诫p作用式1液壓密封往復(fù)密封流體密封活塞密封 單作用活塞： 高壓流體作用在一側(cè)，低壓流體作用在另一側(cè)，其密封的原理與活塞桿密封并無(wú)太大區(qū)別，只不過(guò)密封唇口在外側(cè)，以實(shí)現(xiàn)活塞與液壓缸壁的密封。用于密封活塞桿的密封件形式，經(jīng)適當(dāng)改變，將密封唇口置于外側(cè)，即可用于活塞密封。事實(shí)上有孔用密封圈和軸用密封圈兩種形式，孔用密封圈的密封唇口在外側(cè)，用于活塞；軸用密封圈的密封唇口在內(nèi)側(cè)，用于活塞桿的密封。1液壓密封往復(fù)密封流體密封彈性體密封的

16、基本要求活塞密封特點(diǎn)及要求：雙作用活塞，兩側(cè)均會(huì)遭遇高壓流體，要求密封結(jié)構(gòu)對(duì)徑向平面對(duì)稱。結(jié)構(gòu)及種類：成對(duì)的單作用密封圈和雙作用密封圈2液壓密封可以成對(duì)采用單作用活塞密封，如背靠背布置的兩只Y形密封圈，來(lái)密封雙作用活塞。往復(fù)密封流體密封彈性體密封的基本要求活塞密封雙作用密封圈1液壓密封密封唇邊靠近密封的邊緣，而靠近中部有一淺錐。利用淺錐的流體動(dòng)壓作用將中間空間的流體泵出，避免中間流體壓力的建立而形成較大的液膜厚度，該類密封的流體膜薄，泄漏量小;結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)靠得很近的密封唇邊，中間有一小空腔，淺錐朝向外側(cè)，在中間空腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生足夠的流體動(dòng)壓力來(lái)減輕密封面的接觸壓力，從而減少摩擦。往復(fù)密封流體密封彈

17、性體密封的基本要求防塵密封 必要性：活塞桿的外表面暴露于各種環(huán)境條件。在活塞桿的內(nèi)行程時(shí)，粘附于活塞桿表面的灰塵、冰渣、水滴及其他外界雜物必須被除去，因此必須安裝防塵密封以避免被污染。結(jié)構(gòu)及要求：值得注意的是，防塵密封接觸壓力分布的最大斜率 (最大壓力梯度)應(yīng)當(dāng)?shù)玫竭m當(dāng)控制。在外行程時(shí)，防塵密封應(yīng)當(dāng)允許殘留的流體潤(rùn)滑膜通過(guò)，而在內(nèi)行程時(shí)該流體膜不能被除掉，允許流體膜通過(guò)，維持十分之幾微米的潤(rùn)滑膜對(duì)減少摩擦和磨損是十分必要的。1液壓密封圖形顯示了一種防塵密封的典型結(jié)構(gòu)，其防塵唇口的接觸壓力分布，滿足了防塵密封的功能要求。密封液體唇口防塵唇口。往復(fù)密封流體密封概述： 氣動(dòng)是“氣動(dòng)技術(shù)”或“氣體傳動(dòng)

18、與控制”的簡(jiǎn)稱。該技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源，以壓縮氣體為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞或信號(hào)傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動(dòng)控制的重要手段之一。氣動(dòng)元件 (氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)、氣閥)的密封技術(shù)是氣動(dòng)技術(shù)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中尤以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸密封技術(shù)更為關(guān)鍵。與液壓密封相比，氣動(dòng)密封的壓力較低，一般為0.60.7MPa，有時(shí)可達(dá)1.6MPa，且其滑動(dòng)速度多為0.20.5m/s，有時(shí)可達(dá)2m/s。氣動(dòng)密封的壽命，按其滑動(dòng)距離要求達(dá)到5000 20000km。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封 上圖表示了氣動(dòng)氣缸的主要構(gòu)件，其密封構(gòu)件有:活塞桿密封、活塞密封、防塵密封、沖程終了剎車系統(tǒng)的襯墊密封?；钊麠U和活

19、塞的支撐環(huán)承擔(dān)了附加的側(cè)向載荷。以前，氣動(dòng)密封與液壓密封采用同一類型，但從本節(jié)可以看出，氣動(dòng)密封至少在接觸區(qū)與液壓密封明顯不同。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封基本要求：左圖表示了對(duì)理想氣動(dòng)密封的基本要求。氣體密封與液體密封的主要區(qū)別： 在液壓密封中，工作液體對(duì)密封件提供了良好的潤(rùn)滑作用，而對(duì)對(duì)于氣體密封被密封的流體是空氣，是一種不良的潤(rùn)滑劑，通常的解決方案是對(duì)提供獨(dú)立的潤(rùn)滑方式。對(duì)于氣動(dòng)氣缸，摩擦問(wèn)題是最重要的，氣體的泄漏性降為其次，從而氣動(dòng)密封的設(shè)計(jì)有其特殊性。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封基本要求： 氣體密封的特殊要求： 活塞桿出于對(duì)環(huán)境保護(hù)的考慮，已不再允許對(duì)氣動(dòng)設(shè)備進(jìn)行油霧潤(rùn)滑。解決方案是

20、采用無(wú)油空氣，并提供一層保證一勞永逸“的潤(rùn)滑膜，即在整個(gè)設(shè)備周期內(nèi)，潤(rùn)滑膜均存在而無(wú)需維護(hù)。例如，在裝配過(guò)程中，在氣缸和活塞桿表面涂以一層潤(rùn)滑脂，在這種情況下中，保證密封件、支撐環(huán)不把所有的潤(rùn)滑脂刮完是至關(guān)重要的。在運(yùn)行過(guò)程中密封件要在潤(rùn)滑劑薄膜上來(lái)回運(yùn)行幾千米，因此要有能儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，對(duì)密封件提供重復(fù)潤(rùn)滑功能的結(jié)構(gòu)。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封氣動(dòng)密封唇的結(jié)構(gòu)要求： 其初始接觸應(yīng)力決定于密封與其偶合密封面的過(guò)盈量。 密封的接觸應(yīng)力隨氣體壓力的增加而增加,即具有自緊作用，不過(guò)這也將導(dǎo)致摩擦力的增加。 在氣動(dòng)密封中，潤(rùn)滑脂在兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中應(yīng)盡可能不受到干擾，因此活塞桿密封和活塞密封應(yīng)具有對(duì)稱的

21、接觸壓力分布。理想情況下，在接觸的中點(diǎn)具有適度的壓力峰，而在兩側(cè)壓力盡可能緩慢下降。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封氣動(dòng)密封結(jié)構(gòu)注意事項(xiàng)：唇口接觸長(zhǎng)度可按彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般情況為1 1.5mm。接觸面間的潤(rùn)滑膜厚度安裝時(shí)較大，但穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)較小。值得注意的是潤(rùn)滑膜隨往復(fù)循環(huán)的進(jìn)行，會(huì)一直減少下去，造成潤(rùn)滑劑的匡乏，所以結(jié)構(gòu)上需要考慮對(duì)潤(rùn)滑劑的儲(chǔ)存。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封常見(jiàn)氣動(dòng)密封O形圈 中國(guó)對(duì)氣動(dòng)用0形橡膠圈的尺寸系列和公差、溝槽尺寸和公差、需滿足的技術(shù)條件等均制定了標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：與液壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)O形圈密封相比，相同斷面尺寸的O形圈，氣動(dòng)密封的溝槽尺寸要窄、要深，其目的是

22、減少對(duì)密封圈的壓縮作用，以降低摩擦阻力。選用時(shí)應(yīng)根據(jù)使用的工況條件 (溫度、壓力、速度、介質(zhì)等)選用不同的材料并提出膠料的物理力學(xué)性能。X形密封圈：值得注意的是O形圈對(duì)溝槽尺寸敏感，易發(fā)生扭轉(zhuǎn)、翻滾，其接觸應(yīng)力高，摩擦阻力大，易發(fā)生粘滯作用。X形密封圈減少了接觸面，并在兩接觸角間可儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，有利于減少摩擦和改善潤(rùn)滑，如右圖所示。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封常見(jiàn)氣動(dòng)密封唇形氣動(dòng)密封 用于液壓的唇形密封圈，如U形圈、Y形圈、V形圈、L形圈和J形圈等，也可以用于氣動(dòng)往復(fù)密封，實(shí)際上它們是液氣通用的，只不過(guò)氣動(dòng)密封的溝槽深度要大一些，其目的是減少密封圈的壓縮率以降低摩擦。但由于普通唇形密封的唇部設(shè)計(jì)

23、是按液壓條件進(jìn)行，當(dāng)使用在氣壓上時(shí)，效果并不理想，始動(dòng)摩擦力和動(dòng)摩擦阻力較大，影響汽缸工作的靈敏度。為解決這些問(wèn)題，出現(xiàn)了氣動(dòng)專用的唇形密封圈，與液壓密封圈相比，唇口較薄，接觸部位隆起 。圖4-32為氣動(dòng)用L形U形和Y形密封圈。圖4-33為氣動(dòng)Y形密封圈. 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封常見(jiàn)氣動(dòng)密封方形圈氣動(dòng)密封 方形圈氣動(dòng)密封 是由一個(gè)截面為方形的填充聚四氟乙烯(PTFE)環(huán)和O形橡膠密封圈組合而成，O形圈提供彈性力，形成初始密封，并可對(duì)聚四氟乙烯圈的磨損起到補(bǔ)償作用。盡管聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)很低，但如果采用簡(jiǎn)單的方形截面環(huán) (圖4-34)，將具有很大的接觸面積，加上較大的接觸力，將會(huì)產(chǎn)生較高的

24、摩擦力。因此實(shí)際應(yīng)用的方形圈應(yīng)具有較窄的接觸面和盡可能低的初始接觸力，圖4-35的兩種具體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了這一目的，密封面的淺錐部分有利于形成和保持潤(rùn)滑膜。 2氣動(dòng)密封往復(fù)密封流體密封常見(jiàn)氣動(dòng)密封無(wú)油潤(rùn)滑氣動(dòng)密封 考慮到環(huán)境污染以及電子、醫(yī)療、食品等行業(yè)的要求，環(huán)境中不允許有油，因此無(wú)油潤(rùn)滑是氣動(dòng)密封的發(fā)展趨向，同時(shí)無(wú)油潤(rùn)滑可使系統(tǒng)簡(jiǎn)化。聚四氟乙烯、耐磨聚氨酯常用作無(wú)潤(rùn)滑氣動(dòng)密封材料，但聚氨酯密封的使用溫度應(yīng)低于80C。以聚四氟乙烯為主體的復(fù)合材料制造的氣動(dòng)密封件耐熱、耐寒和耐磨，使用場(chǎng)合越來(lái)越多。 下圖為一種無(wú)油潤(rùn)滑氣動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，有活塞用密封和活塞桿用密封兩種形式，其開(kāi)口的O形凹槽用以存儲(chǔ)一次性加

25、人的潤(rùn)滑脂，對(duì)密封表面進(jìn)行潤(rùn)滑，實(shí)現(xiàn)在不供油的狀態(tài)下工作。密封用聚氨醋材料制造，適用于各類氣缸及不供油潤(rùn)滑氣缸活塞或活塞桿密封，可雙向密封。 2氣動(dòng)密封活塞和活塞桿密封流體密封 活塞是裝于氣缸內(nèi)并沿氣缸內(nèi)表面作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓盤形、圓筒形機(jī)件,起傳遞動(dòng)力作用。在內(nèi)燃機(jī)中，活塞在燃?xì)鈮毫Φ耐苿?dòng)下對(duì)外做功；在壓縮機(jī)和柱塞泵中，活塞對(duì)氣缸內(nèi)的流體施加壓力，并使提高其壓力?；钊c氣缸內(nèi)表面的密封由活塞環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；钊麠U是與活塞結(jié)成一體，把活塞的運(yùn)動(dòng)傳遞到氣缸外的機(jī)件?；钊麠U與缸體的密封一般由填料密封來(lái)實(shí)現(xiàn)。下圖 為活塞式壓縮機(jī)及其密封示意圖。1 -壓縮機(jī)氣閥； 2 -活塞,活塞環(huán),支撐環(huán)； 3 -活塞桿,填

26、料環(huán)； 4 -油封 3往復(fù)密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) (1)活塞環(huán)密封的基本原理 作往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞的密封主要由活塞環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；钊h(huán)是依靠阻塞和節(jié)流機(jī)理工作的接觸式動(dòng)密封。在過(guò)程工業(yè)中，它廣泛用作氣體壓縮機(jī)、液壓柱塞泵等的密封。 用油潤(rùn)滑的內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、柱塞泵等所用的活塞環(huán)通常是金屬材料制作的，而無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)所采用的活塞環(huán)則采用炭-石墨或二硫化鉬填充的聚四氟乙烯制成?；钊h(huán)經(jīng)設(shè)計(jì)和不斷改進(jìn)，已能滿足許多特殊應(yīng)用場(chǎng)合的要求，現(xiàn)還在進(jìn)一步的發(fā)展中。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) (1)活塞環(huán)密封的基本原理 自由狀態(tài)下的開(kāi)口活塞環(huán)的形狀并非一正

27、圓，在活塞環(huán)裝人圓柱形的缸體后，才形成一圓形環(huán)。由于環(huán)本身所具有的張力，迫使環(huán)的開(kāi)口端向外擴(kuò)張而使環(huán)的外側(cè)貼緊缸壁，形成環(huán)外側(cè)與缸壁的一次接觸密封，構(gòu)成第一密封面?？筛鶕?jù)曲桿彎曲理論設(shè)計(jì)自由狀態(tài)下的活塞環(huán)形狀，從而使活塞環(huán)安裝后，達(dá)到符合特定要求的第一密封面上的初始接觸壓力。一般情況下，要求該壓力沿圓周均勻分布；但對(duì)某些特定情況，如高速發(fā)動(dòng)機(jī)，為避免活塞環(huán)發(fā)生顫振現(xiàn)象，要求活塞環(huán)安裝后，形成一梨形的初始接觸壓力分布，即靠近徑向開(kāi)口部位的接觸壓力比其他地方高,如圖所示。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) (1)活塞環(huán)密封的基本原理 當(dāng)施加系統(tǒng)壓力 p 后，環(huán)被推向泄

28、漏的方向，與活塞環(huán)槽的側(cè)面形成二次接觸密封 ，構(gòu)成第二密封面。如果活塞環(huán)處于中間位置，不與槽的側(cè)壁形成第二密封面，則發(fā)生泄漏。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) (1)活塞環(huán)密封的基本原理 當(dāng)氣體壓力 p 起作用時(shí)，作用在環(huán)外側(cè)的氣體壓力增強(qiáng)了一次接觸密封。如果系統(tǒng)壓力 p 的值適中，則一次密封接觸壓力和二次密封接觸壓力都不會(huì)太大。但隨著活塞兩端總壓力差的增加，接觸壓力也相應(yīng)增加，當(dāng)超過(guò)一定限度，就應(yīng)采用多個(gè)活塞環(huán)。總接觸壓力包括環(huán)的初始接觸壓力和氣體壓力產(chǎn)生的接觸壓力。通常氣體壓力產(chǎn)生的接觸壓力較大，是形成軸向和徑向密封阻力的主要原因。當(dāng)氣體壓力高時(shí)，環(huán)張力（初

29、始接觸壓力）的影響可以忽略不計(jì)；而當(dāng)氣體壓力很小時(shí)，則環(huán)的張力可能是主要的。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) (1)活塞環(huán)密封的基本原理 在理想工作狀態(tài)下，活塞環(huán)的第一密封面與第二密封面均處于良好的密封狀態(tài)，此時(shí)氣體的唯一泄漏通道就是環(huán)的開(kāi)口間隙處。環(huán)開(kāi)口間隙處的形狀和間隙大小影響泄漏量。常用的活塞環(huán)開(kāi)口形式有直切口、斜切口和搭切口，如圖所示。根據(jù)活塞的大小和最高的操作溫度，活塞環(huán)室溫下的開(kāi)口間隙為 0. 2 0.5mm ，但必須確保工作狀態(tài)下，活塞環(huán)受熱膨脹后不完全閉合。對(duì)于現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)活塞環(huán)開(kāi)口處的漏氣量約為燃燒室進(jìn)氣量的0.3 % 0.5 % ，最

30、大為 1 。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) (1)活塞環(huán)密封的基本原理 當(dāng)活塞兩側(cè)壓力差較大時(shí)，可以采用多道活塞環(huán)使流體經(jīng)多次阻塞、節(jié)流，以達(dá)到密封的要求。由圖可見(jiàn)，經(jīng)第一道活塞環(huán)后，氣體壓力約降到了氣缸壓力的 26 % ，經(jīng)第二道活塞環(huán)后，約降到 10 。一般低壓活塞上只設(shè)置 2 3 道活塞環(huán)，但在高壓級(jí)中，因第一道環(huán)壓力差大，磨損也大。第一道環(huán)磨損后，由于縫隙增大，降低了密封作用，此時(shí)余下的壓力差由第二道環(huán)來(lái)承擔(dān)，第二道環(huán)替補(bǔ)了第一道環(huán)的作用依次類推。為了使高壓級(jí)和低壓級(jí)活塞環(huán)的更換時(shí)間大致相同，高壓級(jí)往往采用較多的活塞環(huán)。當(dāng)壓差為 0.5 3MPa 活塞

31、環(huán)數(shù)為 3 5 ；當(dāng)壓差為 3 12MPa 活塞環(huán)數(shù)為 5 10 ；當(dāng)壓差為 12 24MPa 活塞環(huán)數(shù)為 12 20 。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) ( 2 ）活塞環(huán)的應(yīng)用 活塞環(huán)作為一種密封元件，是隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明而首先發(fā)展起來(lái)的，后來(lái)其應(yīng)用不斷擴(kuò)展，終于大規(guī)模地應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)上，最后還被應(yīng)用于壓縮機(jī)、泵和增壓器上。下面簡(jiǎn)要介紹用于活塞式壓縮機(jī)的活塞環(huán)密封。 在過(guò)程工業(yè)中，常要求對(duì)某些氣體，如空氣、合成氨的氣體、二氧化碳等進(jìn)行壓縮?；钊綁嚎s機(jī)由于流量、壓力范圍廣，而被廣泛采用。類型： (a)油潤(rùn)滑活塞環(huán) (b)無(wú)油潤(rùn)滑活塞環(huán) 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流

32、體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) ( 2 ）活塞環(huán)的應(yīng)用(a)油潤(rùn)滑活塞環(huán)絕大多數(shù)活塞式壓縮機(jī)氣缸都采用礦物油作潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑方式有飛濺潤(rùn)滑、噴霧潤(rùn)滑和壓力潤(rùn)滑。保證活塞環(huán)和氣缸表面得到良好的潤(rùn)滑，對(duì)活塞環(huán)的密封性能和使用壽命都是十分重要的。 活塞環(huán)應(yīng)有一定的使用壽命，其材質(zhì)應(yīng)具有較好的耐磨性，如無(wú)特殊要求，油潤(rùn)滑活塞環(huán)一般由灰鑄鐵或合金鑄鐵制造?？紤]到小直徑活塞環(huán)比大直徑活塞環(huán)的受力情況要苛刻些。直徑較小的活塞環(huán)或高轉(zhuǎn)速用的活塞環(huán)，選用強(qiáng)度較高的灰鑄鐵，或合金鑄，如妮鑄鐵、鉻鑄鐵、銅鑄鐵等。當(dāng)活塞環(huán)直徑小于或等子 200mm 時(shí)，選用 HT300或 HT250 鑄鐵；當(dāng)活塞環(huán)直徑在 200

33、300mm 之間，可選用 HT250 或 HT200；當(dāng)活塞環(huán)直徑大于鐵或時(shí) 300mm 時(shí)，選用 HT200。除了強(qiáng)度要求外，對(duì)鑄件的金相組織也有較高的要求，不允許有游離滲碳體存在?；钊h(huán)外表面不允許有裂痕、氣孔、毛刺等缺陷。高壓級(jí)，尤其是級(jí)差式中的高壓級(jí)活塞環(huán)，可對(duì)活塞環(huán)表面進(jìn)行多孔性鍍鉻，以提高含油及耐磨性，但缸套不需鍍鉻。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) ( 2 ）活塞環(huán)的應(yīng)用 (a)油潤(rùn)滑活塞環(huán) 在一些小型或單作用氣缸中，活塞上除配有活塞環(huán)外，還配有刮油環(huán)。刮油環(huán)的工作面有刃邊，以便把過(guò)多的潤(rùn)滑油刮去。此外，刮油環(huán)還可以起到分布油的作用。刮油環(huán)應(yīng)安裝在

34、活塞環(huán)組的大氣側(cè)。右圖為裝有活塞環(huán)和刮油環(huán)的筒形活塞組件。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) ( 2 ）活塞環(huán)的應(yīng)用(a)油潤(rùn)滑活塞環(huán)為了承受活塞的重量或起導(dǎo)向作用，需要設(shè)置支撐環(huán)，以起到保護(hù)活塞環(huán)的作用，并對(duì)提高活塞環(huán)的密封能力和使用壽命也有較好的效果。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) ( 2 ）活塞環(huán)的應(yīng)用(a)油潤(rùn)滑活塞環(huán)過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)需要對(duì)氣體進(jìn)行超高壓壓縮。對(duì)于這類壓縮機(jī)一般采用柱塞，即活塞在靜止的活塞環(huán)內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，密封面為活塞環(huán)的內(nèi)側(cè)和柱塞的圓柱表面。該類活塞環(huán)常做成分瓣形式，也常稱為分瓣環(huán)密封或硬填料密封，由卡緊彈

35、簧進(jìn)行徑向加載，以提供初始密封接觸壓力。由于絕熱壓縮導(dǎo)致的高溫環(huán)境和密封環(huán)高壓載荷形成的高摩擦力，分瓣活塞環(huán)一般由金屬材料制作。常用的有特殊鑄造合金、軸承用青銅、炭一石墨、增強(qiáng)聚四氟乙烯等。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) ( 2 ）活塞環(huán)的應(yīng)用(b)無(wú)油潤(rùn)滑活塞環(huán)某些特殊的工藝和設(shè)備，要求壓縮機(jī)無(wú)油潤(rùn)滑，例如氧氣壓縮機(jī)、食品和飲料加工設(shè)備等?；钊綁嚎s機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)油潤(rùn)滑，可避免油對(duì)氣體的污染、改善操作環(huán)境及簡(jiǎn)化密封系統(tǒng)，是活塞式壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)主要指活塞環(huán)、支撐環(huán)、活塞桿密封填料都實(shí)現(xiàn)無(wú)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。無(wú)油潤(rùn)滑活塞環(huán)通常由增強(qiáng)聚四氟乙烯（

36、PTFE ）制作。按結(jié)構(gòu)可分為整體開(kāi)口式和分瓣式兩種。整體開(kāi)口式的形狀與油潤(rùn)滑金屬活塞環(huán)相同，也有直切口和斜切口之分。直切口較簡(jiǎn)單，應(yīng)用較普遍。斜切口尖端易斷，應(yīng)用較少。分瓣環(huán)多用于石墨材料及大直徑的塑料環(huán)，根據(jù)尺寸大小分為三瓣環(huán)、四瓣環(huán)或六瓣環(huán)。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 1 活塞密封 活塞環(huán) ( 2 ）活塞環(huán)的應(yīng)用(b)無(wú)油潤(rùn)滑活塞環(huán)由于聚四氟乙烯強(qiáng)度較低，僅靠活塞環(huán)無(wú)法獨(dú)立承擔(dān)整個(gè)活塞重量。無(wú)油潤(rùn)滑活塞組件一般均配有支撐環(huán)。支撐環(huán)通常是單層環(huán)，可以按操作條件和介質(zhì)的不同，采用不同配方的填充聚四氟乙烯制成。支撐環(huán)表面具有泄放槽，從而使支撐環(huán)不會(huì)起密封作用。具有徑向切口的單層

37、環(huán)是最常用的一種結(jié)構(gòu)，它便于安裝和拆卸。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 2 活塞桿密封硬填料密封 活塞桿的密封一般由填料密封來(lái)實(shí)現(xiàn)。在壓縮機(jī)中，由于密封的是高壓氣體，極少采用軟質(zhì)填料，一般采用硬填料，常用的填料有金屬、填充硬質(zhì)材料的塑料或石墨等。為了解決硬填料磨損后的補(bǔ)償問(wèn)題，往往采用分瓣式結(jié)構(gòu)。在分瓣密封環(huán)的外圓周上，用拉伸彈簧箍緊，填料環(huán)將緊貼在活塞桿圓柱面而建立起密封，當(dāng)填料磨損后，能起到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔?。硬填料密封的原理和活塞環(huán)類似，即在填料和活塞桿相配合面上，利用阻塞和節(jié)流作用，達(dá)到密封氣缸內(nèi)氣體的作用?；钊麠U密封用的填料環(huán)形式主要分為兩類，即平面填料環(huán)和錐面填料環(huán)。形式：

38、（）平面填料環(huán)：平面填料環(huán)廣泛應(yīng)用于低壓、中壓或壓力不很高的高壓級(jí)氣缸上，有三瓣六瓣型、切向切口三瓣型或其他形式。 （2）錐面填料環(huán)： 在密封高壓力差時(shí)，為了降低填料作用在活塞桿上的比壓，采用錐面填料環(huán)結(jié)構(gòu) 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 2 活塞桿密封硬填料密封(1)平面填料環(huán)一個(gè)填料函內(nèi)裝有兩種平面填料環(huán)，一個(gè)三瓣環(huán)、一個(gè)六瓣環(huán)。朝向氣缸側(cè)（即高壓側(cè)）的是具有沿徑向直切口的三瓣環(huán)，它的作用是在遮住六瓣環(huán)的徑向切口。高壓氣體由本身的三個(gè)徑向切口流人填料函的外腔（密封室），并作用于填料環(huán)的外側(cè)面。朝向曲軸側(cè)（即低壓側(cè)）的是六瓣環(huán)，由三個(gè)鞍形瓣和三個(gè)半月形瓣組成。六瓣環(huán)的徑向切口和三瓣

39、環(huán)的徑向切口相互錯(cuò)開(kāi) 60o ，由定位銷來(lái)保證。三瓣環(huán)封蓋在六瓣環(huán)的徑向切口上，六瓣環(huán)起著主要的密封作用。填料環(huán)的外部都用圈形彈簧把環(huán)箍緊在活塞桿上。環(huán)的徑向切口與彈簧的作用是產(chǎn)生密封需要的預(yù)緊力。環(huán)磨損后，環(huán)能自動(dòng)抱緊活塞桿而不致使密封間隙增大工作時(shí)，沿活塞桿來(lái)的高壓氣體可沿三瓣環(huán)的徑向切口導(dǎo)人密封室，從而把六瓣環(huán)均勻地箍緊在活塞桿上而達(dá)到密封作用。氣缸內(nèi)壓越高，六瓣環(huán)與活塞桿抱得越緊自緊密封作用越強(qiáng)。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 2 活塞桿密封 硬填料密封(1)平面填料環(huán)三瓣六瓣式平面填料環(huán)主要用在壓差在 10MPa 以下的中壓密封。低壓密封，也可采用圖 示的沿切向切口的三瓣

40、型平面填料環(huán)。平面填料環(huán)不適用于密封高壓力，一般壓力差不應(yīng)超過(guò) 10MPa 。填料承受的壓力差較大，填料與活塞桿的比壓相應(yīng)較大，很容易磨損?？筛鶕?jù)不同的活塞桿直徑和密封的氣體壓力來(lái)選取，一般為 3 8 組，般采用灰鑄鐵 HT200 ，特殊情況可用錫青銅 ZQSn8-12 等。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 2 活塞桿密封硬填料密封(1)平面填料環(huán)它有由五組填料函構(gòu)成的主密封和一組用于密封泄漏氣的后置填料密封。由于活塞桿的偏斜與振動(dòng)對(duì)填料工作影響很大，故在前端設(shè)有導(dǎo)向套 1 ，內(nèi)鑲軸承合金。填料環(huán)和導(dǎo)向套靠壓力注油潤(rùn)滑，并帶走摩擦熱和增加密封性。注油點(diǎn) A 、 B 一般設(shè)在導(dǎo)向套和第二組填料上方。主密封填料右側(cè)有氣室 6 ,由填料漏出的氣體和油沫自小孔 C 排出并用管道回收。氣室的密封靠其右側(cè)的后置填料 7 來(lái)保證。帶后置填料的結(jié)構(gòu)一般用于密封易燃或有毒氣體，必要時(shí)采用抽氣或用惰性氣體通人氣室進(jìn)行封堵，防止有毒氣體漏出。 3活塞和活塞桿密封往復(fù)密封流體密封3 . 2 活塞桿密封硬填料密封(1)平面填料環(huán)活塞桿密封平面填料環(huán)尚有活塞環(huán)式密封圈。這種硬