機(jī)械設(shè)計(jì),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(dòng)密封第五節(jié)機(jī)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(jī)器內(nèi)部的液體或者氣體從兩零件的結(jié)合面間泄漏出去，二是防止外部的雜質(zhì)、灰塵侵入，保持機(jī)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(jiǎn)稱密封。,密封的好壞，直接關(guān)系到一個(gè)機(jī)器的工作質(zhì)量和使用壽命，切不可掉以輕心。有些場(chǎng)合，密封的可靠程度尤為重要，比如飛機(jī)和航天器上的密封，毒氣、毒液儲(chǔ)罐，易燃、易爆氣體儲(chǔ)罐等的密封。,多數(shù)密封件已標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合面之間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分為靜密封和動(dòng)密封兩大類。動(dòng)密封又按密封件和被密封面間是否有間隙分為接觸式動(dòng)密封和非接觸式動(dòng)密封。,一、密封的類型,具體分類如下：,密封,動(dòng)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(dòng)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(jī)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(shí)際使用過(guò)程中，要根據(jù)使用場(chǎng)合，工作條件合理地選擇密封的形式。如非接觸式動(dòng)密封，可以用在轉(zhuǎn)速比較高的場(chǎng)合，但密封的可靠程度有限，接觸式動(dòng)密封密封可靠，但由于有摩擦磨損的存在，不宜用在旋轉(zhuǎn)速度較高的場(chǎng)合。對(duì)于有一定的壓力和轉(zhuǎn)速較高的軸的密封要選用機(jī)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?cè)谑褂眠^(guò)程中通常會(huì)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(dòng)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(jī)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(jī)械密封等?？赡退帷⒛蛪A、耐油等。聚四氟乙烯最高可耐溫度300。,（4）無(wú)機(jī)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(jī)械密封、間隙密封等?？赡退帷⒛蛪A，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(jī)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(chǎng)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(dá)到密封的目的。,一、墊片密封,兩密封面在工作時(shí)沒(méi)有相對(duì)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(jī)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?jī)擅芊饷娴木苎信鋪?lái)消除間隙，用外力壓緊來(lái)保證密封。在實(shí)際使用中，密封面往往涂敷密封膠，以提高嚴(yán)密性。密封面的表面粗糙度Ra25mm，自由狀態(tài)下，兩密封面之間的間隙不大于0.05mm。多用于氣輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等汽缸結(jié)合面的密封。,二、研合面密封,O形圈密封壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，密封性能好，根據(jù)不同的材料，可在-100260的溫度范圍和100MPa的壓力下使用。,三、O形圈密封,如果在更高或更低的溫度和壓力條件下工作，可以采用金屬空心O形環(huán)密封，它可以在280MPa壓力下工作，溫度范圍為-250650。,用刮涂、壓注等方法將密封膠涂在要壓緊的兩個(gè)面上，靠膠的浸潤(rùn)性填滿密封面的凹凸不平處，形成一層薄膜，能有效起到密封作用。它密封牢固，方法簡(jiǎn)單，效果好，但耐溫性差，通常用于150以下。,四、密封膠密封,第四節(jié)動(dòng)密封,兩密封面在工作時(shí)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封為動(dòng)密封。通常是一個(gè)靜止，一個(gè)運(yùn)動(dòng)，既要保證密封可靠，又要防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件間的摩擦、磨損，損壞密封件，保證密封件有一定的壽命。按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)的類型不同分為移動(dòng)式動(dòng)密封和旋轉(zhuǎn)式動(dòng)密封。移動(dòng)式動(dòng)密封主要用在直線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械中，如液壓千斤頂、液壓升降臺(tái)等液壓機(jī)械和發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸和活塞之間的密封等，本章主要討論旋轉(zhuǎn)式動(dòng)密封。,一、非接觸式動(dòng)密封,1、間隙密封,間隙密封是靠相對(duì)運(yùn)動(dòng)件的配合面之間的微小間隙防止泄漏而實(shí)現(xiàn)的密封，它的工作原理是基于流體黏性摩擦理論，即當(dāng)油液通過(guò)縫隙時(shí)存在一定的黏性阻力而起密封作用。,2、離心密封,離心密封主要是利用軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力，將泄漏出來(lái)的潤(rùn)滑油再甩回到油腔。也有在軸上直接開螺旋槽，在緊貼軸承處安裝一甩油環(huán)，將油再甩回去，螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向要保證軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)是使油甩到油腔里，而不是相反，這種密封通常只能在單向回轉(zhuǎn)的軸上使用。,3、迷宮密封,迷宮密封是在需要密封的表面加工幾個(gè)拐彎的溝槽，形成象迷宮一樣的“曲路”，使泄漏的介質(zhì)在溝槽里產(chǎn)生壓力降，不能順暢的通過(guò)，即可形成密封。曲路的布置可以是軸向的，也可以是徑向的。當(dāng)采用軸向曲路時(shí)，假若軸的熱伸縮比較大或者設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)，都有使旋轉(zhuǎn)片和固定片相接觸的可能，因此在一般情況下以徑向布置為宜。工作時(shí)溝槽內(nèi)涂滿潤(rùn)滑脂，以增加密封效果。,二、接觸式動(dòng)密封,1、密封圈密封,（1）氈圈密封在軸承端蓋上開出梯形槽，將氈圈（按標(biāo)準(zhǔn)選?。胖迷谔菪尾壑信c軸密合接觸。這種密封主要用于脂潤(rùn)滑的場(chǎng)合，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)便，但摩擦較大，只適用于線速度較小(不大于45m/s)的場(chǎng)合。與密封氈圈相接觸的軸表面如經(jīng)過(guò)拋光且毛氈質(zhì)量較高時(shí),線速度可達(dá)到78m/s。,氈圈密封是標(biāo)準(zhǔn)件，按照軸的直徑確定氈圈的尺寸和溝槽的尺寸。也可兩個(gè)氈圈并排放置以增強(qiáng)密封效果。,（2）O形圈密封O形圈用作動(dòng)密封時(shí)，主要用于移動(dòng)密封，如活塞和活塞桿的密封。當(dāng)圓周速度小于2m/s時(shí)，也可用于旋轉(zhuǎn)密封。,O形密封圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性可靠。運(yùn)動(dòng)摩擦阻力很小，溝槽尺寸小，容易制造等，故應(yīng)用十分廣泛。其主要的缺點(diǎn)是起動(dòng)摩擦阻力較大。,（3）唇型密封唇型密封是依靠其唇形部分與被密封面緊密接觸來(lái)進(jìn)行密封的。唇型密封圈的種類繁多，形狀各異。它裝填方便，更換迅速，但與O形密封圈相比有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，摩擦阻力大等缺點(diǎn)。在許多場(chǎng)合，已被O形密封圈所替代?，F(xiàn)在主要應(yīng)用在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零、部件中。,唇型密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位，即開口應(yīng)向著密封介質(zhì)，這樣才有密封效果。,（4）油封密封油封密封是依靠其彎折了的橡膠彈性力和附加的環(huán)形螺旋彈簧的扣緊作用而緊套在軸上，阻斷了泄露間隙，達(dá)到密封作用的。它是用于旋轉(zhuǎn)軸的密封件。,典型油封的剖面形狀見(jiàn)圖。自由狀態(tài)下的油封，內(nèi)徑比軸小，即具有一定的過(guò)盈量，這個(gè)過(guò)盈量會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生一定的抱緊力，油封腰部由于介質(zhì)壓力的作用也會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生一個(gè)彈性力，還有彈簧，會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生一個(gè)能隨時(shí)自緊補(bǔ)償?shù)牧Α?油封廣泛用于汽車、工程機(jī)械、機(jī)床等各種機(jī)械上，因此種類很多，通常按其結(jié)構(gòu)可分為有骨架和無(wú)骨架兩大類。骨架是金屬加強(qiáng)環(huán)，用來(lái)增強(qiáng)油封的剛度。,油封種類很多，大多已標(biāo)準(zhǔn)化，按照工作條件和軸的尺寸選取。,2、軟填料密封,軟填料密封是將各種適合作為密封材料的軟填料，用壓蓋壓入需要密封的間隙中，達(dá)到密封的作用。適合于軸旋轉(zhuǎn)的線速度不大于10m/s。軟填料密封發(fā)熱和磨損很嚴(yán)重，使用壽命最長(zhǎng)不超過(guò)半年。通過(guò)重新壓緊端蓋，可以補(bǔ)償填料的磨損。,3、漲圈密封,漲圈通常是由金屬制造的帶有切口的彈性環(huán)，放入槽中后，靠漲圈本身的彈力，使外圈緊貼在殼體上，不隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于介質(zhì)壓力的作用，漲圈一端面緊壓在漲圈槽的一側(cè)，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用液體進(jìn)行潤(rùn)滑和堵漏，從而達(dá)到密封的作用。漲圈密封既可用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的密封，也可用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的密封。,第五節(jié)機(jī)械密封,機(jī)械密封也稱端面密封，屬于接觸式動(dòng)密封，常用于泵、釜、壓縮機(jī)、液壓設(shè)備和其他類似設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸的密封，適用于高壓、高溫、高速、或低溫、真空等場(chǎng)合以及對(duì)酸、堿等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的密封。,1壓蓋；2靜環(huán)；3靜環(huán)密封圈；4動(dòng)環(huán)；5動(dòng)環(huán)密封圈；6推環(huán)；7彈簧；8固定螺釘；9彈簧座；10傳動(dòng)螺釘；11殼體；12防轉(zhuǎn)銷,1、單端面和雙端面,機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)類型很多,可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類,以便合理的選擇,常用的分類方法有:,單端面密封，只有一對(duì)靜環(huán)和動(dòng)環(huán)。雙端面密封，有兩對(duì)摩擦面A和B。雙端面密封可在密封腔C中通入帶壓的封液能變氣相密封為液相密封，又因?yàn)榉庖旱膲毫νǔ８哂谛枰芊獾慕橘|(zhì)壓力，故可以有效地防止介質(zhì)外漏。,2、內(nèi)裝式和外裝式,當(dāng)彈簧置于工作介質(zhì)之內(nèi)稱為內(nèi)裝式。而彈簧置于工作介質(zhì)之外時(shí)稱為外裝式。,外裝式,外裝式彈簧不與介質(zhì)接觸，便于觀察和維修，但介質(zhì)的作用力與彈簧力相反，當(dāng)介質(zhì)的壓力變動(dòng)較大時(shí)，會(huì)引起不良的結(jié)果。當(dāng)介質(zhì)的壓力較大，彈簧的彈性力余量不夠大時(shí)，可能會(huì)引起泄漏；反之，當(dāng)介質(zhì)的壓力較小時(shí)，彈簧力可能就很大，而使靜環(huán)和動(dòng)環(huán)壓得過(guò)緊，引起摩擦面的擦傷。,內(nèi)裝式機(jī)械密封受力情況較好，通常情況下使用，只有在密封零件和彈簧不耐介質(zhì)腐蝕，或介質(zhì)過(guò)于黏稠影響彈簧的性能時(shí)，才使用外裝式機(jī)械密封。,3、平衡型和非平衡型,根據(jù)介質(zhì)壓力在摩擦面上所引起的比壓情況來(lái)分，不卸載的稱為非平衡型；部分卸載的稱為部分平衡型；全部卸載的稱為全平衡型。卸載越多，摩擦端面上的比壓就越小，可減輕端面的磨損，但比壓過(guò)小，密封面就有被推開的危險(xiǎn)而出現(xiàn)泄漏，所以，卸載的多少要根據(jù)使用情況來(lái)確定。,第六節(jié)其他密封,以下介紹一種鐵磁流體密封。在需要密封的間隙內(nèi)（通常間隙很小，大約為0.050.12mm），充滿了鐵磁流體，在磁