1、3、密封分类、原理、结构、应用、选型(中级)1密封的定义、分类及原理密封的定义、分类及原理常见密封件的结构及应用常见密封件的结构及应用常见密封系统的选型常见密封系统的选型2 密封密封的作用及其意义的作用及其意义在液压与气压传动系统及其元件中，安置密封装置和密封元件的作用，在于防止工作介质的泄漏及外界尘埃和异物的侵入。设置于密封装置中、起密封作用的元件称为密封件。液压与气压传动的工作介质，在系统及元件的容腔内流动或暂存时，由于压力、间歇、粘度等因素的变化，而导致少量工作介质越过容腔边界，由高压腔向低压腔或外界流出，这种“”现象称为。3泄漏分为泄漏分为和和两类。两类。对于对于，会引起系统会引起系统
2、的急剧下降，达的急剧下降，达不到所需的工作压力，使设备无法正常运作；不到所需的工作压力，使设备无法正常运作；则造成则造成和和，甚至引发，甚至引发和和。内泄漏内泄漏指在系统或元件内部工作介质由高压腔向低压腔的泄漏；指在系统或元件内部工作介质由高压腔向低压腔的泄漏；外泄漏外泄漏则是由系统或元件内部向外界的泄漏。则是由系统或元件内部向外界的泄漏。单位时间内泄漏的工作介质的体积称为单位时间内泄漏的工作介质的体积称为。对于对于，由于其工作介质为压缩空气且工作压力不，由于其工作介质为压缩空气且工作压力不高，因此气体的泄漏问题往往得不到应有的重视。其实，高，因此气体的泄漏问题往往得不到应有的重视。其实，同样
3、会造成同样会造成，或造成，或造成；将造成将造成，等等。，等等。4密封的分类密封的分类动密封动密封往复密封往复密封旋转密封旋转密封静密封静密封O形圈、方形圈、组合垫片、金属垫片形圈、方形圈、组合垫片、金属垫片迫紧密封迫紧密封(挤压形密封挤压形密封)O形圈、鼓形圈、蕾形圈、山形圈、形圈、鼓形圈、蕾形圈、山形圈、D形圈、组合密封形圈、组合密封唇形密封唇形密封Y形圈、形圈、V形圈形圈旋转油封旋转油封有骨架、无骨架油封，有簧、无簧油封，单唇、双唇油封有骨架、无骨架油封，有簧、无簧油封，单唇、双唇油封机械密封机械密封5二、密封原理流体润滑理论弹性力学 有限元法 实验应力分析技术密封机理涉及的学科密封机理涉
4、及的学科密封件分类 1、挤压型密封圈2、往复运动密封圈3、旋转轴用密封圈6Profile under pressure loading/承受压力状态承受压力状态(Radial stress distribution)径向压力分配情况Medium under pressure/受压受压介质介质Primary lip/主密封唇主密封唇EXAMPLE/举举 例例:Finite Elements Analysis有有 限限 元元 结结 构构 分分 析析7密封机理 动密封的密封机理 动密封不能单纯依靠封闭结合面间的间隙来实现密封，动密封不能单纯依靠封闭结合面间的间隙来实现密封，因为结合面间的间隙密封得愈
5、紧密，对偶表面相对运因为结合面间的间隙密封得愈紧密，对偶表面相对运动时的摩擦阻力就愈大，导致结合面发热，影响润滑动时的摩擦阻力就愈大，导致结合面发热，影响润滑油膜的形成，使密封很快失效。因此，对动密封作用油膜的形成，使密封很快失效。因此，对动密封作用机理的研究，集中在结合面间形成与保持润滑油膜的机理的研究，集中在结合面间形成与保持润滑油膜的机理方面，这样既可保持密封，又不致于有过大的摩机理方面，这样既可保持密封，又不致于有过大的摩擦力。擦力。8静密封的密封机理静密封是依靠封闭结合面间的间隙以实现密封作用，不需要考虑摩擦静密封是依靠封闭结合面间的间隙以实现密封作用，不需要考虑摩擦与磨损。密封表面
6、的泄漏是由密封圈的材料性质、配合表面的加工精与磨损。密封表面的泄漏是由密封圈的材料性质、配合表面的加工精度、粗糙度和压紧程度决定的。使用橡胶和软金属等类材料，用较小度、粗糙度和压紧程度决定的。使用橡胶和软金属等类材料，用较小的压紧力就可以完全压紧，从而阻止流体的泄漏；对于较硬的金属垫的压紧力就可以完全压紧，从而阻止流体的泄漏；对于较硬的金属垫圈，有时使用较大的压紧力不能完全压紧，以致密封性差，但如降低圈，有时使用较大的压紧力不能完全压紧，以致密封性差，但如降低表面粗糙度，增加表面真实接触面积，用较小的压紧力也可以改善密表面粗糙度，增加表面真实接触面积，用较小的压紧力也可以改善密封性能。封性能。
7、为使密封圈在流体压力作用下保持密封，通常在设计时规定极限密封为使密封圈在流体压力作用下保持密封，通常在设计时规定极限密封比压值，比压值，此极限密封比压是指密封圈在流体压力作用下仍能保持密封此极限密封比压是指密封圈在流体压力作用下仍能保持密封可靠性时的比压可靠性时的比压。考虑到密封力与内压力之间的定性关系。考虑到密封力与内压力之间的定性关系(局部非线局部非线性性)，实际使用时应该使初始密封力达到与极限比压相当的极限比压，实际使用时应该使初始密封力达到与极限比压相当的极限比压以上，使用时才较为安全。以上，使用时才较为安全。9挤压型密封圈典型挤压密封件 （用于静密封和低速动密封）10挤压型密封圈原理
8、：预密封作用:密封圈压缩 密封面变形初始压缩应力自密封作用:流体通过 应力等于初始应力+流体压力 大于流体压力11挤压密封原理举例825%的压缩量产生反弹力起预密封作用举例O形圈用于静密封时密封原理流体压力P传递给接触面而形成的接触应力分布12总的最大接触压力：P 3max=P 1max+k P式中：P流体压力 k流体压力传递系数 K1 P 1max最大初始接触压力 P 3max总的最大接触压力 当P 3max P 时，即可以保证 可靠的自密封。举例O形圈用于静密封时密封原理13往复运动密封圈往复运动密封圈的结构形式（三类）1、标准型V形、U形、Y形、L形、J形、鼓形、蕾形等2、变异型3、滑环
9、组合密封等14唇形密封圈结构V形、U形、Y形、L形、J形等将密封圈的受压面形成唇形并具有压力强化作用唇口15唇形密封圈的密封原理：P=Pri+Prp式中：Pri预压紧力 Prp流体压力唇形密封圈具有比挤压型密封圈更显著的自密封作用。16旋转轴唇形密封圈普通标准型油封的断面图（主要由3部分组成）17旋转轴唇形密封圈的密封原理 接触面出现三种情况，不断交替产生。干摩擦产生磨损，流体润滑产生泄漏，在边界润滑下形成流体动压油膜起密封作用干摩擦流体润滑边界润滑18油在密封唇口下形成的边界润滑油膜示意图 油膜厚度约0.0025mm1920O形圈应用知识密封机理：O形密封圈是一种自动双向作用密封元件。安装时
10、其径向和轴向方面的预压缩率与O形密封圈自身的初始密封能力。它随系统压力的增大受挤压而产生应力，从而达到密封效果。21O形圈密封方式常用密封：1.静密封（轴向静密封和径向静密封）2.动密封（液压往复运动）3.动密封（气压往复运动）特殊密封：1.转动密封（旋转运动）；2.滑动密封（往复运动）；3.浮动密封（往复运动）；4.开关密封（开或关）。22O形圈密封特点优点：1.结构简单，体积小，安装部位紧凑，所需安装空间小；2.具有自密封作用，不需要周期性调整；3.静密封可以做到不泄漏；4.适应性大，使用简单，用途广；5.品种丰富，价格便宜。缺点：1.用于压缩密封时，起动摩擦阻力大；2.如使用不当，容易引
11、起O形圈切、挤扭、断等事故；3.动密封还很难做到不泄漏，只能控制其渗漏量不大于规定许可值；4.某些场合使用，往往需要加装保护挡圈和防尘圈。在气压和水压等密封中，有时还需配备润滑附属装置。23是一种截面为圆形的橡胶圈，是一种截面为圆形的橡胶圈，如如所示。其材料主要为所示。其材料主要为或或。O形密封圈是形密封圈是与与中使用最广泛的一种密中使用最广泛的一种密封件。它主要用于封件。它主要用于和和。O O形密封圈形密封圈d1O形圈内径形圈内径 d2O形圈截面直径形圈截面直径其使用速度范围一般为其使用速度范围一般为。用于。用于，仅，仅限于限于。如液压挖掘机的中央回转接头的分配阀。如液压挖掘机的中央回转接头
12、的分配阀动密封机构。一般动密封机构。一般O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。24与其他形式密封圈比较，具有以下与其他形式密封圈比较，具有以下：1），。2）、均可使用。均可使用。3）比较小。比较小。4）使用单件）使用单件O形密封圈，可对形密封圈，可对起密封作用。起密封作用。5）。，当设备闲置时间过久而再次起动时，当设备闲置时间过久而再次起动时，O形密封圈的摩擦阻形密封圈的摩擦阻力会因其与密封副耦合面的粘附而陡增，并出现力会因其与密封副耦合面的粘附而陡增，并出现现象。现象。25，密封圈在自身，密封圈在自身的弹性力作用下，对接触面产生一的弹性力作用下，对接触
13、面产生一个预接触应力个预接触应力p0，如，如所示。所示。O O形密封圈的静密封原理形密封圈的静密封原理a)空载状态空载状态装入密封槽后，其界面装入密封槽后，其界面承受接触压缩应力而产生变形承受接触压缩应力而产生变形26，则在则在的作用下，的作用下，发生位移，移向低压侧，且其弹发生位移，移向低压侧，且其弹性变形进一步加大，填充和封闭了性变形进一步加大，填充和封闭了。此时，作用于密封副偶。此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为合面的接触压力上升为，从，从而大大增加了密封效果，如而大大增加了密封效果，如所示。所示。（），则由于），则由于O形密封圈仍具有初装形密封圈仍具有初装时的时的，故仍能保证密封
14、性能。此即所谓，故仍能保证密封性能。此即所谓O形密封圈形密封圈的自密封作用。的自密封作用。图图5-25-2 O O形密封圈的静密封原理形密封圈的静密封原理b)承载状态承载状态27在往复运动滑移面上的接触情况，如在往复运动滑移面上的接触情况，如所示。此时所示。此时O形密封圈的形密封圈的主要还是依靠其主要还是依靠其和和，且由于，且由于O形密封圈自身的弹性而具有磨损后自形密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。动补偿的能力。O O形密封圈的动密封原理形密封圈的动密封原理 28，：，由于液体的，由于液体的、及及等因等因素的作用，沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层液素的作用，沿滑移面和密封
15、件间形成一层粘附力极强的边界层液体膜，如体膜，如所示。这层液体薄膜始终存在着，它亦起一定的所示。这层液体薄膜始终存在着，它亦起一定的密封作用。密封作用。，液体膜随之一起探出，如，液体膜随之一起探出，如所示。所示。，液体膜则被密封件阻留于外侧。随着滑移面往，液体膜则被密封件阻留于外侧。随着滑移面往复次数的增加，阻留于密封件外侧的液体膜日渐增厚，最后形成复次数的增加，阻留于密封件外侧的液体膜日渐增厚，最后形成液滴，从滑移面滴下（见液滴，从滑移面滴下（见）。这就是）。这就是O形密封圈用于往复运形密封圈用于往复运动密封时会产生泄漏的原因。动密封时会产生泄漏的原因。因此，因此，。29良好的密封效果很大程
16、度上取决于良好的密封效果很大程度上取决于与与，世界各国的标准对此都有较严格的，世界各国的标准对此都有较严格的规定。规定。，或，或，装配后就会引起泄漏；如果，装配后就会引起泄漏；如果，或，或，则会导致，则会导致O形密封圈橡胶应力松弛而形成泄漏。形密封圈橡胶应力松弛而形成泄漏。同样，若同样，若，也会因其过早老化而引，也会因其过早老化而引起密封装置泄漏。起密封装置泄漏。30O形密封圈的形密封圈的和和可按下列公式计算可按下列公式计算（5-1）（5-2）式中式中 O形密封圈截面直径；形密封圈截面直径；O形密封内径；形密封内径；、，如，如所示；所示；O形密封圈安装空间的高度，即形密封圈安装空间的高度，即2
17、23121DDDDh 或或 dcO形密封圈安装空间的高度，即：形密封圈安装空间的高度，即：3502.cc kddkc系数，一般取系数，一般取kc=1.251.45。223222dDdDdDdD 或或%100 cccdhd 31O形密封圈的形密封圈的和和的选用范围，见的选用范围，见。O O形密封圈的拉伸量和压缩率的选取范围形密封圈的拉伸量和压缩率的选取范围由由可知，可知，但是其极值应，但是其极值应。否则压缩应力明显松。否则压缩应力明显松弛，将产生过大的永久变形。在弛，将产生过大的永久变形。在中，尤为严重。然而中，尤为严重。然而，否则当，否则当装配部位存在偏心时就会消失部分压缩量，也会导致泄漏装配
18、部位存在偏心时就会消失部分压缩量，也会导致泄漏。O形密封圈形密封圈为为，即，即。，压缩，压缩量较大，应取大值；往复动密封时，应取小值，量较大，应取大值；往复动密封时，应取小值，取，取，并应考虑，并应考虑摩擦生热引起密封圈内径收缩，从而影响密封质量的问题摩擦生热引起密封圈内径收缩，从而影响密封质量的问题。32当被密封的介质当被密封的介质，O形密封圈会因产生弹性变形形密封圈会因产生弹性变形而被挤进密封耦合面间的缝隙而被挤进密封耦合面间的缝隙，引起，引起。当当或或时，时，应在应在O形密封圈形密封圈；若；若，则于，则于密封圈密封圈，如，如所示。所示。O O形密封圈挡圈的安装形密封圈挡圈的安装a)单向受
19、压单向受压 b)双向交替受压双向交替受压，也应采用也应采用，以防止密封圈异常，以防止密封圈异常损耗。挡圈的材料一般为损耗。挡圈的材料一般为，或，或和和等。等。33O形圈标准旧国标GB123576 规定的O形圈截面直径（又称线径）有1.9、2.4、3.1、3.5、5.7等，O形圈采用“外径线径”的标记方法，一般称为老国标；新国标（GB3452.1-82与GB3452.1-92）GB3452.1-82与GB3452.1-92基本相同，一般称为新国标，它规定的O形圈截面直径有1.8、2.65、3.55、5.3等，新国标采用国际惯例，O形圈采用“内径线径”的标记方法。日本标准（JIS B 2401）(
20、线径1.9 2.4 3.1 3.5 5.7 8.4，G系列为静密封专用,P可动静密封通用)德国标准 DIN 3771/1美国标准（AS 568）国际标准（ISO 3601/1）英国标准 BS 1516 （线径1.78 2.62 3.53 5.33 7.00）34O形圈工作条件1.材料:合成橡胶（一般为丁腈橡胶）2.工作介质:石油基液压油和压缩空气3.工作温度:一般场合：-30+110；特殊橡胶：-60+250；旋转场合：-30+80 4.工作压力:无挡圈时，最高可达20MPa；有挡圈时，最高可达40MPa；5.工作速度:一般小于等于0.2m/s，最大往复速度可达0.5m/s，最大旋转速度可达2
21、.0m/s。35的截面呈的截面呈Y形，是一种典型的形，是一种典型的。按其按其、，可分为，可分为、等几类等几类 若按若按，则可，则可分为分为、和和和和,如如所示。所示。Y Y形密封圈形密封圈a)等高唇等高唇 b)不等高唇（不等高唇（Yx型型）36广泛应用于广泛应用于中，其使用寿命高于中，其使用寿命高于O形密封圈。形密封圈。工作速度范围：采用丁腈橡胶制作时为工作速度范围：采用丁腈橡胶制作时为；采用；采用制作制作时，为时，为；采用；采用制作时，则为制作时，则为。Y形密形密封圈的密封性能、使用寿命及不用挡圈时的工作压力极限，都以聚氨酯封圈的密封性能、使用寿命及不用挡圈时的工作压力极限，都以聚氨酯橡胶材
22、质为佳。橡胶材质为佳。Y形密封圈的适用形密封圈的适用，。Y形密封圈的形密封圈的：1）密封性能可靠；）密封性能可靠；2）摩擦阻力小，运动平稳；）摩擦阻力小，运动平稳；3）耐压性好，适用压力范围广；）耐压性好，适用压力范围广；4）结构简单，价格低廉；）结构简单，价格低廉；5）安装方便。）安装方便。37依靠其张开的唇边贴于密封副耦合面，并呈线状依靠其张开的唇边贴于密封副耦合面，并呈线状接触，在介质压力作用下产生接触，在介质压力作用下产生“”接触应力，接触应力，。，在，在与与之间形成一层之间形成一层，从而产生密封作用。密封，从而产生密封作用。密封唇边磨损后，由于介质压力的作用而具有一定的自动补偿能唇边
23、磨损后，由于介质压力的作用而具有一定的自动补偿能力。力。38所示为所示为。每次往复运动后，在其。每次往复运动后，在其主、副唇之间都会残留下微量液体（工作介质）。随着往复运动主、副唇之间都会残留下微量液体（工作介质）。随着往复运动次数的增多，残留液体将充满主、副唇之间的空间，形成一个特次数的增多，残留液体将充满主、副唇之间的空间，形成一个特殊的殊的“”。，由于，由于“”内液体不可压缩，其间的压内液体不可压缩，其间的压力力的工作压力（见的工作压力（见）。此时，）。此时，与与的的接触应力，也接触应力，也与与间的接触应力。因而，间的接触应力。因而，带副唇的轴用带副唇的轴用Y Y形密封圈截面形密封圈截面
24、1副唇副唇 2主唇主唇 3小腔小腔迫使迫使“”内的液体压回小腔，从而形成了可靠的密封状内的液体压回小腔，从而形成了可靠的密封状态，提高了态，提高了Y形密封圈的密封性能。形密封圈的密封性能。，。p39，唇口一定要对着压力高的一侧，才能起密封作用。，唇口一定要对着压力高的一侧，才能起密封作用。，Y型密封圈的根部因材质塑性变形而被挤入密型密封圈的根部因材质塑性变形而被挤入密封耦合面的间歇，故应控制滑移耦合件间的封耦合面的间歇，故应控制滑移耦合件间的的大小，使其的大小，使其所规定的所规定的，见，见。对于工作压力。对于工作压力的的Y形密封圈，为保证其使用寿命，防止密封圈的根部被挤入形密封圈，为保证其使用
25、寿命，防止密封圈的根部被挤入配合间隙，应在密封圈根部处安装挡圈，如配合间隙，应在密封圈根部处安装挡圈，如所示所示。Y Y形密封圈的安装形密封圈的安装a）控制间隙控制间隙 b）安装挡圈安装挡圈1挡圈挡圈40为了防止为了防止Y形密封圈在往复运动过程中出现翻转、扭曲等现象，形密封圈在往复运动过程中出现翻转、扭曲等现象，即即，可在，可在Y形密封圈的唇口处设置形密封圈的唇口处设置，如，如所示。所示。安装支承环的安装支承环的Y Y环密封圈环密封圈a)单向受压单向受压 b)双向受压双向受压支承环上开有支承环上开有，以利于压力介质通过小孔作用到以利于压力介质通过小孔作用到密封圈唇边上，撑开双唇，保持密封圈唇边
26、上，撑开双唇，保持Y形密封圈的正确动态姿势，保形密封圈的正确动态姿势，保证其良好的密封性能。证其良好的密封性能。对于对于，其截面的宽度为高度的二倍或二倍以上。，其截面的宽度为高度的二倍或二倍以上。这种密封圈不会在沟槽里产生翻转、扭曲，这种密封圈不会在沟槽里产生翻转、扭曲，。41V形密封圈的截面呈现形密封圈的截面呈现V形，也是一种典型的唇形密封圈。形，也是一种典型的唇形密封圈。根据制作的根据制作的不同，可分为不同，可分为和和（夹布橡（夹布橡胶）胶）等。等。V形密封圈的密封装置由形密封圈的密封装置由、和和三部分组成三部分组成，如如所示。所示。V V形密形装置形密形装置1压环压环 2V V形密封圈形
27、密封圈 3支承环支承环 42V形密封圈主要用于形密封圈主要用于和和，其运动，其运动摩擦阻力较摩擦阻力较Y形密封圈大，但形密封圈大，但、。：采用：采用制作时为制作时为；采用；采用制作时为制作时为。，可只调整压环或填片而无须更换密封圈。，可只调整压环或填片而无须更换密封圈。V形密封圈的形密封圈的，431）耐压性能好，使用寿命长；）耐压性能好，使用寿命长；2）根据使用压力的高低，可以合理地选择）根据使用压力的高低，可以合理地选择V形密封圈的数量以满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佳综合效果；足密封要求；并可调整压紧力来获得最佳综合效果；3）根据密封装置不同的使用要求，可以交替安装
28、不同材质的）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形形密封圈，以获得不同的密封特性和最佳综合效果；密封圈，以获得不同的密封特性和最佳综合效果；4）维修和更换密封圈方便；）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。）密封装置的轴向尺寸大，摩擦阻力大。44，同样必须将，同样必须将，如，如所示。所示。V V形密封圈的安装与调整形密封圈的安装与调整1调节螺栓调节螺栓 2调整垫片调整垫片45应根据应根据合理选择合理选择V形密封圈形密封圈及及、和和的的，见，见。V V形密封圈组合个数及压环、支承环和调整垫片的材质形密封圈组合个数及压环、支承环和调整垫片的材质可用；可用；有条
29、件使用；有条件使用；不可使用；不可使用；较佳。较佳。46，压环上的，压环上的，应与，应与完全完全吻合。压环与密封副耦合面之间吻合。压环与密封副耦合面之间大小应大小应，以防，以防止止V形密封圈的唇边在介质压力作用下，被挤入间隙而造成形密封圈的唇边在介质压力作用下，被挤入间隙而造成唇边撕裂。唇边撕裂。47 压环与耦合面之面的间隙值（夹织物压环与耦合面之面的间隙值（夹织物V V形密封圈）形密封圈）合理的间隙值见合理的间隙值见。与与及及之间的间隙值一般为之间的间隙值一般为。48为了保持液压缸的运动精度，对为了保持液压缸的运动精度，对和和要求较要求较高。高。V形密封圈材质的选用应根据密封装置的形密封圈材质的选用应根据密封装置的和和来来进行，见进行，见。夹布橡胶夹布橡胶V形密封圈的形密封圈的和和均比纯橡胶均比纯橡胶V形密封圈形密封圈好。而纯橡胶好。而纯橡胶V密封圈又具有优良的密封性能。所以，若密封圈又具有优良的密封性能。所以，若，便能充分发挥各自的，便能充分发挥各自的特性，获得最佳的密封效果。特性，获得最佳的密封效果。49各公司密封互换表50各公司密封互换表51
