-密封基础知识

第一节密封的作用与分类一、密封的作用及其意义二、密封的分类密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有两方面：一是密封面上有间隙；二是密封部位两侧存在较大压力差。消去或减小任一因素都可以阻止或减小泄漏。因此，密封的方法通常有：l〕封住结合面的间隙；2〕切断泄漏通道；3〕增加泄漏通道中的阻力；4〕设置作功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或平衡泄漏通道的压力差。所以，密封的分类存在多种分法。5/19/20241第一节密封的作用与分类分类主要密封件静密封非金属静密封O型橡胶密封圈橡胶垫片聚四氟乙烯生料带橡胶－金属复合静密封组合密封垫圈非金属静密封金属垫圈空心金属O型密封圈液态密封垫密封胶非接触式密封、间隙密封利用间隙、迷宫、阻尼等动密封接触式密封自封式压紧型密封O型橡胶密封圈同轴密封圈异型密封圈其他5/19/20242分类主要密封件动密封接触式密封自封式自紧型密封（唇形密封）Y形密封圈V形密封圈组合式U形密封圈蕾形和复式唇密封圈带支撑环组合双向密封圈其他活塞环金属活塞环旋转轴油封油封液压缸导向支撑件导向支撑环液压缸防尘圈防尘圈其他其他第一节密封的作用与分类5/19/20243第二节密封的材料第二节密封的材料一、对密封件材料的要求密封件材料的一般要求是：1〕材料密实，不易泄漏工作介质；2〕对工作介质有良好的适应性和稳定性；3〕有适当的机械强度和硬度，受工作介质的影响小；4〕压缩性和复原性好，永久变形小；5〕温度适应性好，高温下不软化、不分解，低温下不硬化，不脆裂；6〕摩擦系数小，耐磨性好；7〕抗腐蚀性能好，能在工作介质中长期工作，其体积和硬度变化小；8〕与密封面贴合的柔软性和弹性好；9〕耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长；10〕加工性能好，价格低廉。5/19/20244常用密封材料第二节密封的材料二、常用橡胶密封材料

丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸脂橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶

三、常用合成树脂密封材料常用合成树脂中，使用最多的是聚四氟乙烯树脂。在聚四氟乙烯树脂中掺入不同的充填材料，可改善和提高其综合物理化学性能，从而扩大了它的使用范围。因此，聚四氟乙烯树脂密封材料可适用石油基液压油、水一油乳化液、水一乙二醇基液压液、磷酸脂基液压液等工作介质的密封。四、常用金属密封材料金属密封材料主要用于静密封，适用于高温、高压油、高压水蒸气等场合。铅、蒙太尔合金、银、铝、黄铜、不锈钢、镍、软锆、紫铜。5/19/202455/19/20246第三节常用密封件一、O形密封圈〔一〕主要性能O形密封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，如图5-l所示。其材料主要为丁睛橡胶或氟橡胶对形密封圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。它主要用于静密封和往复运动密封。其使用速度范围一般为0.005～0.3m／s。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。如液压挖掘机的中央回转接头的分配阀动密封机构。一般O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。O形密封圈与其他型式密封圈比较，具有以下优点：1〕结构小巧，装拆方便；2〕静、动密封均可使用；3〕动摩擦阻力比较小；4〕使用单件O形密封圈，可对两个方向起密封作用；5〕价格低廉。第三节常用密封件5/19/20247O形密封圈第三节常用密封件〔二〕用于静密封时的密封原理5/19/20248〔三〕用于往复运动密封时的密封原理第三节常用密封件〔四〕应用O形密封圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用，如图5－4所示。图5－45/19/202495/19/202410Y形密封圈第三节常用密封件图5-6O形密封圈挡圈的安装二、Y形密封圈〔一〕主要性能Y形密封圈的截面呈Y形，是一种典型的唇形密封圈。按其截面的高、宽比例不同，可分为宽型、窄型、Yx型等几类；假设按两唇的高度是否相等，那么可分为轴、孔通用型的等高唇Y形密封圈和不等高唇的轴用Y形密封圈和孔用Y形密封圈，如图5－7所示。5/19/202411第三节常用密封件Y形密封圈广泛应用于往复动密封装置中，其使用寿命高于O形密封圈。Y形密封圈的适用工作压力不大于40MPa，工作温度为-30～80C，工作速度范围：采用丁睛橡胶制作时为0.01～0.6m／s；采用氟橡胶制作时，为0.05～0.3m／s；采用聚氨酯橡胶制作时，那么为0.01～lm／s。Y形密封圈的密封性能、使用寿命及不同挡圈时的工作压力极限，都以聚氨酯橡胶材质为佳。Y形密封圈的特点是：1〕密封性能可靠；2〕摩擦阻力小，运动平稳；3〕耐压性好，适用压力范围广；4〕结构简单，价格低廉；5〕安装方便。5/19/202412第三节常用密封件图5-7Y形密封圈a)等高唇；b)不等高唇〔Yx形〕5/19/202413第三节常用密封件〔二〕密封原理图5-8带副唇的轴用Y形密封圈1)副唇；2)主唇；3)小腔图5-9Y形密封圈的安装a)控制间隙；b)安装挡圈5/19/202414第三节常用密封件图5-10安装支撑环的Y形密封圈a)单向受压；b)双向受压5/19/202415V形密封圈第三节常用密封件三、V形密封圈〔一〕主要性能V形密封圈的截面呈V形，也是一种唇形密封圈。根据制作的材料不同，可分为纯橡胶V形密封圈和夹织物〔夹布橡胶〕V形密封圈等。V形密封圈的密封装置由压环、V形密封圈和支承环三局部组成，如图5－11所示。图5-11V形密封圈1-压环；2-V形密封环；3-支撑环V形密封圈主要用于液压缸活塞和活塞杆的往复动密封，其运动摩擦阻力较Y形密封圈大，但密封性能可靠、使用寿命长。当发生泄漏时，可只调整压环或填片而无须更换密封圈。V形密封圈的最高工作压力＞60MPa，适用工作温度-30～＋80

C，工作速度范围：采用丁腈橡胶制作时为0.02～0.3m/s；采用夹布橡胶制作时为0.005～0.5m/s.5/19/202416第三节常用密封件V形密封圈的特点是：1〕耐压性能好，使用寿命长。2〕根据使用压力的上下，可以合理地选择V形密封圈的数量，以满足密封要求；并可调整压紧力来获得最正确密封效果。3〕根据密封装置不同的使用要求，可以交替安装不同材质的V形密封圈，以获得不同的密封特性和最正确综合效果。4〕维修和更换密封圈方便。5〕密封装置的轴向尺寸大，摩擦阻力大。5/19/202417第三节常用密封件〔二〕应用图5-12V形密封圈的安装与调整1-调整垫片5/19/202418第四节新型密封件第四节新型密封件一、星形密封圈〔一〕主要性能与密封原理星形密封圈是有四个唇的密封圈。它是一种无接缝的圆形环，在模具内硫化成形，其截面近似正方形，如图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形密封圈具有更显著、更有效的密封性能。星形密封圈的制作材料一般为各种合成橡胶。星形密封圈主要应用在动密封场合，也可用于静密封。适用于双作用往复运动的活塞、活塞杆、柱塞等；并且也能在摆动、螺旋和旋转工况下适用于轴和心轴等。星形密封圈的工作压力不大于40MPa，工作速度不大于0.5m／s，工作温度-60～＋200C〔取决于制作的材质〕。对星形密封圈的外表进行特殊减摩处理，能具有更好的摩擦性能。5/19/202419星形密封件第四节新型密封件星形密封圈是一种由介质压力施力的双作用密封圈，依靠它在密封偶合面上的接触应力进行密封见图5-13。密封圈的径向和轴向力取决于系统工作压力。当压力升高时，密封圈的压缩量相应增加，接触应力也随之增大。因此，星形密封圈与O形密封圈相比，有许多优点：1〕往复运动时，不会翻转、扭曲。2〕由于所需的径向预缩量小，故而接触应力小，摩擦力也小。3〕由于接触应力分布均匀，所以泄漏小。4〕由于密封圈的分型面设在两个唇边之间，因此飞边不会影响密封作用。5〕在动密封场合，具有良好的密封效果，而且寿命长。5/19/202420第四节新型密封件图5-13星形密封圈及其应力分布p图5-13星形密封圈的应用5/19/202421Zurcon-L形密封圈第四节新型密封件二、Zurcon－L形密封圈〔简称Z－L密封圈〕〔一〕主要性能与密封原理Z－L密封圈的截面呈倒L形，如图5－15所示。主要用于活塞杆的动、静密封。其制作材料Zurcon是专门为密封和支承系统而研制的高性能聚氨酯。材料的复合物、添加剂和硬度范围很广，从而可使密封和支承元件对于品种不断增多的工业流体介质的相容性和性能到达最正确。特别有意义的是，按不同成分经过特殊复合的注射和模压的Zurcon聚氨酯系列，具有不同的硬度、很高的机械强度、耐磨性和抗扯裂强度，同时能和密封偶合面很好地相适应，很少会产生探伤和损坏，从而能满足液压与气压传动系统严酷的特殊要求Z－L密封圈的密封唇经过修整，其接触应力分布在高压侧的角度较陡，而在低压侧的角度较平坦，从而保证了活塞杆伸出时粘附在杆上的极薄液体膜，在活塞杆缩回时返回到高压侧。而且，这种最正确的应力分布状态在整个工作压力范围内相当稳定。所以，流体动力回吸性能得到了很好保证。密封的预压缩是由密封圈在外径处的尺寸过盈以及在安装时元件产生的旋转所形成的。独特的截面形状使有介质压力作用时，密封圈变形压向沟槽外壁，且远离密封偶合面间的间隙，防止了密封因被挤入间隙的可能。5/19/202422第四节新型密封件p这种新结构密封圈具有如下突出优点：l〕在整个工作压力范围内具有流体动力回吸性能。2〕静态和动态密封性能均好。3〕密封唇不受压力作用，摩擦力小，因而减小了摩擦发热。4〕抗挤出性好。5〕耐磨性好，使用寿命长。〔二〕应用Z－L密封圈的工作压力不大于40MPa；工作速度不大于0.5m／s；工作温度：一30～＋80C；工作介质：石油基液压油、合成液、难燃液5/19/202423M2型Turcon-Variseal密封圈第四节新型密封件三、M2型Turcon－Variseal密封圈〔简称T－V密封圈〕〔一〕主要性能与密封原理M2型T－V密封圈是一种既可用于外圆密封，又可用于内国密封的往复运动用单作用密封圈。它由一个U形外壳和一个V形不锈钢弹簧(1)所组成，如图5－16所示。U形外壳的制作材料为Turcon。这是一种专门为密封系统研制的高性能工程热塑件复合物n在低压或零压时，密封圈由不锈钢弹簧施力，提供初始密封力。当系统压力升高时，主要密封力由系统压力形成，从而保证由零压到高压都能可靠密封。M2型T－V密封圈的轮廓形状是不对称的，其密封工作唇具有短而粗的特点，从而降低了摩擦，延长了寿命。由于密封材料和弹簧对各种工作介质都有很好的适应能力，因此M2型T－V密封圈可在一般液压与气压传动系统，以及其它广泛的范围，如化学、医药及食品等工业中应用。如果在弹簧处的空腔内填满硅胶，那么可对密封圈进行消毒处理，并防止污染物进入，从而实现“洁净型”密封。1图5－165/19/202424第四节新型密封件M2型T－V密封因具有如下优点：l〕可用于往复和旋转动密封；2〕摩擦系数小，精确控制时也不会产生爬行；3〕耐磨性好，使用寿命长；4〕能适应绝大局部工作介质和化学制品；5〕尺寸稳定性好，能承受急剧的温度变化；6〕可以进行消毒，不会污染食品和药剂液体。〔二〕应用M2型T－V密封圈的工作压力：动负载时，p45MPa；静负载时，p60MPa。工作速度：往复运动时，1.5m／s；旋转运动时，1m。工作温度：-70℃～+260℃。M2型T－V密封圈在活塞和活塞杆上密封的应用实例，如图5－17所示。5/19/202425第四节新型密封件图5-17M2型T－V密封圈的应用a〕活塞密封;b〕活塞杆密封5/19/202426第五节组合式密封件第五节组合式密封件组合式密封件由二个或二个以上元件组成。其中一局部是润滑性能好、摩擦系数小的元件；另一局部是充当弹性体的元件，从而大大改善了综合密封性能。一、同轴密封圈同轴密封圈是结构与材料全部实施组合形式的往复运动用密封元件。它由加了填充材料的改性聚四氟乙烯滑环和作为弹性体的橡胶环〔如O形圈、矩形圈、星形圈等〕组合而成。按其用途可分为活塞用同轴密封圈〔格来圈加O形密封圈〕和活塞杆用同轴密封圈〔斯特困加O形密封圈〕，其结构形式如图5－18所示。图5－18同轴密封圈a)活塞密封;b)活塞杆密封1-格来圈；2-O形密封圈；3-斯特圈15/19/202427同轴密封圈第五节组合式密封件格来圈和斯特圈都是以聚四氟乙烯树酯为基材，按不同使用条件，配以不同比例的充填材料〔如铜粉、石墨、碳素纤维、玻璃纤维、石棉、二硫化铝、陶土等〕制作而成。由于聚四氟乙烯树酯具有自润滑性能，因此同轴密封圈在各类往复运动密封圈中，是动摩擦阻力较小的一种。〔一〕特点l〕格来圈和斯特圈具有极低的摩擦系数〔0.02～0.04〕，且动、静摩擦系数变化小。因此，运动平稳，无爬行；2〕自润滑性能好，与金属偶合面不易粘着；3〕密封性能良好；4〕根据使用条件，可改变聚四氟乙烯树酯充填材料配比和种类，以获得所需的物理性能。〔二〕应用同轴密封圈已被广泛应用于中、高压液压缸的往复运动密封装置。其适用范围为：工作压力不大于50MPa；运动速度不大于lm／s；工作温度-30～＋12℃。5/19/202428新型格来圈第五节组合式密封件二、新型格来圈〔一〕T形Turcon格来圈T形Turcon格来圈是在保存传统的弹性体施力密封的优良特性根底上，改进其几何形状方面的弱点，从而可以满足液压缸在负载下精确定位的要求。它的制作材料为Turcon。这种新型密封圈的结构简单而紧凑，且可使活塞与液压缸壁之间保持较大的间隙。1．特点图5-20T形格来圈的截面形状及应力分布1-O形密封圈；2-格来圈1〕静密封性能非常好；2〕允许有较大的配合间隙，故可降低加工费用，并能在有污物的介质中平安使用；3〕摩擦力小，无爬行；4〕可采用多种材料，对工作条件的适应性强；5〕可适用于最新环保平安的液压液〔生物油〕。5/19/202429第五节组合式密封件2．应用T形密封圈的安装沟槽形状简单，且沟槽尺寸符合ISO7425／1标准，可用于整体式活塞密封。工作压力不大于80MPa；工作速度不大于1.5m／s；工作温度一54～＋200℃。应用实例如图5－21所示。图5-21T形格来圈应用实例1-O形密封圈；2-T形格来圈图5-22HPR形格来圈的截面形状及应力分布1-格来圈；2-弹性体；3-挡圈5/19/202430〔二〕HPR型Turcon格来圈HPR型Turcon格来圈密封装置以叠加的方式将丁睛橡胶弹性体、聚胺酯挡圈和Turcon格来圈组装在一起，使它在单一的沟槽中得到一种轻巧的密封结构，且具有极好的性能，如图5－22所示。这种密封装置的优点是。1〕密封组件轻巧，安装方便；2〕抗挤出能力强，可适应较大的配合间隙，尺寸适应性好；3〕无粘着作用，长行程时工作可靠；4〕抗污染，和流体相容性好；5〕摩擦力小，耐磨性好，性能稳定；6〕具有释压能力。2．应用HPR型Turcon格来圈适用于液压往复或螺旋运动的单向密封，采用整体式沟槽结构。工作压力不大于50MPa；工作速度不大于l.5m/s；工作温度-54～＋135℃；工作介质：石油基液压油、水乙二醇。第五节组合式密封件5/19/202431组合密封垫圈第五节组合式密封件三、组合密封垫圈组合密封垫圈是由橡胶环和金属环整体粘合硫化而成的密封元件，如图5－23所示。垫圈的金属外环起支承作用，橡胶内环承受压缩变形后起密封作用。内环厚度h与外环厚度8之差为橡胶的压缩量。组合密封垫圈的优点是密封可靠，连接时的轴向压紧力小。承载的流体压力高，且无需加开密封安装沟槽，因此应用非常广泛。适用于工作压力不大于100MPa，工作温度范围为-30～＋200℃的静密封。1-橡胶环2-金属环5/19/202432第六节防尘圈第六节防尘圈一、普通型防尘圈普通型防尘圈呈舌形结构，如图5－24所示。分为有骨架式和无骨架式两种。普通型防尘圈只有一个防尘唇边，其支承局部的刚性较好，结构简单，装拆方便。制作材料一般为耐磨的丁睛橡胶或聚胺酯橡胶。防尘圈内唇受压时，具有密封作用，并在安装沟槽接触处形成静密封。普通型防尘圈的工作速度不大于1m/s；工作温度-30～+110℃；工作介质：石油基液压油和水包油乳化液。1-内唇2-防尘唇5/19/202433第六节防尘圈二、2型Turcon防尘圈2型Turcon防尘圈包含一个用Turcon材料制作的防尘圈和一个作为弹性施力元件的O形密封圈、防尘圈的截面形状及其接触应力分布，如图5－25所示。O形密封圈的弹性确保防尘唇均匀地紧贴在滑动外表上，从而使防尘圈起到了刮尘的作用。由于Turcon是一种极为耐磨、并经过特殊改进的聚四氟乙烯材料，其固有刚度高，因此防尘圈即使在苛刻条件下使用也不会变形。防尘圈的工作速度不大于1.5m/s，工作温度-54～＋200℃〔取决于O形密封圈材质〕。2型Turcon防尘圈的优点是。1〕安装空间小，沟槽结构简单；2〕起动时，无爬行和粘滞现象；3〕即使在有难对付的杂质和冰的情况下，也具有良好的防尘效果；4〕耐磨性好，使用寿命长。p1-防尘圈2-O形密封圈5/19/202434第六节防尘圈三、旋转轴用防尘圈旋转轴用防尘圈是一种用于旋转轴端面密封的防尘装置，其截面形状和安装情况如图5－27所示。防尘圈的密封唇缘紧贴轴颈外表，并随轴一起转动，由于离心力的作用，斜面上的尘土等异物均被抛离密封部位，从而起到防尘和密封作用。这种防尘圈的特点是：结构简单、装拆方便、防尘效果好；不受轴的偏心、振摆和跳动等影响；对轴无磨损。5/19/202435第七节旋转密封件第七节旋转密封件一、旋转轴唇形密封圈〔油封〕旋转轴唇形密封圈俗称油封。它是安装在旋转轴和静止件之间，用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂物侵人设备内部的动密封元件。普通油封的使用压力小于0.05MPa，耐压油封的工作压力可达l～1.2MPa。油封的工作温度范围：丁腈橡胶制作的为－40～＋120℃，氟橡胶制作的为－25～＋200℃，丙烯酸酯橡胶制作的为－20～+150℃。油封的工作线速度一般小于15m／s。按轴的旋转线速度上下分类，可分为低速油封〔小于6m／s〕和高速油封〔大于6m／s〕。按油封所能承受的压力上下分类，可分为常压型油封和耐压型油封。按油封的结构及密封原理分类，可分为标准型油封和动力回流型油封。另外，按构成油封的组件材质分类，又可分为有骨架型油封和无骨架型油封；有弹簧型油封和无弹簧型油封。通常，对油封的要求是。l〕结构简单，制作和装拆容易；2〕安装腔体的尺寸紧凑，加工方便；3〕密封性能好，能长时间保持密封效果；4〕对轴的振摆、偏心的适应性能好。5/19/202436第七节旋转密封件〔一〕密封原理〔二〕油封的选用选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质、工作温度及唇缘在轴高速旋转时的适应性。一般油封工作时其唇缘的温度高于工作介质温度20～50℃，应引起重视。常压型油封的使用压力一般不超过0.05MPa。当工作压力超过0.05MPa时，应选用耐压型油封。目前，国外耐压型油封的使用压力可达10MPa。