液压与气压传动5-王积伟教授-东南大学

SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动Chapter5密封件本章主要内容：5.1密封的作用与分类5.2密封件的材料5.3常用密封件5.4新型密封件5.5组合式密封件5.6防尘圈5.7旋转密封件5.8胶密封与带密封SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院液压与气压传动了解密封的作用与分类了解密封件的材料及常用密封材料掌握几种常用密封件的性能特点及其密封原理O形密封圈的主要性能与工作原理Y形密封圈的主要性能与工作原理V形密封圈的主要性能与工作原理目的任务:重点难点:第五章密封件SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动Part5.1密封的作用与分类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”现象称为泄漏。1.密封的作用及其意义SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动泄漏分为内泄漏和外泄漏两类。对于液压传动系统，内泄漏会引起系统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；外泄漏则造成工作介质浪费和污染环境，甚至引发设备操作失灵和人身事故。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；外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泄漏量。对于气压传动系统，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，气压传动系统中的泄漏同样会造成系统压力下降，能耗加大，动作紊乱，或造成真空系统中的负压建立不起来；气缸进气口的泄漏将造成气缸低速运行的爬行，等等。正确和合理地使用密封件是液压与气压传动系统正常运转的重要保证SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有两方面：一是密封面上有间隙；二是密封部位两侧存在较大压力差。消去或减小任一因素都可以阻止或减小泄漏。因此，密封的方法通常有：1）封住结合面的间隙；2）切断泄漏通道；3）增加泄漏通道中的阻力；4）设置作功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或平衡泄漏通道的压力差。2.密封的分类SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动分类主要密封件静密封非金属静密封O形橡胶密封圈橡胶垫片聚四氟乙烯生料带橡胶-金属复合静密封组合密封垫圈金属静密封金属垫圈空心金属O形密封圈液态密封垫密封胶表5-1密封的分类根据被密封的偶合面在设备运转时有无相对运动，可将密封分为静密封和动密封两大类。另外按照密封件的制作材料、结构形式和密封机理等还可进一步细分。密封的分类见表5-1。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动动密封非接触式密封\间隙密封利用间隙\迷宫\阻尼等接触式密封自封式压紧型密封O形橡胶密封圈同轴密封圈异形密封圈其他自封式自紧型密封(唇形密封)Y形密封圈V形密封圈组合式U形密封圈星形和复式唇密封圈带支承环组合双向密封圈其他活塞环金属活塞环旋转轴油封油封液压缸导向支承件导向支承环液压缸防尘圈防尘圈其他其他SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动密封件材料应满足密封功能的要求。由于被密封的工作介质以及设备工作条件的不同，密封件材料应具有不同的适应性。Part5.2密封件的材料密封材料的一般要求：1）材料密实，不易泄漏工作介质；2）对工作介质有良好的适应性和稳定性；3）有适当的机械强度和硬度，受工作介质的影响小；4）压缩性和复原性好，永久变形小；5）温度适应性好，高温下不软化、不分解；低温下不硬化、不脆裂；1.对密封件材料的要求密封材料的一般要求：6）摩擦因数小，耐磨性好；7）抗腐蚀性能好，能在工作介质中长期工作，其体积和硬度变化小；8）与密封面贴合的柔软性和弹性好；9）耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长；10）加工性能好，价格低廉。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动2.常用橡胶密封材料常用的橡胶密封材料主要是合成橡胶。由于合成橡胶的胶种较多，且各自的性能也各不相同。因此，在选用时除要求其必须满足上述使用要求外，还应根据不同胶种的特性和使用范围，参照密封件的工况条件，进行正确选择。常用橡胶密封材料所适应的介质和使用温度范围见表5-2。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动注：○—可以使用；△—有条件使用；×—不可使用。表5-2常用橡胶密封材料所适应的介质和使用温度范围密封材料石油基液压油和矿物基润滑酯难燃性液压油使用温度范围水-油乳化液水-乙二醇基磷酸酯基静密封动密封丁腈橡胶聚氨酯橡胶氟橡胶硅橡胶丙烯酸酯橡胶丁基橡胶乙丙橡胶○○○○○××○△○○○××○×○×○○○××○△×△△-40~+120-30~+80-25~+250-50~+280-10~+180-20~+130-30~+120-40~+100一般不用-25~+180一般不用-10~+130-20~+80-30~+120SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动3.常用合成树脂密封材料常用合成树脂中，使用最多的是聚四氟乙烯树脂。在聚四氟乙烯中掺入不同的充填材料，可改善和提高其综合物理化学性能，从而扩大了它的使用范围。因此，聚四氟乙烯树脂密封材料可适用石油基液压油、水-油乳化液、水-乙二醇基液压液、磷酸脂基液压液等工作介质的密封。常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围见表5-3。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动表5-3常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围名称使用温度/℃主要特点应用范围聚四氟乙烯及加充填物聚四氟乙烯-100~+260耐磨性极佳,耐热\耐塞性优良,能耐几乎全部化学药品及溶剂和油等液体.弹性差,热胀系数大适用于制作挡圈、支承环、导向支承环及压环，与O形圈等组合成同轴密封圈。喷涂、贴粘在密封件工作面，以降低摩擦因数，提高耐热性。制作生料带聚酰胺尼龙-40~+100耐磨性能佳（优于铜和一般钢材），耐弱酸、弱碱和水、醇等溶剂。冲击性好，有一定的机械强度，抗强酸腐蚀性差，溶于浓硫酸、苯酚，有吸水性及冷流性适用于制造挡圈、压环、导向支承环等。三元尼龙与丁腈并用制作往复动密封，可改善密封件性能聚甲醛-40~+100动静摩擦因数较小，耐有机溶剂及化学腐蚀，具有良好的机械性能及抗蠕变性适用于制作往复运动密封圈用的挡圈和导向支承环等SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动表5-4常用金属密封材料的种类和应用范围材料使用温度/℃应用范围材料使用温度/℃应用范围铅银黄铜镍紫铜100650260810315适用于高温、高压油、高压水蒸气等场合蒙太尔合金铝不锈钢钦锆810430870540适用于高温、高压油、高压水蒸气等场合金属密封材料主要用于静密封。常用金属密封材料的种类和应用范围见表5-4。4.常用金属密封材料SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动除间隙密封外，密封都是利用密封件使偶合面间的间隙控制在工作介质能通过的最小间隙之下。该最小间隙取决于工作介质的压力、粘度、相对分子质量等。Part5.3常用密封件接触式动密封中的压型密封，是通过由预压缩力和介质压力产生的压紧力，在密封件与偶合面之间形成接触压力，介质压力愈高，接触压力愈大，使密封件与耦合面紧密贴合，以阻塞泄漏通道，达到自密封。而自封式自紧型密封，则是利用密封件自身变形所产生的反压力也随介质压力的增加而增大，从而达到自密封。本章介绍常用的O形、Y形和V形密封圈的主要性能、密封原理及其应用。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动Part5.3.1O型密封圈1.主要性能O形封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，如图5-1所示。其材料主要为丁腈橡胶或氟橡胶。O形密封圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。它主要用于静密封和往复运动密封。图5-1O形密封圈d1—O形圈内径d2—O形圈截面直径其使用速度范围一般为0.005~0.3m/s。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。如液压挖掘机的中央回转接头的分配阀动密封机构。一般O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动O形密封圈与其他形式密封圈比较，具有以下优点：1）结构小巧，装拆方便。2）静、动密封均可使用。3）动摩擦阻力比较小。4）使用单件O形密封圈，可对两个方向起密封作用。5）价格低廉。但是，当设备闲置时间过久而再次起动时，O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，并出现蠕动现象。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动2.用于静密封时的密封原理当没有介质压力时，密封圈在自身的弹性力作用下，对接触面产生一个预接触应力p0，如图5-2a所示。图5-2O形密封圈的静密封原理a)空载状态O形密封圈装入密封槽后，其界面承受接触压缩应力而产生变形SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动而当容腔内充入有压力的介质后，则在介质压力p的作用下，O形密封圈发生位移，移向低压侧，且其弹性变形进一步加大，填充和封闭了密封间隙δ。此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为p0+p=pm，从而大大增加了密封效果，如图5-2b所示。当容腔内的介质卸压后（p=0），则由于O形密封圈仍具有初装时的预接触应力p0，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5-2O形密封圈的静密封原理b)承载状态2.用于静密封时的密封原理SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动3.用于往复运动密封时的密封原理O形密封圈在往复运动滑移面上的接触情况，如图5-3所示。此时O形密封圈的动密封作用主要还是依靠其预压缩和加压后作用于耦合面上的接触应力，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5-3O形密封圈的动密封原理SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与气压传动此外，还存在其他复杂情况：当用于液体介质密封时，由于液体的压力、粘度及运动速度等因素的作用，沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层液体膜，如图5-3a所示。这层液体薄膜始终存在着，它亦起一定的密封作用。当滑移面向外伸出时，液体膜随之一起探出，如图5-3b所示。当滑移面缩回时，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，最后形成液滴，从滑移面滴下（见图5-3c）。这就是O形密封圈用于往复运动密封时会产生泄漏的原因。因此，O形密封圈不宜应用于滑移面需频繁往复运动的密封装置中。SchoolofMechanicalEngineering东南大学机械工程学院第五章密封件液压与