机械设计手册之 密封装置

1、机械设计机械设计 第二十一章第二十一章 密密 封封 装装 置置 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 密封类型与选择密封类型与选择 第三节第三节 静密封静密封 第四节第四节 动密封动密封 第五节第五节 机械密封机械密封 第六节第六节 其他密封其他密封 返回章目录返回章目录 第一节第一节 概述概述 密封密封的功能一是防止机器内部的液体或者气体从两的功能一是防止机器内部的液体或者气体从两 零件的结合面间泄漏出去，二是防止外部的杂质、灰尘零件的结合面间泄漏出去，二是防止外部的杂质、灰尘 侵入，保持机械零件正常工作的必要环境。起密封作用侵入，保持机械零件正常工作的必要环境。起密封作用 的零、部件称为密

2、封件或密封装置，简称密封。的零、部件称为密封件或密封装置，简称密封。 密封密封的好坏，直接关系到一个机器的工作质量和的好坏，直接关系到一个机器的工作质量和 使用寿命，切不可掉以轻心。有些场合，密封的可靠使用寿命，切不可掉以轻心。有些场合，密封的可靠 程度尤为重要，比如飞机和航天器上的密封，毒气、程度尤为重要，比如飞机和航天器上的密封，毒气、 毒液储罐，易燃、易爆气体储罐等的密封。毒液储罐，易燃、易爆气体储罐等的密封。 多数多数密封件已标准化、系列化，密封件已标准化、系列化，根据工作条件和使根据工作条件和使 用要求加以选用。用要求加以选用。 第二节第二节 密封类型与选择密封类型与选择 密封密封按

3、被密封的两结合面之间是否有相对运动按被密封的两结合面之间是否有相对运动 而分为而分为静密封静密封和和动密封动密封两大类。动密封又按密封件两大类。动密封又按密封件 和被密封面间是否有间隙分为和被密封面间是否有间隙分为接触式接触式动密封和动密封和非接非接 触式触式动密封。动密封。 一、密封的类型一、密封的类型 具体分类如下：具体分类如下： 密密 封封 动动 密密 封封 静静 密密 封封 垫片密封垫片密封 研合面密封研合面密封 O形圈密封形圈密封 密封胶密封密封胶密封 非接触式密封非接触式密封 接触式动密封接触式动密封 间隙密封间隙密封 离心式密封离心式密封 迷宫式密封迷宫式密封 毡圈密封毡圈密封

4、O形圈密封形圈密封 唇形密封唇形密封 油封油封 密封圈密封密封圈密封 软填料密封软填料密封 涨圈密封涨圈密封 机械密封机械密封 其他其他 密封密封的形式五花八门，多种多样，作用和原理各的形式五花八门，多种多样，作用和原理各 不相同，在实际使用过程中，要根据使用场合，工作不相同，在实际使用过程中，要根据使用场合，工作 条件合理地选择密封的形式。如条件合理地选择密封的形式。如非接触式动密封非接触式动密封，可，可 以用在转速比较高的场合，但密封的可靠程度有限，以用在转速比较高的场合，但密封的可靠程度有限， 接触式动密封密封接触式动密封密封可靠，但由于有摩擦磨损的存在，可靠，但由于有摩擦磨损的存在，

5、不宜用在旋转速度较高的场合。对于有一定的压力和不宜用在旋转速度较高的场合。对于有一定的压力和 转速较高的轴的密封要选用转速较高的轴的密封要选用机械密封机械密封等。等。 二、密封的选择二、密封的选择 1 1、密封形式的选择、密封形式的选择 （1 1） 液体材料液体材料 多为高分子材料，如液态密封胶、多为高分子材料，如液态密封胶、 厌氧胶、热熔型胶等，它们在使用过程中通常会固化。厌氧胶、热熔型胶等，它们在使用过程中通常会固化。 主要用于静密封。主要用于静密封。 2 2、密封材料的选择、密封材料的选择 用于密封件的材料常有以下几种：用于密封件的材料常有以下几种： （2 2） 纤维材料纤维材料 植物纤

6、维有棉、麻、纸、软木植物纤维有棉、麻、纸、软木 等；动物纤维有毛、毡、皮革等；矿物纤维有石棉等；等；动物纤维有毛、毡、皮革等；矿物纤维有石棉等； 人造纤维有玻璃纤维、碳纤维、有机合成纤维、陶瓷人造纤维有玻璃纤维、碳纤维、有机合成纤维、陶瓷 纤维等。主要用于垫片、软填料、油封、防尘密封件纤维等。主要用于垫片、软填料、油封、防尘密封件 等。矿物纤维可以耐酸、耐碱、耐油，温度最大可耐等。矿物纤维可以耐酸、耐碱、耐油，温度最大可耐 到到450450。 （3 3） 弹塑性体弹塑性体 橡胶和塑料橡胶和塑料。 橡胶橡胶类有天然橡胶和合成橡胶之分。类有天然橡胶和合成橡胶之分。 橡胶主要用于垫片、成型填料、软填

7、料、油封、防橡胶主要用于垫片、成型填料、软填料、油封、防 尘密封件等。尘密封件等。 塑料塑料有氟塑料、尼龙、酚醛塑料、聚乙烯、聚四氟有氟塑料、尼龙、酚醛塑料、聚乙烯、聚四氟 乙烯等。主要用于垫片、成型填料、软填料、硬填料、乙烯等。主要用于垫片、成型填料、软填料、硬填料、 防尘密封件、活塞环、机械密封等。可耐酸、耐碱、防尘密封件、活塞环、机械密封等。可耐酸、耐碱、 耐油耐油等。等。聚四氟乙烯最高可耐温度聚四氟乙烯最高可耐温度300300。 （4 4） 无机材料无机材料 石墨和工程陶瓷，如氧化铝瓷、石墨和工程陶瓷，如氧化铝瓷、 滑石瓷、金属陶瓷氧化硅等。主要用于垫片、软填料、滑石瓷、金属陶瓷氧化硅

8、等。主要用于垫片、软填料、 硬填料、密封件、机械密封、间隙密封等。可耐酸、硬填料、密封件、机械密封、间隙密封等。可耐酸、 耐碱，最高可耐温度耐碱，最高可耐温度800800。 （5 5） 金属材料金属材料 黑色金属有碳钢、铸铁、不锈钢黑色金属有碳钢、铸铁、不锈钢 等，有色金属有铜、铝、锡、铅等，硬质合金有钨钴等，有色金属有铜、铝、锡、铅等，硬质合金有钨钴 硬质合金、钨钴钛硬质合金等，贵重金属有金、银、硬质合金、钨钴钛硬质合金等，贵重金属有金、银、 铟、钽等。主要用于垫片、软填料、硬填料、成型填铟、钽等。主要用于垫片、软填料、硬填料、成型填 料、防尘密封件、机械密封、间隙密封等。可耐酸、料、防尘密

9、封件、机械密封、间隙密封等。可耐酸、 耐碱，最高可耐温度耐碱，最高可耐温度450450。贵重金属主要用于高真空、。贵重金属主要用于高真空、 高压和低温等场合。高压和低温等场合。 垫片密封是静密封中最常用的一种形式。在两连垫片密封是静密封中最常用的一种形式。在两连 接件的密封面之间垫上不同材质的密封垫片，然后拧接件的密封面之间垫上不同材质的密封垫片，然后拧 紧螺纹或螺栓，使垫片产生弹性和塑性变形，紧螺纹或螺栓，使垫片产生弹性和塑性变形，填填塞密塞密 封面的不平处，达到密封的目的。封面的不平处，达到密封的目的。 一、垫片密封一、垫片密封 两密封面在工作时没有相对位移的密封为静密封。两密封面在工作时

10、没有相对位移的密封为静密封。 压力容器的封头和筒体的密封，减速器箱体和箱盖的压力容器的封头和筒体的密封，减速器箱体和箱盖的 密封，内燃机汽缸和汽缸盖的密封等都属于静密封。密封，内燃机汽缸和汽缸盖的密封等都属于静密封。 第三节第三节 静密封静密封 法兰之间法兰之间 法兰和法法兰和法 兰盖之间兰盖之间 轴承端盖和箱体之间轴承端盖和箱体之间 上法兰 下法兰 罐体 封头 垫片 垫片 法兰 法兰盖 管道 箱体 轴 密封垫片 轴承 轴承端盖 靠两密封面的精密研配来消除间隙，用外力压紧靠两密封面的精密研配来消除间隙，用外力压紧 来保证密封。在实际使用中，密封面往往涂敷密封胶，来保证密封。在实际使用中，密封面

11、往往涂敷密封胶， 以提高严密性。密封面的表面粗糙度以提高严密性。密封面的表面粗糙度R Ra2a2 5 5mm m，自，自 由状态下，两密封面之间由状态下，两密封面之间 的间隙不大于的间隙不大于0.05mm0.05mm。 多用于气轮机、燃气轮多用于气轮机、燃气轮 机等汽缸结合面的密封机等汽缸结合面的密封。 二、研合面密封二、研合面密封 上法兰 缸体 下法兰 缸盖 O形圈密封寿命长，结构紧凑，形圈密封寿命长，结构紧凑， 装拆方便，密封性能好，根据不同装拆方便，密封性能好，根据不同 的材料，可在的材料，可在-100 260 的温度的温度 范围和范围和100MPa的压力下使用。的压力下使用。 三、三、

12、O形圈密封形圈密封 如果在更高或更低的温度和压力如果在更高或更低的温度和压力 条件下工作，可以采用金属空心条件下工作，可以采用金属空心O 形环密封，它可以在形环密封，它可以在280MPa压力下压力下 工作，温度范围为工作，温度范围为-250 650。 法兰 缸体 法兰盖O形圈 自由状态 金属空心 形环O 缸体 压紧状态 O金属空心 形环 用刮涂、压注等方法将密封胶涂在要压紧的两个用刮涂、压注等方法将密封胶涂在要压紧的两个 面上，靠胶的浸润性填满密封面的凹凸不平处，形成面上，靠胶的浸润性填满密封面的凹凸不平处，形成 一层薄膜，能有效起到密封作用。它密封牢固，方法一层薄膜，能有效起到密封作用。它密

13、封牢固，方法 简单，效果好，但耐温性差，通常用于简单，效果好，但耐温性差，通常用于150150以下。以下。 四、密封胶密封四、密封胶密封 第四节第四节 动密封动密封 两密封面在工作时有相对运动的密封为动密封。两密封面在工作时有相对运动的密封为动密封。 通常是一个静止，一个运动，既要保证密封可靠，又通常是一个静止，一个运动，既要保证密封可靠，又 要防止相对运动元件间的摩擦、磨损，损坏密封件，要防止相对运动元件间的摩擦、磨损，损坏密封件， 保证密封件有一定的寿命。按照相对运动的类型不同保证密封件有一定的寿命。按照相对运动的类型不同 分为移动式动密封和旋转式动密封。移动式动密封主分为移动式动密封和旋

14、转式动密封。移动式动密封主 要用在直线运动或往复运动的机械中，如液压千斤顶、要用在直线运动或往复运动的机械中，如液压千斤顶、 液压升降台等液压机械和发动机的汽缸和活塞之间的液压升降台等液压机械和发动机的汽缸和活塞之间的 密封等，本章主要讨论旋转式动密封。密封等，本章主要讨论旋转式动密封。 一、一、 非接触式动密封非接触式动密封 1 1、间隙密封、间隙密封 间隙密封是靠相对运动件的配合面之间的微小间隙间隙密封是靠相对运动件的配合面之间的微小间隙 防止泄漏而实现的密封，它的工作原理是基于流体黏性防止泄漏而实现的密封，它的工作原理是基于流体黏性 摩擦理论，即当油液通过缝隙时存在一定的黏性阻力而摩擦理

15、论，即当油液通过缝隙时存在一定的黏性阻力而 起密封作用。起密封作用。 2 2、离心密封、离心密封 离心密封主要是利用轴在旋转时产生的离心力，将泄离心密封主要是利用轴在旋转时产生的离心力，将泄 漏出来的润滑油再甩回到油腔。也有在轴上直接开螺旋漏出来的润滑油再甩回到油腔。也有在轴上直接开螺旋 槽，在紧贴轴承处安装一甩油环，将油再甩回去，螺旋槽，在紧贴轴承处安装一甩油环，将油再甩回去，螺旋 槽的旋转方向要保证轴在旋转时是使油甩到油腔里，而槽的旋转方向要保证轴在旋转时是使油甩到油腔里，而 不是相反，这种密封通常只能在单向回转的轴上使用不是相反，这种密封通常只能在单向回转的轴上使用。 3 3、迷宫密封、

16、迷宫密封 迷宫密封是在需要密封的表面加工几个拐弯的沟槽，迷宫密封是在需要密封的表面加工几个拐弯的沟槽， 形成象迷宫一样的形成象迷宫一样的“曲路曲路” ” ，使泄漏的介质在沟槽里，使泄漏的介质在沟槽里 产生压力降，不能顺畅的通过，即可形成密封。曲路的产生压力降，不能顺畅的通过，即可形成密封。曲路的 布置可以是轴向的，也可以是径向的。当采用轴向曲路布置可以是轴向的，也可以是径向的。当采用轴向曲路 时，假若轴的热伸缩比较大或者设计不严谨，都有使旋时，假若轴的热伸缩比较大或者设计不严谨，都有使旋 转片和固定片相接触的可能，因此在一般情况下以径向转片和固定片相接触的可能，因此在一般情况下以径向 布置为宜

17、。工作时沟布置为宜。工作时沟 槽内涂满润滑槽内涂满润滑 脂，以增加密脂，以增加密 封效果。封效果。 二、二、 接触式动密封接触式动密封 1 1、密封圈密封、密封圈密封 （1 1） 毡圈密封毡圈密封 在轴承端盖上开出梯形槽，在轴承端盖上开出梯形槽， 将毡圈（按标准选取），放置在梯形槽中与轴密合接将毡圈（按标准选取），放置在梯形槽中与轴密合接 触。这种密封主要用于脂润滑的场合，它结构简单，触。这种密封主要用于脂润滑的场合，它结构简单， 使用简便，但摩擦较大，只适用于线速度较小使用简便，但摩擦较大，只适用于线速度较小( (不大于不大于 4 4 5m/s)5m/s)的场合。与密封毡圈相接触的轴表面如经

18、过抛的场合。与密封毡圈相接触的轴表面如经过抛 光且毛毡质量较高时光且毛毡质量较高时, , 线速度可达到线速度可达到7 7 8m/s8m/s。 毡圈密封是标准件，按照轴的直径确定毡圈的尺毡圈密封是标准件，按照轴的直径确定毡圈的尺 寸和沟槽的尺寸。也可两个毡圈并排放置以增强密封寸和沟槽的尺寸。也可两个毡圈并排放置以增强密封 效果效果。 毡圈 轴承端盖 （2）O形圈密封形圈密封 O形圈用作动密封时，主要用形圈用作动密封时，主要用 于移动密封，如活塞和活塞杆的密封。当圆周速度小于移动密封，如活塞和活塞杆的密封。当圆周速度小 于于2m/s时，也可用于旋转密封时，也可用于旋转密封。 O形密封圈结构简单，密

19、封性可靠。运动摩擦阻形密封圈结构简单，密封性可靠。运动摩擦阻 力很小，沟槽尺寸小，容易制造等，力很小，沟槽尺寸小，容易制造等， 故应用十分广泛。其主要的缺点是故应用十分广泛。其主要的缺点是 起动摩擦阻力较大。起动摩擦阻力较大。 （3） 唇型密封唇型密封 唇型密封是依靠其唇形部分与被唇型密封是依靠其唇形部分与被 密封面紧密接触来进行密封的。唇型密封圈的种类繁多，密封面紧密接触来进行密封的。唇型密封圈的种类繁多， 形状各异。它装填方便，更换迅速，但与形状各异。它装填方便，更换迅速，但与O形密封圈相形密封圈相 比有结构复杂，尺寸较大，摩擦阻力大等缺点。在许多比有结构复杂，尺寸较大，摩擦阻力大等缺点。

20、在许多 场合，已被场合，已被O形密封圈所替代。现在主要应用在往复运形密封圈所替代。现在主要应用在往复运 动的零、部件中。动的零、部件中。 唇型密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位，唇型密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位，即开即开 口应向着口应向着 密封介质，密封介质， 这样才有这样才有 密封效果密封效果。 （4 4） 油封密封油封密封 油封油封密封是依靠其密封是依靠其弯折了的橡胶弯折了的橡胶 弹性力和附加的环形螺旋弹簧的扣紧作用而紧套在轴上，弹性力和附加的环形螺旋弹簧的扣紧作用而紧套在轴上， 阻断了泄露间隙，达到阻断了泄露间隙，达到密封作用的。它是用于旋转轴的密封作用的。它是用于旋转轴的 密封件

21、。密封件。 典型油封的剖面形状见图。自由状态下的油封，内典型油封的剖面形状见图。自由状态下的油封，内 径比轴小，即具有一定的过盈径比轴小，即具有一定的过盈 量，这个过盈量会对轴产生一量，这个过盈量会对轴产生一 定的抱紧力，油封腰部由于介定的抱紧力，油封腰部由于介 质压力的作用也会对轴产生一质压力的作用也会对轴产生一 个弹性力，还有弹簧，会对轴个弹性力，还有弹簧，会对轴 产生一个产生一个能能随时自紧补偿随时自紧补偿的的力。力。 1 2 3 4 5 6 油封油封广泛用于汽车、工程机械、机床等各种机械上，广泛用于汽车、工程机械、机床等各种机械上， 因此种类很多，通常按其结构可分为有骨架和无骨架两因此

22、种类很多，通常按其结构可分为有骨架和无骨架两 大类。骨架是金属加强环，用来增强油封的刚度。大类。骨架是金属加强环，用来增强油封的刚度。 油封油封种类很多，大多已标准化，按照工作条件和轴种类很多，大多已标准化，按照工作条件和轴 的尺寸选取。的尺寸选取。 2 2、软填料密封、软填料密封 软填料密封是将各种适合作为密封材料的软填料，软填料密封是将各种适合作为密封材料的软填料， 用压盖压入需要密封的间隙中，达到密封的作用。适用压盖压入需要密封的间隙中，达到密封的作用。适 合于轴旋转的线速度不大于合于轴旋转的线速度不大于10m/s。软填料密封发热和软填料密封发热和 磨损很严重，使用寿磨损很严重，使用寿

23、命最长不超过半年。命最长不超过半年。 通过重新压紧端盖，通过重新压紧端盖， 可以补偿填料的磨损。可以补偿填料的磨损。 3 3、涨圈密封、涨圈密封 涨圈通常是由金属制造的带有切口的弹性环，放涨圈通常是由金属制造的带有切口的弹性环，放 入槽中后，靠涨圈本身的弹力，使外圈紧贴在壳体上，入槽中后，靠涨圈本身的弹力，使外圈紧贴在壳体上， 不随轴转动。由于介质压力的作用，涨圈一端面紧压不随轴转动。由于介质压力的作用，涨圈一端面紧压 在涨圈槽的一侧，产生相对运动，用液体进行润滑和在涨圈槽的一侧，产生相对运动，用液体进行润滑和 堵漏，从而达到密封堵漏，从而达到密封 的作用。涨圈密封既的作用。涨圈密封既 可用于

24、往复运动件的可用于往复运动件的 密封，也可用于旋转密封，也可用于旋转 运动件的密封。运动件的密封。 第五节第五节 机械密封机械密封 机械密封机械密封也称也称端面密封端面密封，属于，属于接触式动密封接触式动密封，常，常 用于泵、釜、压缩机、用于泵、釜、压缩机、 液压设备和其他类似液压设备和其他类似 设备的旋转轴的密封，设备的旋转轴的密封， 适用于高压、高温、适用于高压、高温、 高速、或低温、真空高速、或低温、真空 等场合以及对酸、碱等场合以及对酸、碱 等强腐蚀介质的密封。等强腐蚀介质的密封。 冷却液 12345678 91011 12 1压盖；压盖； 2静环；静环； 3静环密封圈；静环密封圈；

25、4动环；动环； 5动环密封圈；动环密封圈； 6推环；推环； 7弹簧；弹簧； 8固定螺钉；固定螺钉； 9弹簧座；弹簧座； 10传动螺钉；传动螺钉；11壳体；壳体；12防转销防转销 1 1、单端面和双端面、单端面和双端面 机械密封的结构类型很多机械密封的结构类型很多, ,可根据不同的结构特可根据不同的结构特 点进行分类点进行分类, ,以便合理的选择以便合理的选择, ,常用的分类方法有常用的分类方法有: : 单端面密封，只有一对静环和动环。双端面密封，单端面密封，只有一对静环和动环。双端面密封， 有两对摩擦面有两对摩擦面A和和B。双端面密封可在密封腔。双端面密封可在密封腔C中通入中通入 带压的封液能

26、变气相密带压的封液能变气相密 封为液相密封，又因封为液相密封，又因 为封液的压力通常高为封液的压力通常高 于需要密封的介质压于需要密封的介质压 力，故可以有效地防力，故可以有效地防 止介质外漏。止介质外漏。 2 2、内装式和外装式、内装式和外装式 当弹簧置于工作介质之内称为内装式。而弹簧置于当弹簧置于工作介质之内称为内装式。而弹簧置于 工作介工作介 质之外质之外 时称为时称为 外装式外装式。 外装式外装式 外装式弹簧不与介质接触，便于观察和维修，但介外装式弹簧不与介质接触，便于观察和维修，但介 质的作用力与弹簧力相反，当介质的压力变动较大时，质的作用力与弹簧力相反，当介质的压力变动较大时， 会引起不良的结果。当介质的压力较大，弹簧的弹性会引起不良的结果。当介质的压力较大，弹簧的弹性 力余量不够大时，可能会引起泄漏；反之，当介质的力余量不够大时，可能会引起泄漏；反之，当介质的 压力较小时，弹簧力可能就很大，而使静环和动环压压力较小时，弹簧力可能就很大，而使静环和动环压 得过紧，引起摩擦面的擦伤。得过紧，引起摩擦面的擦伤。 内装式机械密封受力情况较好，通常情况下使用，内装式机械密封受力情况较好，通常情况下使用， 只有在密封零件和弹簧不耐介质腐蚀，或介质过于黏只有