产品结构设计-第五章、密封结构设计

1、第五章、密封结构设计,5.1概述 5.2静密封结构 5.3动密封结构 5.4特殊密封结构,5.1、概述,一、密封结构的功能与种类 密封结构的作用是造成一个相当封闭的空间。对不同的产品， 密封的功能和要求不同。 对于依靠封闭实现功能或进行、完成工作的产品，密封结构的 主要功能是保证产品可靠工作、实现产品设计功能和效率。如 液压、气压系统、发动机、空压机等的密封。通常这类产品对 密封的要求较高。对于容纳、储存、传输物料的产品，密封的 主要功能是防止泄露。如冰箱门、打印机墨盒、暖气片、输油 管道、燃气输送系统等的密封。此类产品的密封要求主要取决 于泄露造成的影响程度，泄露影响越大，密封要求越高,密封

2、的方法很多，可以按密封材料、工艺、结构特征、效果等 划分。由于产品的密封结构通常都是在结合面上，通常按密封 结构的运动状态，将密封结构划分为静密封和东密封两种。 静密封指在相对静止的结合面上的密封结构。静密封主要用于 各种固定连接处，需要以一定的压力密合保持密封效果。静密 封又可按具体实施方式与方法分为垫片密封、填料密封、胶密 封、螺纹密封、管箍密封、自紧密封等。 动密封指运动接触面间的密封，典型例子就是活塞与缸筒之间 的密封。动密封的方法很多，按密封状态可分为接触密封、无 接触密封等；按实施方式和结构特点，可分为填料密封、机械 密封、动力密封、迷宫密封等,二、密封结构的材料 可用于密封的材料

3、种类和形式很多，需合理选用。 选择密封材料的主要因素包括： 产品的特点（如工作温度、接触介质、运动状况等） 密封的要求（可靠性、耐久性等） 密封方式，维护维修（装拆方便性、互换性、频繁程度等） 加工、制造工艺性和成本因素等,密封材料常用以下几种： 金属：铜垫片、钢垫片（冲压成型，用于发动机缸体等密封），纯铜垫（液压系统的静密封）。 聚四氟乙烯：成型件主要用于重要的阀门等；生料带，用于水暖管、燃气管道接头等螺纹密封。 橡胶：用于水截门、低压无腐蚀管道对接头等密封。 密封圈：有O形圈、V形圈、Y形圈、唇形圈等，由橡胶、聚氨酯等制成，标准化零件，广泛用于液压、气动系统的动、静密封。 毛毡：机械系统油

4、封等。 密封胶：有环氧树脂、酚醛树脂、氯丁胶等，按连接材料和密封要求选用,5.2、静密封结构,一、垫片密封 在密封结合面间夹入金属或非金属垫片，实现密封。垫片密封 需要一定的压力施加在垫片上，使垫片变形后充满间隙。垫片 密封通常用螺纹紧固件施加预紧力，机械结构上采用法兰形式 较简单、有效,图5-1为常用的法兰连接垫片密封结构形式。其中，图5-1（a）图5-1（d）的垫片为非金 属软垫片，适于设备和管道连接密封，垫片面积大，法兰受力均匀，但需螺栓预紧力大。 图5-1（e）采用金属垫，主要用于压力管道连接接头,机械设备、液压系统 等使用的螺纹连接的 密塞、管接头也使用 垫片密封，如图5-2所 示。

5、图5-2（a）图5- 2（c）用非金属软垫 片，垫片在紧螺纹时 易变形，用于低压场 合。图5-2（d）、图 5-2（e）用非金属软 垫片时，适用于低 压，用金属垫片可用 于高压场合。图5-2 （f）用金属锥形垫 片，适用于高压管 道，压力可达250MP,二、填料密封 填料密封使用橡胶等柔软材料，通过挤压变形填充密封间隙,图5-3为几种填料密封结构。图5-3（a）用于可拆刚性管连接密封，密封位置可调；图5-3（b）与螺纹连接密封联合使用，用于不重要、小管径密封；图5-3（c）允许管道接头轴向伸缩，用于非重要的管道连接密封,图5-4为两种可 用于重要管道 连接的填料密 封结构，如啤 酒、饮料、化

6、工原料生产设 备的输送管道 等,三、O形圈密封 O形圈有系列化产品供应，使用方便。O形圈的材料有多种，耐 油橡胶材料制品最常见。此外还有聚氨酯、聚四氟乙烯和金属 等制成的,图5-5为非金属 O形圈密封常用 结构,图5-6为金属O形圈密封的常用结构,金属O形圈分为充气式和自紧式两种。充气式为在环内充惰性气 体，可增加环内的回弹力，用于高温场合。自紧式是在环的内 侧圆周上制有若干小孔，介质进入环内使环具有自紧性，用于 高压场合。 金属O形圈密封性能优良，适于高温、高压、高真空和低温等条 件,四、其他密封结构,自紧密封依靠 介质压力增加 密封性，压力越大，对密封件的作用越大。图5-7为几种自紧密封结

7、构,如图5-8所示，螺 纹连接密封一般 需在螺纹处放置 密封胶、麻线或 聚四氟乙烯生料 带等提高密封效 果，常用于水暖 管件连接,研合面密封指 依靠结合面精 密研配消除间 隙，再通过螺 栓等施加压力 形成密封的结 构，如图5-9所 示，常用于不 能用垫片密封 的场合,5.3、动密封结构,一、毛毡密封 毛毡密封主要用于伸出的机械旋转转轴轴承盖内、滑动部件与 导轨接合的裸露端部等，起保护作用。 毛毡密封结构简单，成本低，但容易脏污失效，不适于高速场 合,图5-10为毛毡密封 用于轴承盖的几种 结构,二、唇形圈密封 唇形圈因截面形状呈纯状而得名。如图5-11所示，一般唇形圈 都带有金属骨架和螺旋弹簧

8、，起自紧作用。唇形圈为系列化产 品，有各种截面和结构形式，尺寸系列可在设计手册中查到， 图5-11为常见的唇形圈类型。唇形圈主要用于旋转轴的密封， 特别是机械内采用液体油脂方式润滑的场合，密封效果好，俗 称油封,图5-12为唇形 圈安装时的要 求，根据具体 使用场合，条 件可以有变化,图5-13为几个唇形圈使用图例,三、成型圈密封,成型圈密封外观上与唇形圈相似，但一般没有骨架且用途与唇形圈大小不相同。图5-14为 常见成型密封圈的结构类型，一般成型密封圈按其截面形状命名，如V形圈、Y形圈、U形 圈、L形圈等,成型密封圈常用材料为合成橡胶、夹布橡胶、合成塑料等，也 可用皮革、铝、铜、不锈钢制作，

9、一般采用模压成型，塑料、 金属制密封圈也可以采用机加工成型。 成型密封圈主要用于液压缸、气缸等的活塞杆、活塞的动密 封，分别用于密封轴和孔。可单个使用，也可成组使用，结构 简单、摩擦阻力小。成型密封圈内、外径尺寸有一定余量，安 装后产生一定变形，并可借助介质的压力形成自紧密封。轴用 和孔用成型密封圈的安装结构有所不同,图5-15为采用V 形圈密封活塞杆 的典型结构,图5-16为采用V形圈密封活塞的典型结构,图5-17图5-19分 别为U形圈、L形 圈、J形圈用于液 压缸活塞或活塞 杆密封的典型应 用结构,四、非接触密封,浮动环密封是利用特殊结构形成油膜阻隔区实现气箱隔离，主要用于压缩机的轴密封

10、，图5-20为浮动环密封的工作原理示意图,离心密封是利用转子高速旋转时带动液体产生的离心力将液体甩出从而形成阻隔区，达到 密封目的。图5-21为三种不同结构形式的离心密封,干气密封是在密封 面间利用空气形成 一特殊的阻隔区， 达到密封目的，主 要用于旋转式空压 机的轴封，图5-22 为干气密封的工作 原理,5.4、特殊密封结构,产品的密封要求服务于其功能需要，特殊用途的产品有特殊的 密封要求。下面结合特定需要和产品介绍几种密封结构,图5-23的结构称 为铁磁流体密封 。铁磁性超细微 粒在低挥发度的 液体中构成稳定 的胶体溶液，即 铁磁流体。铁磁 流体在密封间隙 中受磁场作用， 形成强韧的液体 膜，阻止泄漏。 铁磁流体为液 体，对旋转轴无 摩擦。铁磁流体 密封用于高速、 高真空等密封场 合,图5-24为三种特殊的管道密封结构。图5-24（a）结构简单、密封可靠，适用于快速装拆场 合使用；图5-24（b）通过螺母和锥面将连接管扩口连于锥面，适于液压系统等薄壁金属管 连接；图5-24（c）用球头管套实现管子连接，允许两管不同轴线的连接及连接位置相对偏 移,图5-25为高压容器密封的几种结构。图5-25（a简单，使用压力2050MPa；图5-25（b）度 要求不高，预紧力小，具有自紧密封