密封結構設計-章5

1、第五章、密封結構設計5.1概述5.2靜密封結構5.3動密封結構5.4特殊密封結構 5.1、概述一、密封結構的功能與種類 密封結構的作用是造成一個相當封閉的空間。對不同的產(chǎn)品，密封的功能和要求不同。對于依靠封閉實現(xiàn)功能或進行、完成工作的產(chǎn)品，密封結構的主要功能是保證產(chǎn)品可靠工作、實現(xiàn)產(chǎn)品設計功能和效率。如液壓、氣壓系統(tǒng)、發(fā)動機、空壓機等的密封。通常這類產(chǎn)品對密封的要求較高。對于容納、儲存、傳輸物料的產(chǎn)品，密封的主要功能是防止泄露。如冰箱門、打印機墨盒、暖氣片、輸油管道、燃氣輸送系統(tǒng)等的密封。此類產(chǎn)品的密封要求主要取決于泄露造成的影響程度，泄露影響越大，密封要求越高。密封的方法很多，可以按密封材料

2、、工藝、結構特征、效果等劃分。由于產(chǎn)品的密封結構通常都是在結合面上，通常按密封結構的運動狀態(tài)，將密封結構劃分為靜密封和東密封兩種。指在相對靜止的結合面上的密封結構。靜密封主要用于各種固定連接處，需要以一定的壓力密合保持密封效果。靜密封又可按具體實施方式與方法分為墊片密封、填料密封、膠密封、螺紋密封、管箍密封、自緊密封等。指運動接觸面間的密封，典型例子就是活塞與缸筒之間的密封。動密封的方法很多，按密封狀態(tài)可分為接觸密封、無接觸密封等；按實施方式和結構特點，可分為填料密封、機械密封、動力密封、迷宮密封等。 二、密封結構的材料可用于密封的材料種類和形式很多，需合理選用。選擇密封材料的主要因素包括：產(chǎn)

3、品的特點（如工作溫度、接觸介質(zhì)、運動狀況等）密封的要求（可靠性、耐久性等）密封方式，維護維修（裝拆方便性、互換性、頻繁程度等）加工、制造工藝性和成本因素等密封材料常用以下幾種：金屬：銅墊片、鋼墊片（沖壓成型，用于發(fā)動機缸體等密封），純銅墊（液壓系統(tǒng)的靜密封）。聚四氟乙烯：成型件主要用于重要的閥門等；生料帶，用于水暖管、燃氣管道接頭等螺紋密封。橡膠：用于水截門、低壓無腐蝕管道對接頭等密封。密封圈：有O形圈、V形圈、Y形圈、唇形圈等，由橡膠、聚氨酯等制成，標準化零件，廣泛用于液壓、氣動系統(tǒng)的動、靜密封。毛氈：機械系統(tǒng)油封等。密封膠：有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、氯丁膠等，按連接材料和密封要求選用。 5.2

4、、靜密封結構一、墊片密封 在密封結合面間夾入金屬或非金屬墊片，實現(xiàn)密封。墊片密封需要一定的壓力施加在墊片上，使墊片變形后充滿間隙。墊片密封通常用螺紋緊固件施加預緊力，機械結構上采用法蘭形式較簡單、有效。圖5-1為常用的法蘭連接墊片密封結構形式。其中，圖5-1（a）圖5-1（d）的墊片為非金屬軟墊片，適于設備和管道連接密封，墊片面積大，法蘭受力均勻，但需螺栓預緊力大。圖5-1（e）采用金屬墊，主要用于壓力管道連接接頭。機械設備、液壓系統(tǒng)等使用的螺紋連接的密塞、管接頭也使用墊片密封，如圖5-2所示。圖5-2（a）圖5-2（c）用非金屬軟墊片，墊片在緊螺紋時易變形，用于低壓場合。圖5-2（d）、圖5

5、-2（e）用非金屬軟墊片時，適用于低壓，用金屬墊片可用于高壓場合。圖5-2（f）用金屬錐形墊片，適用于高壓管道，壓力可達250MP。二、填料密封 填料密封使用橡膠等柔軟材料，通過擠壓變形填充密封間隙。圖5-3為幾種填料密封結構。圖5-3（a）用于可拆剛性管連接密封，密封位置可調(diào)；圖5-3（b）與螺紋連接密封聯(lián)合使用，用于不重要、小管徑密封；圖5-3（c）允許管道接頭軸向伸縮，用于非重要的管道連接密封。圖5-4為兩種可用于重要管道連接的填料密封結構，如啤酒、飲料、化工原料生產(chǎn)設備的輸送管道等。三、O形圈密封 O形圈有系列化產(chǎn)品供應，使用方便。O形圈的材料有多種，耐油橡膠材料制品最常見。此外還有聚

6、氨酯、聚四氟乙烯和金屬等制成的。圖5-5為非金屬O形圈密封常用結構。圖5-6為金屬O形圈密封的常用結構。 金屬O形圈分為充氣式和自緊式兩種。充氣式為在環(huán)內(nèi)充惰性氣體，可增加環(huán)內(nèi)的回彈力，用于高溫場合。自緊式是在環(huán)的內(nèi)側(cè)圓周上制有若干小孔，介質(zhì)進入環(huán)內(nèi)使環(huán)具有自緊性，用于高壓場合。金屬O形圈密封性能優(yōu)良，適于高溫、高壓、高真空和低溫等條件。 四、其他密封結構 自緊密封依靠介質(zhì)壓力增加密封性，壓力越大，對密封件的作用越大。圖5-7為幾種自緊密封結構。如圖5-8所示，螺紋連接密封一般需在螺紋處放置密封膠、麻線或聚四氟乙烯生料帶等提高密封效果，常用于水暖管件連接。 研合面密封指依靠結合面精密研配消除間

7、隙，再通過螺栓等施加壓力形成密封的結構，如圖5-9所示，常用于不能用墊片密封的場合。5.3、動密封結構 一、毛氈密封 毛氈密封主要用于伸出的機械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸承蓋內(nèi)、滑動部件與導軌接合的裸露端部等，起保護作用。毛氈密封結構簡單，成本低，但容易臟污失效，不適于高速場合。圖5-10為毛氈密封用于軸承蓋的幾種結構。二、唇形圈密封 唇形圈因截面形狀呈純狀而得名。如圖5-11所示，一般唇形圈都帶有金屬骨架和螺旋彈簧，起自緊作用。唇形圈為系列化產(chǎn)品，有各種截面和結構形式，尺寸系列可在設計手冊中查到，圖5-11為常見的唇形圈類型。唇形圈主要用于旋轉(zhuǎn)軸的密封，特別是機械內(nèi)采用液體油脂方式潤滑的場合，密封效果好，俗

8、稱油封。圖5-12為唇形圈安裝時的要求，根據(jù)具體使用場合，條件可以有變化。圖5-13為幾個唇形圈使用圖例。三、成型圈密封 成型圈密封外觀上與唇形圈相似，但一般沒有骨架且用途與唇形圈大小不相同。圖5-14為常見成型密封圈的結構類型，一般成型密封圈按其截面形狀命名，如V形圈、Y形圈、U形圈、L形圈等。成型密封圈常用材料為合成橡膠、夾布橡膠、合成塑料等，也可用皮革、鋁、銅、不銹鋼制作，一般采用模壓成型，塑料、金屬制密封圈也可以采用機加工成型。成型密封圈主要用于液壓缸、氣缸等的活塞桿、活塞的動密封，分別用于密封軸和孔。可單個使用，也可成組使用，結構簡單、摩擦阻力小。成型密封圈內(nèi)、外徑尺寸有一定余量，安

9、裝后產(chǎn)生一定變形，并可借助介質(zhì)的壓力形成自緊密封。軸用和孔用成型密封圈的安裝結構有所不同。圖5-15為采用V形圈密封活塞桿的典型結構 。圖5-16為采用V形圈密封活塞的典型結構。圖5-17圖5-19分別為U形圈、L形圈、J形圈用于液壓缸活塞或活塞桿密封的典型應用結構。四、非接觸密封 是利用特殊結構形成油膜阻隔區(qū)實現(xiàn)氣箱隔離，主要用于壓縮機的軸密封，圖5-20為浮動環(huán)密封的工作原理示意圖。是利用轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時帶動液體產(chǎn)生的離心力將液體甩出從而形成阻隔區(qū)，達到密封目的。圖5-21為三種不同結構形式的離心密封。是在密封面間利用空氣形成一特殊的阻隔區(qū)，達到密封目的，主要用于旋轉(zhuǎn)式空壓機的軸封，圖5-2

10、2為干氣密封的工作原理。5.4、特殊密封結構產(chǎn)品的密封要求服務于其功能需要，特殊用途的產(chǎn)品有特殊的密封要求。下面結合特定需要和產(chǎn)品介紹幾種密封結構。圖5-23的結構稱為。鐵磁性超細微粒在低揮發(fā)度的液體中構成穩(wěn)定的膠體溶液，即鐵磁流體。鐵磁流體在密封間隙中受磁場作用，形成強韌的液體膜，阻止泄漏。鐵磁流體為液體，對旋轉(zhuǎn)軸無摩擦。鐵磁流體密封用于高速、高真空等密封場合。圖5-24為三種特殊的結構。圖5-24（a）結構簡單、密封可靠，適用于快速裝拆場合使用；圖5-24（b）通過螺母和錐面將連接管擴口連于錐面，適于液壓系統(tǒng)等薄壁金屬管連接；圖5-24（c）用球頭管套實現(xiàn)管子連接，允許兩管不同軸線的連接及連接位置相對偏移。圖5-25為的幾種結構。圖5-25（a簡單，使用壓力2050MPa；圖5-25（b）度要求不高，預緊力小，具有