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1、机械设计机械设计 第二十一章第二十一章 密密 封封 装装 置置 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 密封类型与选择密封类型与选择 第三节第三节 静密封静密封 第四节第四节 动密封动密封 第五节第五节 机械密封机械密封 第六节第六节 其他密封其他密封返回章目录返回章目录第一节第一节 概述概述 密封密封的功能一是防止机器内部的液体或者气体从两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
2、装置，简称密封。的零、部件称为密封件或密封装置，简称密封。密封密封的好坏，直接关系到一个机器的工作质量和的好坏，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。储罐，易燃、易爆气体储罐等的密封。多数多数密封件已标准化、系列化，密封件已标准化、系列化，根据工作条件和使根据工作条件和使用要求加以选用。用要求加以选用。第二节第二节 密封类型与选择密封类型与选择 密封密封按被密封的两按被密封的两结
3、结合面之合面之间间是否有相是否有相对对运运动动而分而分为为静密封静密封和和动动密封密封两大两大类类。动动密封又按密封件密封又按密封件和被密封面和被密封面间间是否有是否有间间隙分隙分为为接触式接触式动动密封和密封和非接非接触式触式动动密封。密封。一、密封的类型一、密封的类型 具体分类如下：具体分类如下：密密封封动动密密封封静静密密封封垫片密封垫片密封 研合面密封研合面密封 O形圈密封形圈密封 密封胶密封密封胶密封非接触式密封非接触式密封接触式动密封接触式动密封间隙密封间隙密封离心式密封离心式密封迷宫式密封迷宫式密封毡圈密封毡圈密封O形圈密封形圈密封唇形密封唇形密封油封油封密封圈密封密封圈密封软填
4、料密封软填料密封涨圈密封涨圈密封机械密封机械密封其他其他 密封密封的形式五花八门，多种多样，作用和原理各的形式五花八门，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。如条件合理地选择密封的形式。如非接触式动密封非接触式动密封，可，可以用在转速比较高的场合，但密封的可靠程度有限，以用在转速比较高的场合，但密封的可靠程度有限，接触式动密封密封接触式动密封密封可靠，但由于有摩擦磨损的存在，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不宜用在旋转速度较高的场合。对于有一定的压力
5、和转速较高的轴的密封要选用转速较高的轴的密封要选用机械密封机械密封等。等。二、密封的选择二、密封的选择 1 1、密封形式的选择、密封形式的选择 （1 1）液体材料液体材料 多多为为高分子材料，如液高分子材料，如液态态密封胶、密封胶、厌厌氧胶、氧胶、热热熔型胶等，它熔型胶等，它们们在使用在使用过过程中通常会固化。程中通常会固化。主要用于静密封。主要用于静密封。2 2、密封材料的、密封材料的选择选择 用于密封件的材料常有以下几种：用于密封件的材料常有以下几种：（2 2）纤维纤维材料材料 植物植物纤维纤维有棉、麻、有棉、麻、纸纸、软软木木等；等；动动物物纤维纤维有毛、毡、皮革等；有毛、毡、皮革等；矿
6、矿物物纤维纤维有石棉等；有石棉等；人造人造纤维纤维有玻璃有玻璃纤维纤维、碳、碳纤维纤维、有机合成、有机合成纤维纤维、陶瓷、陶瓷纤维纤维等。主要用于等。主要用于垫垫片、片、软软填料、油封、防填料、油封、防尘尘密封件密封件等。等。矿矿物物纤维纤维可以耐酸、耐碱、耐油，温度最大可耐可以耐酸、耐碱、耐油，温度最大可耐到到450450。（3 3）弹弹塑性体塑性体 橡胶和塑料橡胶和塑料。橡胶橡胶类类有天然橡胶和合成橡胶之分。有天然橡胶和合成橡胶之分。橡胶主要用于橡胶主要用于垫垫片、成型填料、片、成型填料、软软填料、油封、防填料、油封、防尘尘密封件等。密封件等。塑料塑料有氟塑料、尼有氟塑料、尼龙龙、酚、酚醛
7、醛塑料、聚乙塑料、聚乙烯烯、聚四氟、聚四氟乙乙烯烯等。主要用于等。主要用于垫垫片、成型填料、片、成型填料、软软填料、硬填料、填料、硬填料、防防尘尘密封件、活塞密封件、活塞环环、机械密封等。可耐酸、耐碱、机械密封等。可耐酸、耐碱、耐油耐油等。等。聚四氟乙聚四氟乙烯烯最高可耐温度最高可耐温度300300。（4 4）无机材料无机材料 石墨和工程陶瓷，如氧化石墨和工程陶瓷，如氧化铝铝瓷、瓷、滑石瓷、金属陶瓷氧化硅等。主要用于滑石瓷、金属陶瓷氧化硅等。主要用于垫垫片、片、软软填料、填料、硬填料、密封件、机械密封、硬填料、密封件、机械密封、间间隙密封等。可耐酸、隙密封等。可耐酸、耐碱，最高可耐温度耐碱，最
8、高可耐温度800800。（5 5）金属材料金属材料 黑色金属有碳黑色金属有碳钢钢、铸铁铸铁、不、不锈钢锈钢等，有色金属有等，有色金属有铜铜、铝铝、锡锡、铅铅等，硬等，硬质质合金有合金有钨钴钨钴硬硬质质合金、合金、钨钴钛钨钴钛硬硬质质合金等，合金等，贵贵重金属有金、重金属有金、银银、铟铟、钽钽等。主要用于等。主要用于垫垫片、片、软软填料、硬填料、成型填填料、硬填料、成型填料、防料、防尘尘密封件、机械密封、密封件、机械密封、间间隙密封等。可耐酸、隙密封等。可耐酸、耐碱，最高可耐温度耐碱，最高可耐温度450450。贵贵重金属主要用于高真空、重金属主要用于高真空、高高压压和低温等和低温等场场合。合。垫
9、垫片密封是静密封中最常用的一种形式。在两片密封是静密封中最常用的一种形式。在两连连接件的密封面之接件的密封面之间垫间垫上不同材上不同材质质的密封的密封垫垫片，然后片，然后拧拧紧紧螺螺纹纹或螺栓，使或螺栓，使垫垫片片产产生生弹弹性和塑性性和塑性变变形，填塞密形，填塞密封面的不平封面的不平处处，达到密封的目的。，达到密封的目的。一、垫片密封一、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。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。密封，内燃机汽缸和汽缸
10、盖的密封等都属于静密封。第三节第三节 静密封静密封法法兰兰之之间间 法法兰兰和法和法兰兰盖之盖之间间 轴轴承端盖和箱体之承端盖和箱体之间间 靠靠两两密密封封面面的的精精密密研研配配来来消消除除间间隙隙，用用外外力力压压紧紧来来保保证证密密封封。在在实实际际使使用用中中，密密封封面面往往往往涂涂敷敷密密封封胶胶，以以提提高高严严密密性性。密密封封面面的的表表面面粗粗糙糙度度R Ra2a2 5 5m mm m，自自由由状状态态下，两密封面之下，两密封面之间间的的间间隙不大于隙不大于0.05mm0.05mm。多用于气多用于气轮轮机、燃气机、燃气轮轮机等汽缸机等汽缸结结合面的密封合面的密封。二、研合面
11、密封二、研合面密封 O形形圈圈密密封封寿寿命命长长，结结构构紧紧凑凑，装装拆拆方方便便，密密封封性性能能好好，根根据据不不同同的的材材料料，可可在在-100 260 的的温温度度范范围围和和100MPa的的压压力下使用。力下使用。三、三、O形圈密封形圈密封 如如果果在在更更高高或或更更低低的的温温度度和和压压力力条条件件下下工工作作，可可以以采采用用金金属属空空心心O形形环环密密封封，它它可可以以在在280MPa压压力力下下工工作，温度范围为作，温度范围为-250 650。用用刮刮涂涂、压压注注等等方方法法将将密密封封胶胶涂涂在在要要压压紧紧的的两两个个面面上上，靠靠胶胶的的浸浸润润性性填填满
12、满密密封封面面的的凹凹凸凸不不平平处处，形形成成一一层层薄薄膜膜，能能有有效效起起到到密密封封作作用用。它它密密封封牢牢固固，方方法法简单简单，效果好，但耐温性差，通常用于，效果好，但耐温性差，通常用于150150以下。以下。四、密封胶密封四、密封胶密封 第四节第四节 动密封动密封 两密封面在工作时有相对运动的密封为动密封。两密封面在工作时有相对运动的密封为动密封。通常是一个静止，一个运动，既要保证密封可靠，又通常是一个静止，一个运动，既要保证密封可靠，又要防止相对运动元件间的摩擦、磨损，损坏密封件，要防止相对运动元件间的摩擦、磨损，损坏密封件，保证密封件有一定的寿命。按照相对运动的类型不同保
13、证密封件有一定的寿命。按照相对运动的类型不同分为移动式动密封和旋转式动密封。移动式动密封主分为移动式动密封和旋转式动密封。移动式动密封主要用在直线运动或往复运动的机械中，如液压千斤顶、要用在直线运动或往复运动的机械中，如液压千斤顶、液压升降台等液压机械和发动机的汽缸和活塞之间的液压升降台等液压机械和发动机的汽缸和活塞之间的密封等，本章主要讨论旋转式动密封。密封等，本章主要讨论旋转式动密封。一、一、非接触式动密封非接触式动密封 1 1、间隙密封、间隙密封 间隙密封是靠相对运动件的配合面之间的微小间隙间隙密封是靠相对运动件的配合面之间的微小间隙防止泄漏而实现的密封，它的工作原理是基于流体黏性防止泄
14、漏而实现的密封，它的工作原理是基于流体黏性摩擦理论，即当油液通过缝隙时存在一定的黏性阻力而摩擦理论，即当油液通过缝隙时存在一定的黏性阻力而起密封作用。起密封作用。2 2、离心密封、离心密封 离离心心密密封封主主要要是是利利用用轴轴在在旋旋转转时时产产生生的的离离心心力力，将将泄泄漏漏出出来来的的润润滑滑油油再再甩甩回回到到油油腔腔。也也有有在在轴轴上上直直接接开开螺螺旋旋槽槽，在在紧紧贴贴轴轴承承处处安安装装一一甩甩油油环环，将将油油再再甩甩回回去去，螺螺旋旋槽槽的的旋旋转转方方向向要要保保证证轴轴在在旋旋转转时时是是使使油油甩甩到到油油腔腔里里，而而不是相反，这种密封通常只能在单向回转的轴上
15、使用。不是相反，这种密封通常只能在单向回转的轴上使用。3 3、迷、迷宫宫密封密封 迷迷宫宫密密封封是是在在需需要要密密封封的的表表面面加加工工几几个个拐拐弯弯的的沟沟槽槽，形形成成象象迷迷宫宫一一样样的的“曲曲路路”，使使泄泄漏漏的的介介质质在在沟沟槽槽里里产产生生压压力力降降，不不能能顺顺畅畅的的通通过过，即即可可形形成成密密封封。曲曲路路的的布布置置可可以以是是轴轴向向的的，也也可可以以是是径径向向的的。当当采采用用轴轴向向曲曲路路时时，假假若若轴轴的的热热伸伸缩缩比比较较大大或或者者设设计计不不严严谨谨，都都有有使使旋旋转转片片和和固固定定片片相相接接触触的的可可能能，因因此此在在一一般
16、般情情况况下下以以径径向向布布置置为为宜。工作宜。工作时时沟沟槽内涂槽内涂满润满润滑滑脂，以增加密脂，以增加密封效果。封效果。二、二、接触式接触式动动密封密封 1 1、密封圈密封、密封圈密封 （1 1）毡圈密封毡圈密封 在轴承端盖上开出梯形槽，在轴承端盖上开出梯形槽，将毡圈（按标准选取），放置在梯形槽中与轴密合接将毡圈（按标准选取），放置在梯形槽中与轴密合接触。这种密封主要用于脂润滑的场合，它结构简单，触。这种密封主要用于脂润滑的场合，它结构简单，使用简便，但摩擦较大，只适用于线速度较小使用简便，但摩擦较大，只适用于线速度较小(不大于不大于4 4 5m/s)5m/s)的场合。与密封毡圈相接触的
17、轴表面如经过抛的场合。与密封毡圈相接触的轴表面如经过抛光且毛毡质量较高时光且毛毡质量较高时,线速度可达到线速度可达到7 7 8m/s8m/s。毡圈密封是毡圈密封是标标准件，按照准件，按照轴轴的直径确定毡圈的尺的直径确定毡圈的尺寸和沟槽的尺寸。也可两个毡圈并排放置以增寸和沟槽的尺寸。也可两个毡圈并排放置以增强强密封密封效果。效果。（2）O形圈密封形圈密封 O形圈用作动密封时，主要用形圈用作动密封时，主要用于移动密封，如活塞和活塞杆的密封。当圆周速度小于移动密封，如活塞和活塞杆的密封。当圆周速度小于于2m/s时，也可用于旋转密封。时，也可用于旋转密封。O形密封圈结构简单，密封性可靠。运动摩擦阻形密
18、封圈结构简单，密封性可靠。运动摩擦阻力很小，沟槽尺寸小，容易制造等，力很小，沟槽尺寸小，容易制造等，故应用十分广泛。其主要的缺点是故应用十分广泛。其主要的缺点是起动摩擦阻力较大。起动摩擦阻力较大。（3）唇型密封唇型密封 唇型密封是依靠其唇形部分与被唇型密封是依靠其唇形部分与被密封面紧密接触来进行密封的。唇型密封圈的种类繁多，密封面紧密接触来进行密封的。唇型密封圈的种类繁多，形状各异。它装填方便，更换迅速，但与形状各异。它装填方便，更换迅速，但与O形密封圈相形密封圈相比有结构复杂，尺寸较大，摩擦阻力大等缺点。在许多比有结构复杂，尺寸较大，摩擦阻力大等缺点。在许多场合，已被场合，已被O形密封圈所替
19、代。现在主要应用在往复运形密封圈所替代。现在主要应用在往复运动的零、部件中。动的零、部件中。唇型密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位，唇型密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位，即开即开口口应应向着向着密封介密封介质质，这样才有这样才有密封效果密封效果。（4 4）油封密封油封密封 油封油封密封是依靠其弯折了的橡胶弹密封是依靠其弯折了的橡胶弹性力和附加的环形螺旋弹簧的扣紧作用而紧套在轴上，性力和附加的环形螺旋弹簧的扣紧作用而紧套在轴上，阻断了泄露间隙，达到密封作用的。它是用于旋转轴的阻断了泄露间隙，达到密封作用的。它是用于旋转轴的密封件。密封件。典型油封的剖面形状典型油封的剖面形状见图见图。自由状。自
20、由状态态下的油封，内下的油封，内径比径比轴轴小，即具有一定的小，即具有一定的过过盈盈量，量，这这个个过过盈量会盈量会对轴产对轴产生一生一定的抱定的抱紧紧力，油封腰部由于介力，油封腰部由于介质压质压力的作用也会力的作用也会对轴产对轴产生一生一个个弹弹性力，性力，还还有有弹弹簧，会簧，会对轴对轴产产生一个生一个能能随随时时自自紧补偿紧补偿的的力。力。油封油封广泛用于汽车、工程机械、机床等各种机械上，广泛用于汽车、工程机械、机床等各种机械上，因此种类很多，通常按其结构可分为有骨架和无骨架两因此种类很多，通常按其结构可分为有骨架和无骨架两大类。骨架是金属加强环，用来增强油封的刚度。大类。骨架是金属加强
21、环，用来增强油封的刚度。油封油封种种类类很多，大多已很多，大多已标标准化，按照工作条件和准化，按照工作条件和轴轴的尺寸的尺寸选选取。取。2 2、软软填料密封填料密封 软软填料密封是将各种适合作填料密封是将各种适合作为为密封材料的密封材料的软软填料，填料，用用压压盖盖压压入需要密封的入需要密封的间间隙中，达到密封的作用。适隙中，达到密封的作用。适合于合于轴轴旋旋转转的的线线速度不大于速度不大于10m/s。软软填料密封填料密封发热发热和和磨磨损损很很严严重，使用寿重，使用寿命最命最长长不超不超过过半年。半年。通通过过重新重新压紧压紧端盖，端盖，可以可以补偿补偿填料的磨填料的磨损损。3 3、涨涨圈密
22、封圈密封 涨涨圈通常是由金属制造的圈通常是由金属制造的带带有切口的有切口的弹弹性性环环，放，放入槽中后，靠入槽中后，靠涨涨圈本身的圈本身的弹弹力，使外圈力，使外圈紧贴紧贴在壳体上，在壳体上，不随不随轴转动轴转动。由于介。由于介质压质压力的作用，力的作用，涨涨圈一端面圈一端面紧压紧压在在涨涨圈槽的一圈槽的一侧侧，产产生相生相对对运运动动，用液体，用液体进进行行润润滑和滑和堵漏，从而达到密封堵漏，从而达到密封的作用。的作用。涨涨圈密封既圈密封既可用于往复运可用于往复运动动件的件的密封，也可用于旋密封，也可用于旋转转运运动动件的密封。件的密封。第五节第五节 机械密封机械密封 机械密封机械密封也称也称
23、端面密封端面密封，属于，属于接触式接触式动动密封密封，常，常用于泵、釜、压缩机、用于泵、釜、压缩机、液压设备和其他类似液压设备和其他类似设备的旋转轴的密封，设备的旋转轴的密封，适用于高压、高温、适用于高压、高温、高速、或低温、真空高速、或低温、真空等场合以及对酸、碱等场合以及对酸、碱等强腐蚀介质的密封。等强腐蚀介质的密封。1压盖；压盖；2静环；静环；3静环密封圈；静环密封圈；4动环；动环；5动环密封圈；动环密封圈；6推环；推环；7弹簧；弹簧；8固定螺钉；固定螺钉；9弹簧座；弹簧座；10传动螺钉；传动螺钉；11壳体；壳体；12防转销防转销1 1、单单端面和双端面端面和双端面 机械密封的机械密封的
24、结结构构类类型很多型很多,可根据不同的可根据不同的结结构特点构特点进进行分行分类类,以便合理的以便合理的选择选择,常用的分常用的分类类方法有方法有:单单端面密封，只有一端面密封，只有一对对静静环环和和动环动环。双端面密封，。双端面密封，有两有两对对摩擦面摩擦面A和和B。双端面密封可在密封腔。双端面密封可在密封腔C中通入中通入带压带压的封液能的封液能变变气相密气相密封封为为液相密封，又因液相密封，又因为为封液的封液的压压力通常高力通常高于需要密封的介于需要密封的介质压质压力，故可以有效地防力，故可以有效地防止介止介质质外漏。外漏。2 2、内装式和外装式、内装式和外装式 当当弹弹簧簧置置于于工工作
25、作介介质质之之内内称称为为内内装装式式。而而弹弹簧簧置置于于工作介工作介质之外质之外时称为时称为外装式外装式。外装式外装式 外外装装式式弹弹簧簧不不与与介介质质接接触触，便便于于观观察察和和维维修修，但但介介质质的的作作用用力力与与弹弹簧簧力力相相反反，当当介介质质的的压压力力变变动动较较大大时时，会会引引起起不不良良的的结结果果。当当介介质质的的压压力力较较大大，弹弹簧簧的的弹弹性性力力余余量量不不够够大大时时，可可能能会会引引起起泄泄漏漏；反反之之，当当介介质质的的压压力力较较小小时时，弹弹簧簧力力可可能能就就很很大大，而而使使静静环环和和动动环环压压得过紧，引起摩擦面的擦伤。得过紧，引起
26、摩擦面的擦伤。内内装装式式机机械械密密封封受受力力情情况况较较好好，通通常常情情况况下下使使用用，只只有有在在密密封封零零件件和和弹弹簧簧不不耐耐介介质质腐腐蚀蚀，或或介介质质过过于于黏黏稠影响稠影响弹弹簧的性能簧的性能时时，才使用外装式机械密封。，才使用外装式机械密封。3 3、平衡型和非平衡型、平衡型和非平衡型 根根据据介介质质压压力力在在摩摩擦擦面面上上所所引引起起的的比比压压情情况况来来分分，不不卸卸载载的的称称为为非非平平衡衡型型；部部分分卸卸载载的的称称为为部部分分平平衡衡型型；全全部部卸卸载载的的称称为为全全平平衡衡型型。卸卸载载越越多多，摩摩擦擦端端面面上上的的比比压压就就越越小
27、小，可可减减轻轻端端面面的的磨磨损损，但但比比压压过过小小，密密封封面面就就有有被被推推开开的的危危险险而而出出现现泄泄漏漏，所所以以，卸卸载载的的多多少少要根据使用情况来确定。要根据使用情况来确定。第六节第六节 其他密封其他密封 以下介以下介绍绍一种一种铁铁磁流体密封。在需要密封的磁流体密封。在需要密封的间间隙隙内（通常内（通常间间隙很小，大隙很小，大约为约为0.05 0.12mm），充），充满满了了铁铁磁流体，在磁磁流体，在磁场场的作用下，形成的作用下，形成较较强强韧韧的液的液态态膜，可膜，可对对流体介流体介质进质进行密封。其特点是完全无泄漏，无固体行密封。其特点是完全无泄漏，无固体摩擦，
28、无摩擦，无润润滑，可多滑，可多级级使用，来使用，来对较对较大大压压力差的力差的场场合合进进行密封，但不适用于高温的行密封，但不适用于高温的场场合。合。铁铁磁流体的磁流体的组组成：成：铁磁性微粒：小于铁磁性微粒：小于3030纳米的四氧化三铁、钴、镍、纳米的四氧化三铁、钴、镍、二氧化铬等；二氧化铬等；分散剂：分散剂：油酸、氟醚酸等；油酸、氟醚酸等；载流体：载流体：矿物油、水、高分子化合物等。矿物油、水、高分子化合物等。磁路通过轴磁路通过轴 1导磁轴；导磁轴；2铁磁流体；铁磁流体；3、5软铁极板；软铁极板；4永久磁铁永久磁铁磁路不通过轴磁路不通过轴 1导磁轴；导磁轴；2铁磁流铁磁流 体；体；3、5软铁软铁 极板；极板；4永久磁铁永久磁铁本章结束本章结束