密封分类、原理、结构、应用、选型(中级).ppt

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“越界流出越界流出”现象称为泄漏泄漏。3泄漏分为泄漏分为内泄漏内泄漏内泄漏内泄

2、漏和和外泄漏外泄漏外泄漏外泄漏两类。两类。对于液压传动系统液压传动系统，内泄漏内泄漏会引起系统容积效率容积效率的急剧下降，达不到所需的工作压力，使设备无法正常运作；外泄漏外泄漏则造成工作工作介质浪费介质浪费和污染环境污染环境，甚至引发设备操作失灵设备操作失灵和人身事故人身事故。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泄漏量泄漏量泄漏量泄漏量。u对于气压传动系统气压传动系统，由于

3、其工作介质为压缩空气且工作压力不u高，因此气体的泄漏问题往往得不到应有的重视。其实，气压气压uu传动系统中的泄漏传动系统中的泄漏同样会造成系统压力下降系统压力下降，能耗加大能耗加大，动作动作uu紊乱紊乱，或造成真空系统中的负压建立不起来真空系统中的负压建立不起来；气缸进气口的泄气缸进气口的泄uu漏漏将造成气缸低速运行的爬行气缸低速运行的爬行，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

4、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(Radialstressdistribution)径向压力分配情况Medium under pressure/受压受压介质介质Primary lip/

5、主密封唇主密封唇EXAMPLE/举举 例例:Finite Elements AnalysisFinite Elements Analysis有有有有 限限限限 元元元元 结结结结 构构构构 分分分分 析析析析7密封机理动密封的密封机理动动密密封封不不能能单单纯纯依依靠靠封封闭闭结结合合面面间间的的间间隙隙来来实实现现密密封封，因因为为结结合合面面间间的的间间隙隙密密封封得得愈愈紧紧密密，对对偶偶表表面面相相对对运运动动时时的的摩摩擦擦阻阻力力就就愈愈大大，导导致致结结合合面面发发热热，影影响响润润滑滑油油膜膜的的形形成成，使使密密封封很很快快失失效效。因因此此，对对动动密密封封作作用用机机理理

6、的的研研究究，集集中中在在结结合合面面间间形形成成与与保保持持润润滑滑油油膜膜的的机机理理方方面面，这这样样既既可可保保持持密密封封，又又不不致致于于有有过过大大的的摩摩擦力。擦力。8静密封的密封机理静静密密封封是是依依靠靠封封闭闭结结合合面面间间的的间间隙隙以以实实现现密密封封作作用用，不不需需要要考考虑虑摩摩擦擦与与磨磨损损。密密封封表表面面的的泄泄漏漏是是由由密密封封圈圈的的材材料料性性质质、配配合合表表面面的的加加工工精精度度、粗粗糙糙度度和和压压紧紧程程度度决决定定的的。使使用用橡橡胶胶和和软软金金属属等等类类材材料料，用用较较小小的的压压紧紧力力就就可可以以完完全全压压紧紧，从从而

7、而阻阻止止流流体体的的泄泄漏漏；对对于于较较硬硬的的金金属属垫垫圈圈，有有时时使使用用较较大大的的压压紧紧力力不不能能完完全全压压紧紧，以以致致密密封封性性差差，但但如如降降低低表表面面粗粗糙糙度度，增增加加表表面面真真实实接接触触面面积积，用用较较小小的的压压紧紧力力也也可可以以改改善善密密封性能。封性能。为为使使密密封封圈圈在在流流体体压压力力作作用用下下保保持持密密封封，通通常常在在设设计计时时规规定定极极限限密密封封比比压压值值，此此极极限限密密封封比比压压是是指指密密封封圈圈在在流流体体压压力力作作用用下下仍仍能能保保持持密密封封可可靠靠性性时时的的比比压压。考考虑虑到到密密封封力力

8、与与内内压压力力之之间间的的定定性性关关系系(局局部部非非线线性性)，实实际际使使用用时时应应该该使使初初始始密密封封力力达达到到与与极极限限比比压压相相当当的的极极限限比比压压以以上上，使用时才较为安全。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：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

9、：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

10、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

11、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。23Part 3.1 OO型型型型密封圈密封圈密封圈密封圈1.1.1.1.主要性能主要性能主要性能主要性能OO形形形形封

12、封封封圈圈圈圈是是一一种种截截面面为为圆圆形形的的橡橡胶胶圈圈，如如图图图图5-15-1所所示示。其其材材料料主主要要为为丁丁丁丁腈腈腈腈橡橡橡橡胶胶胶胶或或氟氟氟氟橡橡橡橡胶胶胶胶。O形形密密封封圈圈是是液液液液压压压压与与气气气气压压压压传传传传动动动动系系系系统统统统中中使使用用最最广广泛泛的的一一种种密密封封件件。它它主主要要用用于于静静静静密密密密封封封封和和往往往往复复复复运运运运动密封动密封动密封动密封。图图图图5-15-1 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其使使用用速速度度范范围围一一般般为为0.0050.3m/s0.0050.3m

13、/s。用用于于旋旋旋旋转转转转运运运运动动动动密密密密封封封封时时时时，仅仅限限于于低低低低速速速速回回回回转转转转密密密密封封封封装装装装置置置置。如如液液压压挖挖掘掘机机的的中中央央回回转转接接头头的的分分配配阀阀动密封机构。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。24OO形密封圈形密封圈形密封圈形密封圈与其他形式密封圈比较，具有以下与其他形式密封圈比较，具有以下优点优点优点优点：1）结构小巧结构小巧结构小巧结构小巧，装拆方便装拆方便装拆方便装拆方便。2）静静静静、动密封动密封动密封动密封均可使用。均可使用。3）动摩擦阻力动摩擦阻力

14、动摩擦阻力动摩擦阻力比较小。比较小。4）使用单件）使用单件O形密封圈，可对形密封圈，可对两个方向两个方向两个方向两个方向起密封作用。起密封作用。5）价格低廉价格低廉价格低廉价格低廉。但但但但是是是是，当当设设备备闲闲置置时时间间过过久久而而再再次次起起动动时时，O形形密密封封圈圈的的摩摩擦擦阻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，并出现蠕动蠕动蠕动蠕动现象。现象。252.2.2.2.用于静密封时的密封原理用于静密封时的密封原理用于静密封时的密封原理用于静密封时的密封原理 当当没没有有介介质质压压力力时时，密封圈在自身的弹性力作用下，对接触面产生一个预接

15、触应力p0，如图图5-2a5-2a所示。图图图图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a)空载状态空载状态OO形形形形密密密密封封封封圈圈圈圈装装入入密密封封槽槽后后，其其界界面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 而而当当容容腔腔内内充充入入有有压压力力的的介介质质后后，则在介介质质压压力力p p的作用下，O O形形密密封封圈圈发生位移，移向低压侧，且其弹性变形进一步加大，填充和封闭了密密封封间间隙隙。此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为p p0 0+p p=p pmm，从而大大增加了密封效果，如图图5-2b5-2b所示。当当容容腔腔内内的的介

16、介质质卸卸压压后后（p p=0=0），则由于O形密封圈仍具有初装时的预预接接触触应应力力p p0 0，故仍能保证密封性能。此即所谓O形密封圈的自密封作用。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2.2.2.2.用于静密封时的密封原理用于静密封时的密封原理用于静密封时的密封原理用于静密封时的密封原理273.3.3.3.用于往复运动密封时的密封原理用于往复运动密封时的密封原理用于往复运动密封时的密封原理用于往复运动密封时的密封原理 OO形形密密封封圈圈在往复运动滑移面上的接触情况，如图图5-35-3所示。此时O形密封圈的动动密密封封作作用用主要还是依靠其预预压压缩缩和加加压压后后作作用用于于耦耦合合面面上上的的接接触触应应力力，且由于O形密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。图图图图5-35-3 O O形密封圈的动密封原理形密封圈的动密封原理 28 此此外外，还还存存在在其其他他复复杂杂情情况况：当当用用于于液液体体介介质质密密封封时时，由于液体的压压力力、粘粘度度及运运动动速速度度等因素的作用，沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层