機械設計手冊之-密封裝置

機械設計第二十一章密封裝置

第一節(jié)概述

第二節(jié)密封類型與選擇

第三節(jié)靜密封

第四節(jié)動密封

第五節(jié)機械密封

第六節(jié)其他密封返回章目錄第一節(jié)概述

密封的功能一是防止機器內(nèi)部的液體或者氣體從兩零件的結合面間泄漏出去，二是防止外部的雜質(zhì)、灰塵侵入，保持機械零件正常工作的必要環(huán)境。起密封作用的零、部件稱為密封件或密封裝置，簡稱密封。

密封的好壞，直接關系到一個機器的工作質(zhì)量和使用壽命，切不可掉以輕心。有些場合，密封的可靠程度尤為重要，比如飛機和航天器上的密封，毒氣、毒液儲罐，易燃、易爆氣體儲罐等的密封。多數(shù)密封件已標準化、系列化，根據(jù)工作條件和使用要求加以選用。第二節(jié)密封類型與選擇

密封按被密封的兩結合面之間是否有相對運動而分為靜密封和動密封兩大類。動密封又按密封件和被密封面間是否有間隙分為接觸式動密封和非接觸式動密封。

一、密封的類型

具體分類如下：

密封動密封靜密封墊片密封研合面密封O形圈密封密封膠密封非接觸式密封接觸式動密封間隙密封離心式密封迷宮式密封氈圈密封O形圈密封唇形密封油封密封圈密封軟填料密封漲圈密封機械密封其他密封的形式五花八門，多種多樣，作用和原理各不相同，在實際使用過程中，要根據(jù)使用場合，工作條件合理地選擇密封的形式。如非接觸式動密封，可以用在轉速比較高的場合，但密封的可靠程度有限，接觸式動密封密封可靠，但由于有摩擦磨損的存在，不宜用在旋轉速度較高的場合。對于有一定的壓力和轉速較高的軸的密封要選用機械密封等。

二、密封的選擇

1、密封形式的選擇

（1）液體材料多為高分子材料，如液態(tài)密封膠、厭氧膠、熱熔型膠等，它們在使用過程中通常會固化。主要用于靜密封。

2、密封材料的選擇

用于密封件的材料常有以下幾種：

（2）纖維材料植物纖維有棉、麻、紙、軟木等；動物纖維有毛、氈、皮革等；礦物纖維有石棉等；人造纖維有玻璃纖維、碳纖維、有機合成纖維、陶瓷纖維等。主要用于墊片、軟填料、油封、防塵密封件等。礦物纖維可以耐酸、耐堿、耐油，溫度最大可耐到450℃。

（3）彈塑性體橡膠和塑料。

橡膠類有天然橡膠和合成橡膠之分。橡膠主要用于墊片、成型填料、軟填料、油封、防塵密封件等。

塑料有氟塑料、尼龍、酚醛塑料、聚乙烯、聚四氟乙烯等。主要用于墊片、成型填料、軟填料、硬填料、防塵密封件、活塞環(huán)、機械密封等?？赡退?、耐堿、耐油等。聚四氟乙烯最高可耐溫度300℃。

（4）無機材料石墨和工程陶瓷，如氧化鋁瓷、滑石瓷、金屬陶瓷氧化硅等。主要用于墊片、軟填料、硬填料、密封件、機械密封、間隙密封等。可耐酸、耐堿，最高可耐溫度800℃。

（5）金屬材料黑色金屬有碳鋼、鑄鐵、不銹鋼等，有色金屬有銅、鋁、錫、鉛等，硬質(zhì)合金有鎢鈷硬質(zhì)合金、鎢鈷鈦硬質(zhì)合金等，貴重金屬有金、銀、銦、鉭等。主要用于墊片、軟填料、硬填料、成型填料、防塵密封件、機械密封、間隙密封等?？赡退?、耐堿，最高可耐溫度450℃。貴重金屬主要用于高真空、高壓和低溫等場合。墊片密封是靜密封中最常用的一種形式。在兩連接件的密封面之間墊上不同材質(zhì)的密封墊片，然后擰緊螺紋或螺栓，使墊片產(chǎn)生彈性和塑性變形，填塞密封面的不平處，達到密封的目的。

一、墊片密封兩密封面在工作時沒有相對位移的密封為靜密封。壓力容器的封頭和筒體的密封，減速器箱體和箱蓋的密封，內(nèi)燃機汽缸和汽缸蓋的密封等都屬于靜密封。

第三節(jié)靜密封法蘭之間

法蘭和法蘭蓋之間軸承端蓋和箱體之間

靠兩密封面面的精密研研配來消除除間隙，用用外力壓緊緊來保證密密封。在實實際使用中中，密封面面往往涂敷敷密封膠，，以提高嚴嚴密性。密密封面的表表面粗糙度度Ra≈25mm，自由狀狀態(tài)下，兩兩密封面之之間的間隙不大大于0.05mm。。多用于氣輪輪機、燃氣氣輪機等汽缸結結合面的密密封。二、研合面面密封O形圈密封封壽命長，，結構緊湊湊，裝拆方方便，密封封性能好，，根據(jù)不同同的材料，，可在-100℃260℃的溫度度范圍圍和100MPa的的壓力力下使使用。。三、O形圈圈密封封如果在在更高高或更更低的的溫度度和壓壓力條條件下下工作作，可可以采采用金金屬空空心O形環(huán)環(huán)密封封，它它可以以在280MPa壓壓力下下工作作，溫溫度范范圍為為-250℃650℃。用刮涂涂、壓壓注等等方法法將密密封膠膠涂在在要壓壓緊的的兩個個面上上，靠靠膠的的浸潤潤性填填滿密密封面面的凹凹凸不不平處處，形形成一一層薄薄膜，，能有有效起起到密密封作作用。。它密密封牢牢固，，方法法簡單單，效效果好好，但但耐溫溫性差差，通通常用用于150℃以下。。四、密密封膠膠密封封第四節(jié)節(jié)動動密封封兩密封封面在在工作作時有有相對對運動動的密密封為為動密密封。。通常常是一一個靜靜止，，一個個運動動，既既要保保證密密封可可靠，，又要要防止止相對對運動動元件件間的的摩擦擦、磨磨損，，損壞壞密封封件，，保證證密封封件有有一定定的壽壽命。。按照照相對對運動動的類類型不不同分分為移移動式式動密密封和和旋轉轉式動動密封封。移移動式式動密密封主主要用用在直直線運運動或或往復復運動動的機機械中中，如如液壓壓千斤斤頂、、液壓壓升降降臺等等液壓壓機械械和發(fā)發(fā)動機機的汽汽缸和和活塞塞之間間的密密封等等，本本章主主要討討論旋旋轉式式動密密封。。一、非非接觸觸式動動密封封1、間間隙密密封間隙密密封是是靠相相對運運動件件的配配合面面之間間的微微小間間隙防防止泄泄漏而而實現(xiàn)現(xiàn)的密密封，，它的的工作作原理理是基基于流流體黏黏性摩摩擦理理論，，即當當油液液通過過縫隙隙時存存在一一定的的黏性性阻力力而起起密封封作用用。2、離離心密密封離心密密封主主要是是利用用軸在在旋轉轉時產(chǎn)產(chǎn)生的的離心心力，，將泄泄漏出出來的的潤滑滑油再再甩回回到油油腔。。也有有在軸軸上直直接開開螺旋旋槽，，在緊緊貼軸軸承處處安裝裝一甩甩油環(huán)環(huán)，將將油再再甩回回去，，螺旋旋槽的的旋轉轉方向向要保保證軸軸在旋旋轉時時是使使油甩甩到油油腔里里，而而不是是相反反，這這種密密封通通常只只能在在單向向回轉轉的軸軸上使使用。。3、迷迷宮密密封迷宮密密封是是在需需要密密封的的表面面加工工幾個個拐彎彎的溝溝槽，，形成成象迷迷宮一一樣的的“曲曲路””，，使泄泄漏的的介質(zhì)質(zhì)在溝溝槽里里產(chǎn)生生壓力力降，，不能能順暢暢的通通過，，即可可形成成密封封。曲曲路的的布置置可以以是軸軸向的的，也也可以以是徑徑向的的。當當采用用軸向向曲路路時，，假若若軸的的熱伸伸縮比比較大大或者者設計計不嚴嚴謹，，都有有使旋旋轉片片和固固定片片相接接觸的的可能能，因因此在在一般般情況況下以以徑向向布置置為宜宜。工工作時時溝槽內(nèi)涂涂滿潤潤滑脂，以以增加加密封效果果。二、接接觸式式動密密封1、密密封圈圈密封封（1））氈氈圈密密封在軸承承端蓋蓋上開開出梯梯形槽槽，將將氈圈圈（按按標準準選取取），，放置置在梯梯形槽槽中與與軸密密合接接觸。。這種種密封封主要要用于于脂潤潤滑的的場合合，它它結構構簡單單，使使用簡簡便，，但摩摩擦較較大，，只適適用于于線速速度較較小(不大大于45m/s)的場場合。。與密密封氈氈圈相相接觸觸的軸軸表面面如經(jīng)經(jīng)過拋拋光且且毛氈氈質(zhì)量量較高高時,線線速度度可達達到78m/s。。氈圈密密封是是標準準件，，按照照軸的的直徑徑確定定氈圈圈的尺尺寸和和溝槽槽的尺尺寸。。也可可兩個個氈圈圈并排排放置置以增增強密密封效效果。。（2））O形形圈密密封O形圈圈用作作動密密封時時，主主要用用于移移動密密封，，如活活塞和和活塞塞桿的的密封封。當當圓周周速度度小于于2m/s時，，也可可用于于旋轉轉密封封。O形密密封圈圈結構構簡單單，密密封性性可靠靠。運運動摩摩擦阻阻力很很小，，溝槽槽尺寸寸小，，容易易制造造等，，故應用用十分分廣泛泛。其其主要要的缺缺點是是起動摩摩擦阻阻力較較大。。（3））唇唇型密密封唇型密密封是是依靠靠其唇唇形部部分與與被密密封面面緊密密接觸觸來進進行密密封的的。唇唇型密密封圈圈的種種類繁繁多，，形狀狀各異異。它它裝填填方便便，更更換迅迅速，，但與與O形形密封封圈相相比有有結構構復雜雜，尺尺寸較較大，，摩擦擦阻力力大等等缺點點。在在許多多場合合，已已被O形密密封圈圈所替替代?！，F(xiàn)在在主要要應用用在往往復運運動的的零、、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，即開口口應向向著密封介介質(zhì)，，這樣才才有密封效效果。（4））油油封密密封油封密封是是依靠靠其彎彎折了了的橡橡膠彈彈性力力和附附加的的環(huán)形形螺旋旋彈簧簧的扣扣緊作作用而而緊套套在軸軸上，，阻斷斷了泄泄露間間隙，，達到到密封封作用用的。。它是是用于于旋轉轉軸的的密封封件。。典型油油封的的剖面面形狀狀見圖圖。自自由狀狀態(tài)下下的油油封，，內(nèi)徑徑比軸軸小，，即具具有一一定的的過盈盈量，這這個過過盈量量會對對軸產(chǎn)產(chǎn)生一一定的抱抱緊力力，油油封腰腰部由由于介介質(zhì)壓力力的作作用也也會對對軸產(chǎn)產(chǎn)生一一個彈性性力，，還有有彈簧簧，會會對軸軸產(chǎn)生一一個能隨時自自緊補補償?shù)牧?。油封廣泛用用于汽汽車、、工程程機械械、機機床等等各種種機械械上，，因此此種類類很多多，通通常按按其結結構可可分為為有骨骨架和和無骨骨架兩兩大類類。骨骨架是是金屬屬加強強環(huán)，，用來來增強強油封封的剛剛度。。油封種類很很多，，大多多已標標準化化，按按照工工作條條件和和軸的的尺寸寸選取取。2、軟軟填料料密封封軟填料料密封封是將將各種種適合合作為為密封封材料料的軟軟填料料，用用壓蓋蓋壓入入需要要密封封的間間隙中中，達達到密密封的的作用用。適適合于于軸旋旋轉的的線速速度不不大于于10m/s。軟填料料密封封發(fā)熱熱和磨磨損很很嚴重重，使使用壽壽命最最長長不不超超過過半半年年。。通過過重重新新壓壓緊緊端端蓋蓋，，可以以補補償償填填料料的的磨磨損損。。3、、漲漲圈圈密密封封漲圈圈通通常常是是由由金金屬屬制制造造的的帶帶有有切切口口的的彈彈性性環(huán)環(huán)，，放放入入槽槽中中后后，，靠靠漲漲圈圈本本身身的的彈彈力力，，使使外外圈圈緊緊貼貼在在殼殼體體上上，，不不隨隨軸軸轉轉動動。。由由于于介介質(zhì)質(zhì)壓壓力力的的作作用用，，漲漲圈圈一一端端面面緊緊壓壓在在漲漲圈圈槽槽的的一一側側，，產(chǎn)產(chǎn)生生相相對對運運動動，，用用液液體體進進行行潤潤滑滑和和堵堵漏漏，，從從而而達達到到密密封封的作作用用。。漲漲圈圈密密封封既既可用用于于往往復復運運動動件件的的密封封，，也也可可用用于于旋旋轉轉運動動件件的的密密封封。。第五五節(jié)節(jié)機械械密密封封機械械密密封封也稱端面密密封，屬于于接觸式式動密密封，常用用于泵泵、釜釜、壓壓縮機機、液壓設設備和和其他他類似似設備的的旋轉轉軸的的密封封，適用于于高壓壓、高高溫、、高速、、或低低溫、、真空空等場合合以及及對酸酸、堿堿等強腐腐蝕介介質(zhì)的的密封封。1－壓蓋蓋；2－靜環(huán)環(huán)；3－靜環(huán)環(huán)密封封圈；；4－動環(huán)環(huán)；5－動環(huán)環(huán)密封封圈；；6－推環(huán)環(huán)；7－彈簧簧；8－固定定螺釘釘；9－彈簧簧座；；10－傳動動螺釘釘；11－殼體體；12－防轉轉銷1、單單端面面和雙雙端面面機械密密封的的結構構類型型很多多,可可根據(jù)據(jù)不同同的結結構特特點進進行分分類,以便便合理理的選選擇,常用用的分分類方方法有有:單端面面密封封，只只有一一對靜靜環(huán)和和動環(huán)環(huán)。雙雙端面面密封封，有兩對對摩擦擦面A和B。雙雙端面面密封封可在在密封封腔C中通通入帶帶壓的的封液液能變變氣相相密封為液液相密密封，，又因因為封液液的壓壓力通通常高高于需要要密封封的介介質(zhì)壓壓力，故故可以以有效效地防防止介質(zhì)質(zhì)外漏漏。2、內(nèi)內(nèi)裝式式和外外裝式式當彈簧簧置于于工作作介質(zhì)質(zhì)之內(nèi)內(nèi)稱為為內(nèi)裝裝式。。而彈彈簧置置于工工作介介質(zhì)之外外時稱為為外裝式式。外裝式式外裝式式彈簧簧不與與介質(zhì)質(zhì)接觸觸，便便于觀觀察和和維修修，但但介質(zhì)質(zhì)的作作用力力與彈彈簧力力相反反，當當介質(zhì)質(zhì)的壓壓力變變動較較大時時，會會引起起不良良的結結果。。當介介質(zhì)的的壓力力較大大，彈彈簧的的彈性性力余余量不不夠大大時，，可能能會引引起泄泄漏；；反之之，當當介質(zhì)質(zhì)的壓壓力較較小時時，彈彈簧力力可能能就很很大，，而使使靜環(huán)環(huán)和動動環(huán)壓壓得過過緊，，引起起摩擦擦面的的擦傷傷。內(nèi)裝式式機械械密封封受力力情況況較好好，通通常情情況下下使用用，只只有在在密封封零件件和彈彈簧不不耐介介質(zhì)腐腐蝕，，或介介質(zhì)過過于黏黏稠影影響彈彈簧的的性能能時，，才使使用外外裝式式機械械密封封。3、平平衡型型和非非平衡衡型根據(jù)介介質(zhì)壓壓力在在摩擦擦面上上所引引起的的比壓壓情況況來分分，不不卸載載的稱稱為非非平衡衡型；；部分分卸載載的稱稱為部部分平平衡型型