机械设计手册之 密封装置.

第五节
机械密封
机械密封也称端面密封，属于接触式动密封，常 用于泵、釜、压缩机、 1 2 3 4 5 6 7 8 液压设备和其他类似 设备的旋转轴的密封， 适用于高压、高温、 高速、或低温、真空 等场合以及对酸、碱 等强腐蚀介质的密封。
1－压盖； 2－静环； 3－静环密封圈； 4－动环； 5－动环密封圈； 6－推环； 7－弹簧； 8－固定螺钉； 9－弹簧座； 12 冷却液 10－传动螺钉；11－壳体；12－防转销
3、平衡型和非平衡型 根据介质压力在摩擦面上所引起的比压情况来分， 不卸载的称为非平衡型；部分卸载的称为部分平衡型； 全部卸载的称为全平衡型。卸载越多，摩擦端面上的 比压就越小，可减轻端面的磨损，但比压过小，密封 面就有被推开的危险而出现泄漏，所以，卸载的多少 要根据使用情况来确定。
第六节
其他密封
（3） 弹塑性体 橡胶和塑料。 橡胶类有天然橡胶和合成橡胶之分。 橡胶主要用于垫片、成型填料、软填料、油封、防 尘密封件等。 塑料有氟塑料、尼龙、酚醛塑料、聚乙烯、聚四氟 乙烯等。主要用于垫片、成型填料、软填料、硬填料、 防尘密封件、活塞环、机械密封等。可耐酸、耐碱、 耐油等。聚四氟乙烯最高可耐温度300℃。
油封广泛用于汽车、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 大类。骨架是金属加强环，用来增强油封的刚度。 油封种类很多，大多已标准化，按照工作条件和轴 的尺寸选取。
2、软填料密封 软填料密封是将各种适合作为密封材料的软填料， 用压盖压入需要密封的间隙中，达到密封的作用。适 合于轴旋转的线速度不大于10m/s。软填料密封发热和 磨损很严重，使用寿 命最长不超过半年。 通过重新压紧端盖， 可以补偿填料的磨损。
机械设计
第一节 概述 第二节 密封类型与选择 第三节 静密封 第四节 动密封 第五节 机械密封
第六节 其他密封
第二十一章
密 封 装 置
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第一节
概述
密封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 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装置，简称密封。 密封的好坏，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。
法兰
缸体
金属空心 O 形环 压紧状态
缸体 金属空心 O 形环 自由状态
工作，温度范围为-250℃650℃。
四、密封胶密封
用刮涂、压注等方法将密封胶涂在要压紧的两个
面上，靠胶的浸润性填满密封面的凹凸不平处，形成 一层薄膜，能有效起到密封作用。它密封牢固，方法 简单，效果好，但耐温性差，通常用于150℃以下。
轴承端盖 毡圈
（2）O形圈密封 O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2m/s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 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 起动摩擦阻力较大。
（3） 唇型密封 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， 形状各异。它装填方便，更换迅速，但与O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 场合，已被O形密封圈所替代。现在主要应用在往复运 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，即开 口应向着 密封介质， 这样才有 密封效果。
多数密封件已标准化、系列化，根据工作条件和使 用要求加以选用。
第二节
一、密封的类型
密封类型与选择
密封按被密封的两结合面之间是否有相对运动 而分为静密封和动密封两大类。动密封又按密封件 和被密封面间是否有间隙分为接触式动密封和非接 触式动密封。
具体分类如下：
静 密 封 密 封
动 密 封
垫片密封 研合面密封 O形圈密封 密封胶密封 非接触式密封 间隙密封 离心式密封 迷宫式密封 密封圈密封 软填料密封 涨圈密封 机械密封 其他
第四节
动密封Biblioteka 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 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 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、 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。
2、内装式和外装式 当弹簧置于工作介质之内称为内装式。而弹簧置于 工作介 质之外 时称为 外装式。
外装式
外装式弹簧不与介质接触，便于观察和维修，但介 质的作用力与弹簧力相反，当介质的压力变动较大时， 会引起不良的结果。当介质的压力较大，弹簧的弹性 力余量不够大时，可能会引起泄漏；反之，当介质的 压力较小时，弹簧力可能就很大，而使静环和动环压 得过紧，引起摩擦面的擦伤。 内装式机械密封受力情况较好，通常情况下使用， 只有在密封零件和弹簧不耐介质腐蚀，或介质过于黏 稠影响弹簧的性能时，才使用外装式机械密封。
以下介绍一种铁磁流体密封。在需要密封的间隙 内（通常间隙很小，大约为0.050.12mm），充满了 铁磁流体，在磁场的作用下，形成较强韧的液态膜， 可对流体介质进行密封。其特点是完全无泄漏，无固 体摩擦，无润滑，可多级使用，来对较大压力差的场 合进行密封，但不适用于高温的场合。
铁磁流体的组成： 铁磁性微粒：小于30纳米的四氧化三铁、钴、镍、 二氧化铬等； 分散剂： 油酸、氟醚酸等； 载流体： 矿物油、水、高分子化合物等。
第三节
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 密封，内燃机汽缸和汽缸盖的密封等都属于静密封。 一、垫片密封
垫片密封是静密封中最常用的一种形式。在两连 接件的密封面之间垫上不同材质的密封垫片，然后拧 紧螺纹或螺栓，使垫片产生弹性和塑性变形，填塞密 封面的不平处，达到密封的目的。
二、 接触式动密封 1、密封圈密封 （1） 毡圈密封 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 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(不大于 45m/s)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, 线速度可达到78m/s。 毡圈密封是标准件，按照轴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强密封 效果。
3、涨圈密封 涨圈通常是由金属制造的带有切口的弹性环，放 入槽中后，靠涨圈本身的弹力，使外圈紧贴在壳体上， 不随轴转动。由于介质压力的作用，涨圈一端面紧压 在涨圈槽的一侧，产生相对运动，用液体进行润滑和 堵漏，从而达到密封 的作用。涨圈密封既 可用于往复运动件的 密封，也可用于旋转 运动件的密封。
（4） 油封密封 油封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， 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。 典型油封的剖面形状见图。自由状态下的油封，内 径比轴小，即具有一定的过盈 6 5 量，这个过盈量会对轴产生一 4 定的抱紧力，油封腰部由于介 3 质压力的作用也会对轴产生一 2 个弹性力，还有弹簧，会对轴 产生一个能随时自紧补偿的力。 1
接触式动密封
毡圈密封 O形圈密封 唇形密封 油封
二、密封的选择
1、密封形式的选择
密封的形式五花八门，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 条件合理地选择密封的形式。如非接触式动密封，可 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 转速较高的轴的密封要选用机械密封等。
（4） 无机材料 石墨和工程陶瓷，如氧化铝瓷、 滑石瓷、金属陶瓷氧化硅等。主要用于垫片、软填料、 硬填料、密封件、机械密封、间隙密封等。可耐酸、 耐碱，最高可耐温度800℃。 （5） 金属材料 黑色金属有碳钢、铸铁、不锈钢 等，有色金属有铜、铝、锡、铅等，硬质合金有钨钴 硬质合金、钨钴钛硬质合金等，贵重金属有金、银、 铟、钽等。主要用于垫片、软填料、硬填料、成型填 料、防尘密封件、机械密封、间隙密封等。可耐酸、 耐碱，最高可耐温度450℃。贵重金属主要用于高真空、 高压和低温等场合。
一、 非接触式动密封 1、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 防止泄漏而实现的密封，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 起密封作用。
2、离心密封 离心密封主要是利用轴在旋转时产生的离心力，将泄 漏出来的润滑油再甩回到油腔。也有在轴上直接开螺旋 槽，在紧贴轴承处安装一甩油环，将油再甩回去，螺旋 槽的旋转方向要保证轴在旋转时是使油甩到油腔里，而 不是相反，这种密封通常只能在单向回转的轴上使用。
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机械密封的结构类型很多,可根据不同的结构特 点进行分类,以便合理的选择,常用的分类方法有: 1、单端面和双端面 单端面密封，只有一对静环和动环。双端面密封， 有两对摩擦面A和B。双端面密封可在密封腔C中通入 带压的封液能变气相密 封为液相密封，又因 为封液的压力通常高 于需要密封的介质压 力，故可以有效地防 止介质外漏。
1－导磁轴； 2－铁磁流体； 3、5－软铁极板； 4－永久磁铁
磁路通过轴
1－导磁轴； 2－铁磁流 体； 3、5－软铁 极板； 4－永久磁铁
磁路不通过轴
本章结束
法兰之间
上法兰 封头
轴承端盖和箱体之间
罐体 下法兰 垫片
密封垫片 轴承
垫片
法兰盖
轴承端盖 轴
管道 法兰
法兰和法 兰盖之间
箱体
二、研合面密封 靠两密封面的精密研配来消除间隙，用外力压紧 以提高严密性。密封面的表面粗糙度 Ra≈25mm，自由 状态下，两密封面之间