-密封基礎知識

第一節(jié)密封的作用與分類一、密封的作用及其意義二、密封的分類密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有兩方面：一是密封面上有間隙；二是密封部位兩側存在較大壓力差。消去或減小任一因素都可以阻止或減小泄漏。因此，密封的方法通常有：l〕封住結合面的間隙；2〕切斷泄漏通道；3〕增加泄漏通道中的阻力；4〕設置作功元件，對泄漏介質造成壓力，以抵消或平衡泄漏通道的壓力差。所以，密封的分類存在多種分法。5/19/20241第一節(jié)密封的作用與分類分類主要密封件靜密封非金屬靜密封O型橡膠密封圈橡膠墊片聚四氟乙烯生料帶橡膠－金屬復合靜密封組合密封墊圈非金屬靜密封金屬墊圈空心金屬O型密封圈液態(tài)密封墊密封膠非接觸式密封、間隙密封利用間隙、迷宮、阻尼等動密封接觸式密封自封式壓緊型密封O型橡膠密封圈同軸密封圈異型密封圈其他5/19/20242分類主要密封件動密封接觸式密封自封式自緊型密封（唇形密封）Y形密封圈V形密封圈組合式U形密封圈蕾形和復式唇密封圈帶支撐環(huán)組合雙向密封圈其他活塞環(huán)金屬活塞環(huán)旋轉軸油封油封液壓缸導向支撐件導向支撐環(huán)液壓缸防塵圈防塵圈其他其他第一節(jié)密封的作用與分類5/19/20243第二節(jié)密封的材料第二節(jié)密封的材料一、對密封件材料的要求密封件材料的一般要求是：1〕材料密實，不易泄漏工作介質；2〕對工作介質有良好的適應性和穩(wěn)定性；3〕有適當?shù)臋C械強度和硬度，受工作介質的影響?。?〕壓縮性和復原性好，永久變形小；5〕溫度適應性好，高溫下不軟化、不分解，低溫下不硬化，不脆裂；6〕摩擦系數(shù)小，耐磨性好；7〕抗腐蝕性能好，能在工作介質中長期工作，其體積和硬度變化??；8〕與密封面貼合的柔軟性和彈性好；9〕耐臭氧性和耐老化性好，使用壽命長；10〕加工性能好，價格低廉。5/19/20244常用密封材料第二節(jié)密封的材料二、常用橡膠密封材料

丁腈橡膠、聚氨酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠、丙烯酸脂橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠

三、常用合成樹脂密封材料常用合成樹脂中，使用最多的是聚四氟乙烯樹脂。在聚四氟乙烯樹脂中摻入不同的充填材料，可改善和提高其綜合物理化學性能，從而擴大了它的使用范圍。因此，聚四氟乙烯樹脂密封材料可適用石油基液壓油、水一油乳化液、水一乙二醇基液壓液、磷酸脂基液壓液等工作介質的密封。四、常用金屬密封材料金屬密封材料主要用于靜密封，適用于高溫、高壓油、高壓水蒸氣等場合。鉛、蒙太爾合金、銀、鋁、黃銅、不銹鋼、鎳、軟鋯、紫銅。5/19/202455/19/20246第三節(jié)常用密封件一、O形密封圈〔一〕主要性能O形密封圈是一種截面為圓形的橡膠圈，如圖5-l所示。其材料主要為丁睛橡膠或氟橡膠對形密封圈是液壓與氣壓傳動系統(tǒng)中使用最廣泛的一種密封件。它主要用于靜密封和往復運動密封。其使用速度范圍一般為0.005～0.3m／s。用于旋轉運動密封時，僅限于低速回轉密封裝置。如液壓挖掘機的中央回轉接頭的分配閥動密封機構。一般O形密封圈在旋轉運動密封裝置中使用較少。O形密封圈與其他型式密封圈比較，具有以下優(yōu)點：1〕結構小巧，裝拆方便；2〕靜、動密封均可使用；3〕動摩擦阻力比較?。?〕使用單件O形密封圈，可對兩個方向起密封作用；5〕價格低廉。第三節(jié)常用密封件5/19/20247O形密封圈第三節(jié)常用密封件〔二〕用于靜密封時的密封原理5/19/20248〔三〕用于往復運動密封時的密封原理第三節(jié)常用密封件〔四〕應用O形密封圈一般安裝在外圓或內圓上截面為矩形的溝槽內起密封作用，如圖5－4所示。圖5－45/19/202495/19/202410Y形密封圈第三節(jié)常用密封件圖5-6O形密封圈擋圈的安裝二、Y形密封圈〔一〕主要性能Y形密封圈的截面呈Y形，是一種典型的唇形密封圈。按其截面的高、寬比例不同，可分為寬型、窄型、Yx型等幾類；假設按兩唇的高度是否相等，那么可分為軸、孔通用型的等高唇Y形密封圈和不等高唇的軸用Y形密封圈和孔用Y形密封圈，如圖5－7所示。5/19/202411第三節(jié)常用密封件Y形密封圈廣泛應用于往復動密封裝置中，其使用壽命高于O形密封圈。Y形密封圈的適用工作壓力不大于40MPa，工作溫度為-30～80C，工作速度范圍：采用丁睛橡膠制作時為0.01～0.6m／s；采用氟橡膠制作時，為0.05～0.3m／s；采用聚氨酯橡膠制作時，那么為0.01～lm／s。Y形密封圈的密封性能、使用壽命及不同擋圈時的工作壓力極限，都以聚氨酯橡膠材質為佳。Y形密封圈的特點是：1〕密封性能可靠；2〕摩擦阻力小，運動平穩(wěn)；3〕耐壓性好，適用壓力范圍廣；4〕結構簡單，價格低廉；5〕安裝方便。5/19/202412第三節(jié)常用密封件圖5-7Y形密封圈a)等高唇；b)不等高唇〔Yx形〕5/19/202413第三節(jié)常用密封件〔二〕密封原理圖5-8帶副唇的軸用Y形密封圈1)副唇；2)主唇；3)小腔圖5-9Y形密封圈的安裝a)控制間隙；b)安裝擋圈5/19/202414第三節(jié)常用密封件圖5-10安裝支撐環(huán)的Y形密封圈a)單向受壓；b)雙向受壓5/19/202415V形密封圈第三節(jié)常用密封件三、V形密封圈〔一〕主要性能V形密封圈的截面呈V形，也是一種唇形密封圈。根據(jù)制作的材料不同，可分為純橡膠V形密封圈和夾織物〔夾布橡膠〕V形密封圈等。V形密封圈的密封裝置由壓環(huán)、V形密封圈和支承環(huán)三局部組成，如圖5－11所示。圖5-11V形密封圈1-壓環(huán)；2-V形密封環(huán)；3-支撐環(huán)V形密封圈主要用于液壓缸活塞和活塞桿的往復動密封，其運動摩擦阻力較Y形密封圈大，但密封性能可靠、使用壽命長。當發(fā)生泄漏時，可只調整壓環(huán)或填片而無須更換密封圈。V形密封圈的最高工作壓力＞60MPa，適用工作溫度-30～＋80

C，工作速度范圍：采用丁腈橡膠制作時為0.02～0.3m/s；采用夾布橡膠制作時為0.005～0.5m/s.5/19/202416第三節(jié)常用密封件V形密封圈的特點是：1〕耐壓性能好，使用壽命長。2〕根據(jù)使用壓力的上下，可以合理地選擇V形密封圈的數(shù)量，以滿足密封要求；并可調整壓緊力來獲得最正確密封效果。3〕根據(jù)密封裝置不同的使用要求，可以交替安裝不同材質的V形密封圈，以獲得不同的密封特性和最正確綜合效果。4〕維修和更換密封圈方便。5〕密封裝置的軸向尺寸大，摩擦阻力大。5/19/202417第三節(jié)常用密封件〔二〕應用圖5-12V形密封圈的安裝與調整1-調整墊片5/19/202418第四節(jié)新型密封件第四節(jié)新型密封件一、星形密封圈〔一〕主要性能與密封原理星形密封圈是有四個唇的密封圈。它是一種無接縫的圓形環(huán)，在模具內硫化成形，其截面近似正方形，如圖5－13所示。星形密封圈在使用和作用上非常像O形密封圈。但是，它比O形密封圈具有更顯著、更有效的密封性能。星形密封圈的制作材料一般為各種合成橡膠。星形密封圈主要應用在動密封場合，也可用于靜密封。適用于雙作用往復運動的活塞、活塞桿、柱塞等；并且也能在擺動、螺旋和旋轉工況下適用于軸和心軸等。星形密封圈的工作壓力不大于40MPa，工作速度不大于0.5m／s，工作溫度-60～＋200C〔取決于制作的材質〕。對星形密封圈的外表進行特殊減摩處理，能具有更好的摩擦性能。5/19/202419星形密封件第四節(jié)新型密封件星形密封圈是一種由介質壓力施力的雙作用密封圈，依靠它在密封偶合面上的接觸應力進行密封見圖5-13。密封圈的徑向和軸向力取決于系統(tǒng)工作壓力。當壓力升高時，密封圈的壓縮量相應增加，接觸應力也隨之增大。因此，星形密封圈與O形密封圈相比，有許多優(yōu)點：1〕往復運動時，不會翻轉、扭曲。2〕由于所需的徑向預縮量小，故而接觸應力小，摩擦力也小。3〕由于接觸應力分布均勻，所以泄漏小。4〕由于密封圈的分型面設在兩個唇邊之間，因此飛邊不會影響密封作用。5〕在動密封場合，具有良好的密封效果，而且壽命長。5/19/202420第四節(jié)新型密封件圖5-13星形密封圈及其應力分布p圖5-13星形密封圈的應用5/19/202421Zurcon-L形密封圈第四節(jié)新型密封件二、Zurcon－L形密封圈〔簡稱Z－L密封圈〕〔一〕主要性能與密封原理Z－L密封圈的截面呈倒L形，如圖5－15所示。主要用于活塞桿的動、靜密封。其制作材料Zurcon是專門為密封和支承系統(tǒng)而研制的高性能聚氨酯。材料的復合物、添加劑和硬度范圍很廣，從而可使密封和支承元件對于品種不斷增多的工業(yè)流體介質的相容性和性能到達最正確。特別有意義的是，按不同成分經(jīng)過特殊復合的注射和模壓的Zurcon聚氨酯系列，具有不同的硬度、很高的機械強度、耐磨性和抗扯裂強度，同時能和密封偶合面很好地相適應，很少會產(chǎn)生探傷和損壞，從而能滿足液壓與氣壓傳動系統(tǒng)嚴酷的特殊要求Z－L密封圈的密封唇經(jīng)過修整，其接觸應力分布在高壓側的角度較陡，而在低壓側的角度較平坦，從而保證了活塞桿伸出時粘附在桿上的極薄液體膜，在活塞桿縮回時返回到高壓側。而且，這種最正確的應力分布狀態(tài)在整個工作壓力范圍內相當穩(wěn)定。所以，流體動力回吸性能得到了很好保證。密封的預壓縮是由密封圈在外徑處的尺寸過盈以及在安裝時元件產(chǎn)生的旋轉所形成的。獨特的截面形狀使有介質壓力作用時，密封圈變形壓向溝槽外壁，且遠離密封偶合面間的間隙，防止了密封因被擠入間隙的可能。5/19/202422第四節(jié)新型密封件p這種新結構密封圈具有如下突出優(yōu)點：l〕在整個工作壓力范圍內具有流體動力回吸性能。2〕靜態(tài)和動態(tài)密封性能均好。3〕密封唇不受壓力作用，摩擦力小，因而減小了摩擦發(fā)熱。4〕抗擠出性好。5〕耐磨性好，使用壽命長?！捕硲肸－L密封圈的工作壓力不大于40MPa；工作速度不大于0.5m／s；工作溫度：一30～＋80C；工作介質：石油基液壓油、合成液、難燃液5/19/202423M2型Turcon-Variseal密封圈第四節(jié)新型密封件三、M2型Turcon－Variseal密封圈〔簡稱T－V密封圈〕〔一〕主要性能與密封原理M2型T－V密封圈是一種既可用于外圓密封，又可用于內國密封的往復運動用單作用密封圈。它由一個U形外殼和一個V形不銹鋼彈簧(1)所組成，如圖5－16所示。U形外殼的制作材料為Turcon。這是一種專門為密封系統(tǒng)研制的高性能工程熱塑件復合物n在低壓或零壓時，密封圈由不銹鋼彈簧施力，提供初始密封力。當系統(tǒng)壓力升高時，主要密封力由系統(tǒng)壓力形成，從而保證由零壓到高壓都能可靠密封。M2型T－V密封圈的輪廓形狀是不對稱的，其密封工作唇具有短而粗的特點，從而降低了摩擦，延長了壽命。由于密封材料和彈簧對各種工作介質都有很好的適應能力，因此M2型T－V密封圈可在一般液壓與氣壓傳動系統(tǒng)，以及其它廣泛的范圍，如化學、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中應用。如果在彈簧處的空腔內填滿硅膠，那么可對密封圈進行消毒處理，并防止污染物進入，從而實現(xiàn)“潔凈型”密封。1圖5－165/19/202424第四節(jié)新型密封件M2型T－V密封因具有如下優(yōu)點：l〕可用于往復和旋轉動密封；2〕摩擦系數(shù)小，精確控制時也不會產(chǎn)生爬行；3〕耐磨性好，使用壽命長；4〕能適應絕大局部工作介質和化學制品；5〕尺寸穩(wěn)定性好，能承受急劇的溫度變化；6〕可以進行消毒，不會污染食品和藥劑液體。〔二〕應用M2型T－V密封圈的工作壓力：動負載時，p45MPa；靜負載時，p60MPa。工作速度：往復運動時，1.5m／s；旋轉運動時，1m。工作溫度：-70℃～+260℃。M2型T－V密封圈在活塞和活塞桿上密封的應用實例，如圖5－17所示。5/19/202425第四節(jié)新型密封件圖5-17M2型T－V密封圈的應用a〕活塞密封;b〕活塞桿密封5/19/202426第五節(jié)組合式密封件第五節(jié)組合式密封件組合式密封件由二個或二個以上元件組成。其中一局部是潤滑性能好、摩擦系數(shù)小的元件；另一局部是充當彈性體的元件，從而大大改善了綜合密封性能。一、同軸密封圈同軸密封圈是結構與材料全部實施組合形式的往復運動用密封元件。它由加了填充材料的改性聚四氟乙烯滑環(huán)和作為彈性體的橡膠環(huán)〔如O形圈、矩形圈、星形圈等〕組合而成。按其用途可分為活塞用同軸密封圈〔格來圈加O形密封圈〕和活塞桿用同軸密封圈〔斯特困加O形密封圈〕，其結構形式如圖5－18所示。圖5－18同軸密封圈a)活塞密封;b)活塞桿密封1-格來圈；2-O形密封圈；3-斯特圈15/19/202427同軸密封圈第五節(jié)組合式密封件格來圈和斯特圈都是以聚四氟乙烯樹酯為基材，按不同使用條件，配以不同比例的充填材料〔如銅粉、石墨、碳素纖維、玻璃纖維、石棉、二硫化鋁、陶土等〕制作而成。由于聚四氟乙烯樹酯具有自潤滑性能，因此同軸密封圈在各類往復運動密封圈中，是動摩擦阻力較小的一種?！惨弧程攸cl〕格來圈和斯特圈具有極低的摩擦系數(shù)〔0.02～0.04〕，且動、靜摩擦系數(shù)變化小。因此，運動平穩(wěn)，無爬行；2〕自潤滑性能好，與金屬偶合面不易粘著；3〕密封性能良好；4〕根據(jù)使用條件，可改變聚四氟乙烯樹酯充填材料配比和種類，以獲得所需的物理性能?！捕硲猛S密封圈已被廣泛應用于中、高壓液壓缸的往復運動密封裝置。其適用范圍為：工作壓力不大于50MPa；運動速度不大于lm／s；工作溫度-30～＋12℃。5/19/202428新型格來圈第五節(jié)組合式密封件二、新型格來圈〔一〕T形Turcon格來圈T形Turcon格來圈是在保存?zhèn)鹘y(tǒng)的彈性體施力密封的優(yōu)良特性根底上，改進其幾何形狀方面的弱點，從而可以滿足液壓缸在負載下精確定位的要求。它的制作材料為Turcon。這種新型密封圈的結構簡單而緊湊，且可使活塞與液壓缸壁之間保持較大的間隙。1．特點圖5-20T形格來圈的截面形狀及應力分布1-O形密封圈；2-格來圈1〕靜密封性能非常好；2〕允許有較大的配合間隙，故可降低加工費用，并能在有污物的介質中平安使用；3〕摩擦力小，無爬行；4〕可采用多種材料，對工作條件的適應性強；5〕可適用于最新環(huán)保平安的液壓液〔生物油〕。5/19/202429第五節(jié)組合式密封件2．應用T形密封圈的安裝溝槽形狀簡單，且溝槽尺寸符合ISO7425／1標準，可用于整體式活塞密封。工作壓力不大于80MPa；工作速度不大于1.5m／s；工作溫度一54～＋200℃。應用實例如圖5－21所示。圖5-21T形格來圈應用實例1-O形密封圈；2-T形格來圈圖5-22HPR形格來圈的截面形狀及應力分布1-格來圈；2-彈性體；3-擋圈5/19/202430〔二〕HPR型Turcon格來圈HPR型Turcon格來圈密封裝置以疊加的方式將丁睛橡膠彈性體、聚胺酯擋圈和Turcon格來圈組裝在一起，使它在單一的溝槽中得到一種輕巧的密封結構，且具有極好的性能，如圖5－22所示。這種密封裝置的優(yōu)點是。1〕密封組件輕巧，安裝方便；2〕抗擠出能力強，可適應較大的配合間隙，尺寸適應性好；3〕無粘著作用，長行程時工作可靠；4〕抗污染，和流體相容性好；5〕摩擦力小，耐磨性好，性能穩(wěn)定；6〕具有釋壓能力。2．應用HPR型Turcon格來圈適用于液壓往復或螺旋運動的單向密封，采用整體式溝槽結構。工作壓力不大于50MPa；工作速度不大于l.5m/s；工作溫度-54～＋135℃；工作介質：石油基液壓油、水乙二醇。第五節(jié)組合式密封件5/19/202431組合密封墊圈第五節(jié)組合式密封件三、組合密封墊圈組合密封墊圈是由橡膠環(huán)和金屬環(huán)整體粘合硫化而成的密封元件，如圖5－23所示。墊圈的金屬外環(huán)起支承作用，橡膠內環(huán)承受壓縮變形后起密封作用。內環(huán)厚度h與外環(huán)厚度8之差為橡膠的壓縮量。組合密封墊圈的優(yōu)點是密封可靠，連接時的軸向壓緊力小。承載的流體壓力高，且無需加開密封安裝溝槽，因此應用非常廣泛。適用于工作壓力不大于100MPa，工作溫度范圍為-30～＋200℃的靜密封。1-橡膠環(huán)2-金屬環(huán)5/19/202432第六節(jié)防塵圈第六節(jié)防塵圈一、普通型防塵圈普通型防塵圈呈舌形結構，如圖5－24所示。分為有骨架式和無骨架式兩種。普通型防塵圈只有一個防塵唇邊，其支承局部的剛性較好，結構簡單，裝拆方便。制作材料一般為耐磨的丁睛橡膠或聚胺酯橡膠。防塵圈內唇受壓時，具有密封作用，并在安裝溝槽接觸處形成靜密封。普通型防塵圈的工作速度不大于1m/s；工作溫度-30～+110℃；工作介質：石油基液壓油和水包油乳化液。1-內唇2-防塵唇5/19/202433第六節(jié)防塵圈二、2型Turcon防塵圈2型Turcon防塵圈包含一個用Turcon材料制作的防塵圈和一個作為彈性施力元件的O形密封圈、防塵圈的截面形狀及其接觸應力分布，如圖5－25所示。O形密封圈的彈性確保防塵唇均勻地緊貼在滑動外表上，從而使防塵圈起到了刮塵的作用。由于Turcon是一種極為耐磨、并經(jīng)過特殊改進的聚四氟乙烯材料，其固有剛度高，因此防塵圈即使在苛刻條件下使用也不會變形。防塵圈的工作速度不大于1.5m/s，工作溫度-54～＋200℃〔取決于O形密封圈材質〕。2型Turcon防塵圈的優(yōu)點是。1〕安裝空間小，溝槽結構簡單；2〕起動時，無爬行和粘滯現(xiàn)象；3〕即使在有難對付的雜質和冰的情況下，也具有良好的防塵效果；4〕耐磨性好，使用壽命長。p1-防塵圈2-O形密封圈5/19/202434第六節(jié)防塵圈三、旋轉軸用防塵圈旋轉軸用防塵圈是一種用于旋轉軸端面密封的防塵裝置，其截面形狀和安裝情況如圖5－27所示。防塵圈的密封唇緣緊貼軸頸外表，并隨軸一起轉動，由于離心力的作用，斜面上的塵土等異物均被拋離密封部位，從而起到防塵和密封作用。這種防塵圈的特點是：結構簡單、裝拆方便、防塵效果好；不受軸的偏心、振擺和跳動等影響；對軸無磨損。5/19/202435第七節(jié)旋轉密封件第七節(jié)旋轉密封件一、旋轉軸唇形密封圈〔油封〕旋轉軸唇形密封圈俗稱油封。它是安裝在旋轉軸和靜止件之間，用于密封潤滑油外泄和防止外界塵土、雜物侵人設備內部的動密封元件。普通油封的使用壓力小于0.05MPa，耐壓油封的工作壓力可達l～1.2MPa。油封的工作溫度范圍：丁腈橡膠制作的為－40～＋120℃，氟橡膠制作的為－25～＋200℃，丙烯酸酯橡膠制作的為－20～+150℃。油封的工作線速度一般小于15m／s。按軸的旋轉線速度上下分類，可分為低速油封〔小于6m／s〕和高速油封〔大于6m／s〕。按油封所能承受的壓力上下分類，可分為常壓型油封和耐壓型油封。按油封的結構及密封原理分類，可分為標準型油封和動力回流型油封。另外，按構成油封的組件材質分類，又可分為有骨架型油封和無骨架型油封；有彈簧型油封和無彈簧型油封。通常，對油封的要求是。l〕結構簡單，制作和裝拆容易；2〕安裝腔體的尺寸緊湊，加工方便；3〕密封性能好，能長時間保持密封效果；4〕對軸的振擺、偏心的適應性能好。5/19/202436第七節(jié)旋轉密封件〔一〕密封原理〔二〕油封的選用選擇油封的材料時，必須考慮材料對工作介質、工作溫度及唇緣在軸高速旋轉時的適應性。一般油封工作時其唇緣的溫度高于工作介質溫度20～50℃，應引起重視。常壓型油封的使用壓力一般不超過0.05MPa。當工作壓力超過0.05MPa時，應選用耐壓型油封。目前，國外耐壓型油封的使用壓力可達10MPa。