机械设计手册之-密封装置

机械设计第二十一章密封装置

第一节概述

第二节密封类型与选择

第三节静密封

第四节动密封

第五节机械密封

第六节其他密封返回章目录第一节概述

密封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、部件称为密封件或密封装置，简称密封。

密封的好坏，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。多数密封件已标准化、系列化，根据工作条件和使用要求加以选用。第二节密封类型与选择

密封按被密封的两结合面之间是否有相对运动而分为静密封和动密封两大类。动密封又按密封件和被密封面间是否有间隙分为接触式动密封和非接触式动密封。

一、密封的类型

具体分类如下：

密封动密封静密封垫片密封研合面密封O形圈密封密封胶密封非接触式密封接触式动密封间隙密封离心式密封迷宫式密封毡圈密封O形圈密封唇形密封油封密封圈密封软填料密封涨圈密封机械密封其他密封的形式五花八门，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，工作条件合理地选择密封的形式。如非接触式动密封，可以用在转速比较高的场合，但密封的可靠程度有限，接触式动密封密封可靠，但由于有摩擦磨损的存在，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机械密封等。

二、密封的选择

1、密封形式的选择

（1）液体材料多为高分子材料，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。主要用于静密封。

2、密封材料的选择

用于密封件的材料常有以下几种：

（2）纤维材料植物纤维有棉、麻、纸、软木等；动物纤维有毛、毡、皮革等；矿物纤维有石棉等；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、防尘密封件等。矿物纤维可以耐酸、耐碱、耐油，温度最大可耐到450℃。

（3）弹塑性体橡胶和塑料。

橡胶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、软填料、油封、防尘密封件等。

塑料有氟塑料、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、防尘密封件、活塞环、机械密封等。可耐酸、耐碱、耐油等。聚四氟乙烯最高可耐温度300℃。

（4）无机材料石墨和工程陶瓷，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、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800℃。

（5）金属材料黑色金属有碳钢、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、成型填料、防尘密封件、机械密封、间隙密封等。可耐酸、耐碱，最高可耐温度450℃。贵重金属主要用于高真空、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，填塞密封面的不平处，达到密封的目的。

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。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。

第三节静密封法兰之间

法兰和法兰盖之间轴承端盖和箱体之间

靠两密封面面的精密研研配来消除除间隙，用用外力压紧紧来保证密密封。在实实际使用中中，密封面面往往涂敷敷密封胶，，以提高严严密性。密密封面的表表面粗糙度度Ra≈25mm，自由状状态下，两两密封面之之间的间隙不大大于0.05mm。。多用于气轮轮机、燃气气轮机等汽缸结结合面的密密封。二、研合面面密封O形圈密封封寿命长，，结构紧凑凑，装拆方方便，密封封性能好，，根据不同同的材料，，可在-100℃260℃的温度度范围围和100MPa的的压力力下使使用。。三、O形圈圈密封封如果在在更高高或更更低的的温度度和压压力条条件下下工作作，可可以采采用金金属空空心O形环环密封封，它它可以以在280MPa压压力下下工作作，温温度范范围为为-250℃650℃。用刮涂涂、压压注等等方法法将密密封胶胶涂在在要压压紧的的两个个面上上，靠靠胶的的浸润润性填填满密密封面面的凹凹凸不不平处处，形形成一一层薄薄膜，，能有有效起起到密密封作作用。。它密密封牢牢固，，方法法简单单，效效果好好，但但耐温温性差差，通通常用用于150℃以下。。四、密密封胶胶密封封第四节节动动密封封两密封封面在在工作作时有有相对对运动动的密密封为为动密密封。。通常常是一一个静静止，，一个个运动动，既既要保保证密密封可可靠，，又要要防止止相对对运动动元件件间的的摩擦擦、磨磨损，，损坏坏密封封件，，保证证密封封件有有一定定的寿寿命。。按照照相对对运动动的类类型不不同分分为移移动式式动密密封和和旋转转式动动密封封。移移动式式动密密封主主要用用在直直线运运动或或往复复运动动的机机械中中，如如液压压千斤斤顶、、液压压升降降台等等液压压机械械和发发动机机的汽汽缸和和活塞塞之间间的密密封等等，本本章主主要讨讨论旋旋转式式动密密封。。一、非非接触触式动动密封封1、间间隙密密封间隙密密封是是靠相相对运运动件件的配配合面面之间间的微微小间间隙防防止泄泄漏而而实现现的密密封，，它的的工作作原理理是基基于流流体黏黏性摩摩擦理理论，，即当当油液液通过过缝隙隙时存存在一一定的的黏性性阻力力而起起密封封作用用。2、离离心密密封离心密密封主主要是是利用用轴在在旋转转时产产生的的离心心力，，将泄泄漏出出来的的润滑滑油再再甩回回到油油腔。。也有有在轴轴上直直接开开螺旋旋槽，，在紧紧贴轴轴承处处安装装一甩甩油环环，将将油再再甩回回去，，螺旋旋槽的的旋转转方向向要保保证轴轴在旋旋转时时是使使油甩甩到油油腔里里，而而不是是相反反，这这种密密封通通常只只能在在单向向回转转的轴轴上使使用。。3、迷迷宫密密封迷宫密密封是是在需需要密密封的的表面面加工工几个个拐弯弯的沟沟槽，，形成成象迷迷宫一一样的的“曲曲路””，，使泄泄漏的的介质质在沟沟槽里里产生生压力力降，，不能能顺畅畅的通通过，，即可可形成成密封封。曲曲路的的布置置可以以是轴轴向的的，也也可以以是径径向的的。当当采用用轴向向曲路路时，，假若若轴的的热伸伸缩比比较大大或者者设计计不严严谨，，都有有使旋旋转片片和固固定片片相接接触的的可能能，因因此在在一般般情况况下以以径向向布置置为宜宜。工工作时时沟槽内涂涂满润润滑脂，以以增加加密封效果果。二、接接触式式动密密封1、密密封圈圈密封封（1））毡毡圈密密封在轴承承端盖盖上开开出梯梯形槽槽，将将毡圈圈（按按标准准选取取），，放置置在梯梯形槽槽中与与轴密密合接接触。。这种种密封封主要要用于于脂润润滑的的场合合，它它结构构简单单，使使用简简便，，但摩摩擦较较大，，只适适用于于线速速度较较小(不大大于45m/s)的场场合。。与密密封毡毡圈相相接触触的轴轴表面面如经经过抛抛光且且毛毡毡质量量较高高时,线线速度度可达达到78m/s。。毡圈密密封是是标准准件，，按照照轴的的直径径确定定毡圈圈的尺尺寸和和沟槽槽的尺尺寸。。也可可两个个毡圈圈并排排放置置以增增强密密封效效果。。（2））O形形圈密密封O形圈圈用作作动密密封时时，主主要用用于移移动密密封，，如活活塞和和活塞塞杆的的密封封。当当圆周周速度度小于于2m/s时，，也可可用于于旋转转密封封。O形密密封圈圈结构构简单单，密密封性性可靠靠。运运动摩摩擦阻阻力很很小，，沟槽槽尺寸寸小，，容易易制造造等，，故应用用十分分广泛泛。其其主要要的缺缺点是是起动摩摩擦阻阻力较较大。。（3））唇唇型密密封唇型密密封是是依靠靠其唇唇形部部分与与被密密封面面紧密密接触触来进进行密密封的的。唇唇型密密封圈圈的种种类繁繁多，，形状状各异异。它它装填填方便便，更更换迅迅速，，但与与O形形密封封圈相相比有有结构构复杂杂，尺尺寸较较大，，摩擦擦阻力力大等等缺点点。在在许多多场合合，已已被O形密密封圈圈所替替代。。现在在主要要应用用在往往复运运动的的零、、部件件中。。唇型密密封圈圈密封封唇的的方向向要朝朝向密密封的的部位位，即开口口应向向着密封介介质，，这样才才有密封效效果。（4））油油封密密封油封密封是是依靠靠其弯弯折了了的橡橡胶弹弹性力力和附附加的的环形形螺旋旋弹簧簧的扣扣紧作作用而而紧套套在轴轴上，，阻断断了泄泄露间间隙，，达到到密封封作用用的。。它是是用于于旋转转轴的的密封封件。。典型油油封的的剖面面形状状见图图。自自由状状态下下的油油封，，内径径比轴轴小，，即具具有一一定的的过盈盈量，这这个过过盈量量会对对轴产产生一一定的抱抱紧力力，油油封腰腰部由由于介介质压力力的作作用也也会对对轴产产生一一个弹性性力，，还有有弹簧簧，会会对轴轴产生一一个能随时自自紧补补偿的力。油封广泛用用于汽汽车、、工程程机械械、机机床等等各种种机械械上，，因此此种类类很多多，通通常按按其结结构可可分为为有骨骨架和和无骨骨架两两大类类。骨骨架是是金属属加强强环，，用来来增强强油封封的刚刚度。。油封种类很很多，，大多多已标标准化化，按按照工工作条条件和和轴的的尺寸寸选取取。2、软软填料料密封封软填料料密封封是将将各种种适合合作为为密封封材料料的软软填料料，用用压盖盖压入入需要要密封封的间间隙中中，达达到密密封的的作用用。适适合于于轴旋旋转的的线速速度不不大于于10m/s。软填料料密封封发热热和磨磨损很很严重重，使使用寿寿命最最长长不不超超过过半半年年。。通过过重重新新压压紧紧端端盖盖，，可以以补补偿偿填填料料的的磨磨损损。。3、、涨涨圈圈密密封封涨圈圈通通常常是是由由金金属属制制造造的的带带有有切切口口的的弹弹性性环环，，放放入入槽槽中中后后，，靠靠涨涨圈圈本本身身的的弹弹力力，，使使外外圈圈紧紧贴贴在在壳壳体体上上，，不不随随轴轴转转动动。。由由于于介介质质压压力力的的作作用用，，涨涨圈圈一一端端面面紧紧压压在在涨涨圈圈槽槽的的一一侧侧，，产产生生相相对对运运动动，，用用液液体体进进行行润润滑滑和和堵堵漏漏，，从从而而达达到到密密封封的作作用用。。涨涨圈圈密密封封既既可用用于于往往复复运运动动件件的的密封封，，也也可可用用于于旋旋转转运动动件件的的密密封封。。第五五节节机械械密密封封机械械密密封封也称端面密密封，属于于接触式式动密密封，常用用于泵泵、釜釜、压压缩机机、液压设设备和和其他他类似似设备的的旋转转轴的的密封封，适用于于高压压、高高温、、高速、、或低低温、、真空空等场合合以及及对酸酸、碱碱等强腐腐蚀介介质的的密封封。1－压盖盖；2－静环环；3－静环环密封封圈；；4－动环环；5－动环环密封封圈；；6－推环环；7－弹簧簧；8－固定定螺钉钉；9－弹簧簧座；；10－传动动螺钉钉；11－壳体体；12－防转转销1、单单端面面和双双端面面机械密密封的的结构构类型型很多多,可可根据据不同同的结结构特特点进进行分分类,以便便合理理的选选择,常用用的分分类方方法有有:单端面面密封封，只只有一一对静静环和和动环环。双双端面面密封封，有两对对摩擦擦面A和B。双双端面面密封封可在在密封封腔C中通通入带带压的的封液液能变变气相相密封为液液相密密封，，又因因为封液液的压压力通通常高高于需要要密封封的介介质压压力，故故可以以有效效地防防止介质质外漏漏。2、内内装式式和外外装式式当弹簧簧置于于工作作介质质之内内称为为内装装式。。而弹弹簧置置于工工作介介质之外外时称为为外装式式。外装式式外装式式弹簧簧不与与介质质接触触，便便于观观察和和维修修，但但介质质的作作用力力与弹弹簧力力相反反，当当介质质的压压力变变动较较大时时，会会引起起不良良的结结果。。当介介质的的压力力较大大，弹弹簧的的弹性性力余余量不不够大大时，，可能能会引引起泄泄漏；；反之之，当当介质质的压压力较较小时时，弹弹簧力力可能能就很很大，，而使使静环环和动动环压压得过过紧，，引起起摩擦擦面的的擦伤伤。内装式式机械械密封封受力力情况况较好好，通通常情情况下下使用用，只只有在在密封封零件件和弹弹簧不不耐介介质腐腐蚀，，或介介质过过于黏黏稠影影响弹弹簧的的性能能时，，才使使用外外装式式机械械密封封。3、平平衡型型和非非平衡衡型根据介介质压压力在在摩擦擦面上上所引引起的的比压压情况况来分分，不不卸载载的称称为非非平衡衡型；；部分分卸载载的称称为部部分平平衡型型