第六章-填料密封,填料密封的密封原理

第六章第六章填料密封填料密封PackingSealsPackingSealsMainContentMainContent填料密封的结构及工作原理填料密封的结构及工作原理填料密封的泄露通道填料密封的泄露通道填料密封分类填料密封分类填料函的结构形式填料函的结构形式填料密封的摩擦、磨损与润滑填料密封的摩擦、磨损与润滑软填料密封结构设计软填料密封结构设计填料密封结构填料密封结构填料密封是如何实现密封的？填料密封是如何实现密封的？填料密封是首先将某种软质填料填料密封是首先将某种软质填料11填填塞轴塞轴22与填料函与填料函33的内壁之间，然后的内壁之间，然后预紧压盖预紧压盖44上的螺栓，使填料沿填料上的螺栓，使填料沿填料函轴向压紧，由此产生的轴向压缩变函轴向压紧，由此产生的轴向压缩变形引起填料沿径向内外扩胀，形成其形引起填料沿径向内外扩胀，形成其对轴和填料函内壁表面的贴紧，从而对轴和填料函内壁表面的贴紧，从而阻止内部流体向外泄漏。阻止内部流体向外泄漏。阀门填料泄露阀门填料泄露阀门主要用于控制各种设备及工艺管路阀门主要用于控制各种设备及工艺管路上流体介质的运行，起到全开、全关、上流体介质的运行，起到全开、全关、节流、保安、止回等功能。阀门主要有节流、保安、止回等功能。阀门主要有闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、节流阀、闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、节流阀、隔膜阀、上回阀、安全阀、减压阀、疏隔膜阀、上回阀、安全阀、减压阀、疏水阀等。这里研究的主要是阀杆采用填水阀等。这里研究的主要是阀杆采用填料密封的一类阀门。料密封的一类阀门。截止阀阀杆填料密封示意图填料阀门在使用过程中，阀杆同填料之间存在着相阀门在使用过程中，阀杆同填料之间存在着相对运动。这个运动包括径向转动和轴向移动。对运动。这个运动包括径向转动和轴向移动。在使用过程中，随着开启次数的增加，相对运在使用过程中，随着开启次数的增加，相对运动的次数也随之增多，还有高温、高压、惨透动的次数也随之增多，还有高温、高压、惨透性强的流体介质的影晌，阀门填料处是发生泄性强的流体介质的影晌，阀门填料处是发生泄漏事故较多的部位。漏事故较多的部位。造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏。阀杆与造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏。阀杆与填料间的界面泄漏是由于填料接触压力的逐惭填料间的界面泄漏是由于填料接触压力的逐惭减弱，填料材料自身的老化等因素引起，这时减弱，填料材料自身的老化等因素引起，这时压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙向外泄漏。向外泄漏。安全阀泄露通道泄露通道在预装填料的填料函中、流体可能的泄露通道，与前述的垫片密封相似，主要是：♣穿过软填料材料本身的泄漏♣通过填料与轴外表面的泄露♣填料与填料函内壁表面之间的间隙的泄漏填料材料本身的泄露，一方面由于压缩时软填料被压实，另一方面通过改变填料材料或结构得以减少或杜绝；其次由于工作时填料与填料函内腔无相对运动，因此阻止填料与运动的轴（杆）之间的泄漏或逸散成为填料密封成功的关键．应力特征（１）应力特征（１）如前所述，填料密封是首先将某种软如前所述，填料密封是首先将某种软质填料填塞轴与填料函的内壁之间，质填料填塞轴与填料函的内壁之间，然后预紧压盖上的螺栓，使填料沿填然后预紧压盖上的螺栓，使填料沿填料函轴向压紧，由此产生的轴向压缩料函轴向压紧，由此产生的轴向压缩变形引起填料沿径向内外扩胀，形成变形引起填料沿径向内外扩胀，形成其对轴和填料函内壁表面的贴紧，从其对轴和填料函内壁表面的贴紧，从而阻止内部流体向外泄漏。而阻止内部流体向外泄漏。径向压紧力的分布如图(b)所示，由外端(压盖)向内端，先是急剧递减后趋平缓；介质压力的分布如图(c)所示，由内端逐渐向外端递减，当外端介质压力为零时，则泄漏很少；大于零时，泄漏较大。上述分析表明，填料径向压紧力的分布与介质压力的分布恰恰相反，内端介质压力最大，应给予较大的密封力，而此时填料的径向压紧力恰是最小，故压紧力没有很好地发挥作用。实际应用中，为了获得密封性能，往往增加填料的压紧力，亦即在靠近压盖的2—3圈填料处使径向压紧力最大，当然摩擦力也增大，这就导致填料和轴产生如图所示的异常磨损情况。可见填料密封的受力状况很不合理。另外，整个密封面较长，摩擦面积大，发热量大，摩擦功耗也大，如散热不良，则易加快填料和轴表面的磨损。因此，为了改善摩擦性能，使填料有足够的使用寿命，则允许介质有一定的泄漏量，保证摩擦面上的冷却与润滑。力的分布与计算力的分布与计算((ＰＰ８６８６))1.1.轴向压紧应力轴向压紧应力其中：A是填料函的环形面积，2.2.径向压紧应力径向压紧应力要是填料与填料函之间配合紧密，又假设填料是不可压缩的，那么填料与轴之间的径向应力r等于填料的轴向应力a。可实际填料具有粗糙度的表面，且是可压缩材料，因此r小于a。或写成r＝Ka．K称为侧压系数（也叫填料的柔软性系数），K＜1。K的大小取决于填料的类型、结构和润滑情况。常用K值如下表：3.3.摩擦力摩擦力FF11和和FF22F1是填料和轴之间的摩擦力；F2是填料与填料函之间的摩擦力dxdfFr111dxDfFr222a1r1Ka2r2K其中，其中，f1，f2—填料和轴，填料与填料函之间的摩擦系数；K1，K2—填料和轴，填料与填料函之间的侧压系数；假设所有的填料环是一样的，K和压缩元关。令距离压盖x处填料的轴向应力为sr(x)，取一如dx微元的填料，则该微元的径向接触应力为sr(x)=Ksa(x)。当压紧填料时dx将发生轴向位移，则横过微元的轴向应力差dsa(x)）与填料两侧的摩擦力将保持平衡，因此得平衡方程为：0FF)x(dA21adx)x()DfKdfK()x(d4/)dD(a2211a22将上式积分，取x=0，a=g，则可得到径向接触应力沿填料长度的分布状况，即dx)x()DfKdfK(4/)dD(x)(dax0221122(x)aagdx)dD()DfKdfK(4x)(d)x(1x0222211(x)aaag)dD()DfKdfK(4222211令xx)(ln(x)aag)x(expx)(ga)x(expK)x(Kx)(g1a1rix)(ri)x(expK)x(Kx)(g2a2r0x)(r0于是是填料与轴之间任意x处的径向应力是填料与填料函之间任意x处的径向应力由上面三个公式可得到保证软填料密封所需要的压盖压力为由此可见，密封介质的压力越高，需要的压紧压盖的力也就越大，其大小和填料特性、填料函尺寸等有关。如同其它接触式密封，摩擦同样是影响填料密封的一个突出问题。摩擦力和摩擦力矩的计算如下：当轴回转时，填料与轴摩擦的轴向分量为零（f1=0），仅有填料与填料函内壁的摩擦（f=f2），并假设K=K1=K2，（D+d）/2≈D，有b的公式可得=fk/t。)dxexp(-fKx/tdKf(x)dxdfdFgcrct作用在填料轴向微元上的摩擦力dFt为：dxexp(-fx/t)Kdf(x)dxdfFL0gcrct...)2t/fKL1(LKfd2)]exp(-fKL/t-/f)(x)[1(ftd2d/2FMgc2cg2tt对上式从x=0至x=L积分，得到填料与轴的总摩擦力Ft摩擦力矩为：填料密封分类填料密封分类填料密封依其采用的密封填料的形式分成填料密封依其采用的密封填料的形式分成软填料软填料密封和密封和硬填料硬填料密封，后者主要用于密封，后者主要用于高压、高温、高速下工作的机器或设备。高压、高温、高速下工作的机器或设备。因软填料密封构造简单并容易更换，应用因软填料密封构造简单并容易更换，应用十分普遍，也可作为预密封与硬填料密封十分普遍，也可作为预密封与硬填料密封联合使用，本章仅讲述软填料密封。联合使用，本章仅讲述软填料密封。软填料的种类很多，可以从其功能方面、软填料的种类很多，可以从其功能方面、构造方面和材料方面分类．最常用的有四构造方面和材料方面分类．最常用的有四类：绞合填料、编结填料、塑性填料、金类：绞合填料、编结填料、塑性填料、金属填料。属填料。软填料的分类软填料的分类按功能方面分类按功能方面分类阀门用填料阀门用填料离心泵填料离心泵填料往复压缩机填料往复压缩机填料按材料分类按材料分类橡胶填料橡胶填料天然纤维填料天然纤维填料合成纤维讨论合成纤维讨论金属填料金属填料按加工方法分类按加工方法分类绞合填料绞合填料编结填料编结填料叠层填料叠层填料模压填料模压填料绞合填料和编结填料绞合填料．绞合填料．即把几股石棉线绞合在一起。即把几股石棉线绞合在一起。将它填塞在填料腔内即可起密封作用。它将它填塞在填料腔内即可起密封作用。它的尺寸、股数和长短视需要而定，多用于的尺寸、股数和长短视需要而定，多用于低压蒸汽阀门，很少用于转轴或往复运动低压蒸汽阀门，很少用于转轴或往复运动杆件。但用各种金属箔卷成束再绞合的填杆件。但用各种金属箔卷成束再绞合的填料，涂以石墨，可用于高温、高压阀门。料，涂以石墨，可用于高温、高压阀门。若与其他填料组合．也可用于运动轴。若与其他填料组合．也可用于运动轴。编结填料：编结填料：是以棉、麻以及石棉纤维纺线后编是以棉、麻以及石棉纤维纺线后编结而成，并于其中浸入润滑剂或聚四氟乙烯。由结而成，并于其中浸入润滑剂或聚四氟乙烯。由编结力式的不同，可分为发辫式编结、穿心编结编结力式的不同，可分为发辫式编结、穿心编结和夹心套层编结等多种。和夹心套层编结等多种。编结填料编结填料的材料有多种，配以不同的浸渍剂、润滑剂．编结填料的材料有多种，配以不同的浸渍剂、润滑剂．可适用于多种介质，目前的品种有麻填料、石棉填料和可适用于多种介质，目前的品种有麻填料、石棉填料和聚四氟乙烯填料等，最新的有炭纤维填料。聚四氟乙烯填料等，最新的有炭纤维填料。麻填料麻填料麻的纤维粗，摩擦阻力大，但在水中纤维的强度增大，麻的纤维粗，摩擦阻力大，但在水中纤维的强度增大，柔软性更好、对轴的磨损比石棉填料好，因此可用于淡柔软性更好、对轴的磨损比石棉填料好，因此可用于淡水相海水的密封。麻填料不耐化学品．耐热性也不及石水相海水的密封。麻填料不耐化学品．耐热性也不及石棉填料。棉填料。棉填料棉填料棉纤维比麻纤维软，但它在水中会变得较波，而且会棉纤维比麻纤维软，但它在水中会变得较波，而且会膨胀，因此摩擦力较大。它不耐化学品，但对氨水和氢膨胀，因此摩擦力较大。它不耐化学品，但对氨水和氢氧化钠碱溶液的适应性却不亚于石棉，适用于食品、果氧化钠碱溶液的适应性却不亚于石棉，适用于食品、果汁、浆液等洁净介质的密封。汁、浆液等洁净介质的密封。油浸石棉填料由于石棉的柔软性好、耐热性优异、强度大、耐酸碱和多种化学品等一系列优点，它很适合作密封填料。其缺点是编结后有渗透泄漏，但因其纤维很细、比表面积(单位重量的纤维表面积)大，浸渍油脂和其他润滑刑后能防止渗透泄漏，并能保持良好的润滑性，所以仍是一种价廉物美的密封材料。聚四氟乙烯浸渍石棉填料经聚四氟乙烯浸渍的石棉填料能耐酸碱和多种化学品，使用温度可达－200一260度，摩擦因数小，旦不会因ｐｖ佰过岗而使润滑剂流出，因此有稳定的密封件和较长的使用群命，广泛用于搅拌机、反应槽等转轴的密封和活塞泵、压缩机往复运动活塞杆的密封。塑性填料塑性填料塑性填料是经模具压制成则的填料。它不像编结填料成卷，而是根据轴径大小制成圈形，它有绵状和积层两种型式。绵状填料把纤维与石墨、金属粉、油脂和弹性粘接剂相混合，填人填料腔经压孟比紧使用。它没有固定尺寸，填装不好，往往影响密封性能。为此将它模乐成囱形．再在外层编结一层石棉纱(根据需要也可以用金届丝)。由于这种填料不含润滑剂．所以高压下其体积减小甚微。可用丁高速泵类和高压阀门。积层填料这种填料是在石棉布或帆布的表面上涂敷橡胶，然后一层层地叠合，或者一层层地卷绕，再加热加压成型。最高使用温度可达１２０－１３０度，密封性良好，主要作用于往复泵和阀杆的密封。金属填料金属填料以石棉绳为芯，外层用铝、铅或锡箔带呈螺旋线以石棉绳为芯，外层用铝、铅或锡箔带呈螺旋线多层缠绕而成。箔的表面涂润滑剂，截面压成方多层缠绕而成。箔的表面涂润滑剂，截面压成方形。这种填料的特点是导热性好、耐磨、摩擦性形。这种填料的特点是导热性好、耐磨、摩擦性能稳定、机械强度大、耐波动压力。同时，填料能稳定、机械强度大、耐波动压力。同时，填料是由一根金属带缠绕成的，不存在渗透泄漏问题。是由一根金属带缠绕成的，不存在渗透泄漏问题。但是它需要较大的压缩力，并要求轴上的密封表但是它需要较大的压缩力，并要求轴上的密封表面有足够的硬度面有足够的硬度(HB400(HB400以上以上))，由于填料与轴难，由于填料与轴难于密合，因此容易发生界面泄漏。为此，这种填于密合，因此容易发生界面泄漏。为此，这种填料常与其他纤维填料组合使用。这种填料适于作料常与其他纤维填料组合使用。这种填料适于作高速、高温、高压机械的轴封。在高温条件下，高速、高温、高压机械的轴封。在高温条件下，以用铜合金带缠绕为最佳，其次是铅锡合金。对以用铜合金带缠绕为最佳，其次是铅锡合金。对于高速转轴，则以锡合金力优，依次是铅、铜和于高速转轴，则以锡合金力优，依次是铅、铜和铝，周速可达铝，周速可达2020一一25m25m／／55，主要用于锅炉给水，主要用于锅炉给水泵。泵。填料密封必须具备的条件：填料密封必须具备的条件：有一定的塑性，在压紧力作用下能产生一定有一定的塑性，在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与软接触。的径向力并紧密与软接触。有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面。填料本身不腐蚀密封面。内润滑性能良好，耐磨，摩擦因数小。内润滑性能良好，耐磨，摩擦因数小。轴存在少量偏心时，填料应有足够的浮动弹轴存在少量偏心时，填料应有足够的浮动弹性。性。制造简单，填装方便。制造简单，填装方便。填料函的结构形式填料函的结构形式单填料函单填料函结构是最为简单的填料结构，无需任何辅助装置，适于低温、低压、低真空度的情况，采用棉纱、石棉类填料居多。如图所示。夹套填料函夹套填料函填料外部有夹套通以冷却水或蒸汽，以改善填料的工作条件，对于高温介质或低温易结晶的介质尤为适用。如图所示立式夹套填料函。带液环填料函在填料函中部或底部引入封液，通过液环进入填料两侧，当封液压力大于介质压力0.05-0.1MPa时，便可阻止介质外漏。当设备内为负压时，只须通入0.05-0.1MPa封液，即可阻止空气进入设备内部。在化工转动设备中，本结构形式的填料密封用的较多，液体不仅可堵漏，而且还可对填料进行润滑和冷却。带节流套填料函由二个填料函组成的结构，二箱体之间可以引入封液冲洗液，进行液封、冷却、润滑，也可搜集泄漏液，对于易燃、易爆、有毒、高压气体、液体适用，图中所示的双填料函结构中，可通过主、副填料之间的泄漏量来判断主填料是否需要压紧。浮动的填料函该结构适用于轴和壳体不同心或在转动时摆动、跳动较大的场合，结构中利用弹性或柔软性良好的材料(如橡胶)作过渡体，使函或轴处于浮动状态，补偿壳体和轴的偏心。橡胶橡胶填料密封的摩擦、磨损与润滑填料密封的摩擦、磨损与润滑填料密封是一种接触式密封，与其他密封比较，它的接触面积大、且必须施加压紧力，因此它的摩擦、磨损问题较为突出。摩擦填料密封的摩擦与压盖压力、运行时间、根数和轴表面的粗糙度有关。摩擦力与填料的径向力成正比，但随着运行时间的增长、压紧力会松弛，因而摩擦力会减小，如图所示。摩擦还与填料种类有关，这可以通过它们摩擦还与填料种类有关，这可以通过它们的摩擦因数反映出来。聚四氛乙烯填料与的摩擦因数反映出来。聚四氛乙烯填料与钢的摩擦因数仅为钢的摩擦因数仅为0.040.04，棉填料对钢的摩，棉填料对钢的摩擦因数为擦因数为0.6-0.70.6-0.7，两者相差近，两者相差近2020倍。倍。磨损磨损磨损是填料密封中的一个突出问题。几乎每一磨损是填料密封中的一个突出问题。几乎每一种采用填料密封的机械都为此备有配件，图中是种采用填料密封的机械都为此备有配件，图中是几种填料的磨损对比试验结果。由图看出，碳纤几种填料的磨损对比试验结果。由图看出，碳纤维填料的耐磨性能最好，石棉填料对轴的磨损最维填料的耐磨性能最好，石棉填料对轴的磨损最大，两者相差近大，两者相差近5050倍。但是浸渍聚四氟乙烯的石倍。但是浸渍聚四氟乙烯的石棉填料却十分接近于碳纤维填料，由此可见浸渍棉填料却十分接近于碳纤维填料，由此可见浸渍剂对磨损有很大影响。剂对磨损有很大影响。磨损与填料的装填有很大关系。正常装填磨损与填料的装填有很大关系。正常装填的填料磨损比较均匀，压盖处较大，向内的填料磨损比较均匀，压盖处较大，向内逐渐减小逐渐减小((左图左图))。装填不好的填料．压。装填不好的填料．压盖附近在短时间内即出现很大的磨损，而盖附近在短时间内即出现很大的磨损，而填料深处却毫无磨损现象填料深处却毫无磨损现象((右图右图))。。润滑润滑填料的润滑对填料的寿命和密封性有极填料的润滑对填料的寿命和密封性有极大的影响，并直接影响填料的寿命和密封能力。大的影响，并直接影响填料的寿命和密封能力。大多数编织填料浸渍各种自润滑性和耐温性能大多数编织填料浸渍各种自润滑性和耐温性能好的润滑材料，也有从外部供给或直接利用泄好的润滑材料，也有从外部供给或直接利用泄露液体作为润滑剂。润滑剂在起润滑的同时，露液体作为润滑剂。润滑剂在起润滑的同时，还具有带走摩擦热、减少填料的热磨损功能。还具有带走摩擦热、减少填料的热磨损功能。因此，强制的润滑与冷却在高温、高压、高转因此，强制的润滑与冷却在高温、高压、高转速的工况的泵，反应釜搅拌轴等填料密封中处速的工况的泵，反应釜搅拌轴等填料密封中处于十分重要的地位。于十分重要的地位。软填料密封结构设计（软填料密封结构设计（P89P89））填料的选择、安装和使用（填料的选择、安装和使用（P91P91））成型填料密封成型填料密封FormedPackingSeaFormedPackingSealslsMainMainContentContent成型填料密封的分类成型填料密封的分类OO型圈的工作原理型圈的工作原理OO型圈的挤出现象型圈的挤出现象OO型圈的材料型圈的材料OO形圈密封的沟槽设计形圈密封的沟槽设计定义：成型填料密封泛指用橡胶、塑料、皮革、软金属等模压成型的环状密封圈，塑料及金属成型填料亦可车削成型。工作原理：成型填料是靠填料本身在机械压紧力或介质压力的自紧作用下产生弹塑性变形而堵塞流体泄露通道的。其结构简单，工作参数范围宽广，既可做静密封件，又可作往复、螺旋及旋转等动密封件。成型填料分类成型填料分类按工作特性分类：挤压型密封圈唇形密封圈按材料分类：橡胶塑料皮革金属在各种材料的挤压型密封圈中，橡胶挤压型密封圈的应用最广，其中O型圈的历史最悠久，最典型。唇形密封圈的类型很多，有V形、U形、L形、J形和Y形。OO型密封圈型密封圈O形圈是一种挤压型密封件。工程上最常用的橡胶O形密封圈，其截面为圆形。其形状十分简单，制造容易，成本低廉。它是用金属模具将橡胶热压成型经硫化处理后制成的。对于大尺寸的可以先制成长带，然后根据需要裁成一定长度，再将两端用胶粘接起来。O形圈有良好的密封性，它的使用范围很宽、从1.3310-5的真空，到400MPa的高压(动密封达35MPa)。如果材料选择恰当。使用温度范围可从一60度-200度。OO形圈的密封机理形圈的密封机理用于静密封装置时用于动密封装置时（a）边界油膜的形成（b）液体薄膜与轴一起拉出（c）液体油膜便被密封件阻留在外边，实现装置的密封OO形圈的挤出现象形圈的挤出现象O形圈的自封作用是有限的，当内压过高时，会出现O形圈的“胶料挤出”现象。即密封部位因有间隙存在，受高压作用的O形圈在间隙处会产生应力集中。当其应力达到O形圈的胶料不能承受时．胶料就会被挤出来，形成一道飞边嵌入间隙之中。此时虽然O形圈还能暂时维持密封，但实际已经损坏。挡圈挡圈挡圈的作用在于防止挡圈的作用在于防止OO形圈发生“挤出”现象，提高其形圈发生“挤出”现象，提高其使用压力。如果单向受压，则在承压例用一个挡圈；如使用压力。如果单向受压，则在承压例用一个挡圈；如果双向受压则用两个挡圈果双向受压则用两个挡圈((如图如图))。对于静密封，内压。对于静密封，内压在在32MPa32MPa以下不用挡圈，超过过此值用挡圈。挡圈材料以下不用挡圈，超过过此值用挡圈。挡圈材料—般用聚四氟乙烯和皮革，也有的用尼龙。—般用聚四氟乙烯和皮革，也有的用尼龙。聚四氟乙烯挡圈有下列优点聚四氟乙烯挡圈有下列优点1)1)工作精度高工作精度高;;2)2)耐化学品性能优异耐化学品性能优异;;3)3)无硬化破损现象；无硬化破损现象；4)4)使用温度范围宽；使用温度范围宽；5)5)摩擦力小；摩擦力小；6)6)无吸水性；无吸水性；7)7)在在177℃177℃温度下不发生老化等。温度下不发生老化等。OO形橡胶密封圈的优点形橡胶密封圈的优点密封部位结构简单，安装紧凑，重量较轻。密封部位结构简单，安装紧凑，重量较轻。有自密封作用，往往只用一个密封件便能完有自密封作用，往往只用一个密封件便能完成密封。成密封。密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄漏。用于往复运动时，在往复行程中没有泄漏。用于往复运动时，在往复行程中密封性能不变，泄漏很小，只在速度较高时密封性能不变，泄漏很小，只在速度较高时才有些泄漏。才有些泄漏。运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应。能适应。尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。由于具有上述优点，它广泛用于各类外购。由于具有上述优点，它广泛用于各类机械设备中。机械设备中。OO型圈的材料型圈的材料对对OO形圈的材料有下列要求：形圈的材料有下列要求：♣富有弹性和回弹性富有弹性和回弹性♣有适当的机械强度，包括抗张强度、延伸率有适当的机械强度，包括抗张强度、延伸率和抗撕裂强度和抗撕裂强度♣易加工成型，并能保持精密的尺小。易加工成型，并能保持精密的尺小。♣不腐蚀接触面，不污染介质等。不腐蚀接触面，不污染介质等。显然，橡胶是满足这些条件的合适材料，显然，橡胶是满足这些条件的合适材料，所以世界各国都用各种橡胶来制造所以世界各国都用各种橡胶来制造oo形困。但形困。但是橡胶的品种很多，而且不断有新胶种出现，是橡胶的品种很多，而且不断有新胶种出现，设计者应对它们的特性、价格、来源有所了解，设计者应对它们的特性、价格、来源有所了解，以便合理进行选择。以便合理进行选择。OO型圈的材料选择型圈的材料选择选择选择OO形圈材料，主要考虑下列各点：形圈材料，主要考虑下列各点：♣OO形圈的工作状态指形圈的工作状态指OO形圈用于静密封还是用于动密封，形圈用于静密封还是用于动密封，是滑动还是转动。是滑动还是转动。♣机器的工作状态指机器处于连续工作还是断续工作，机器的工作状态指机器处于连续工作还是断续工作，并应考虑到每次断续时间的长短，是否有冲击载荷作用在并应考虑到每次断续时间的长短，是否有冲击载荷作用在密封部位。密封部位。♣工作介质工作介质是液体还是气体，并考虑其物理和工作介质工作介质是液体还是气体，并考虑其物理和化学特性。化学特性。♣工作压力压力大小，波动幅度和频率以及瞬时出现的工作压力压力大小，波动幅度和频率以及瞬时出现的最大压力等。最大压力等。♣工作温度包括瞬时出现的温度以及热冷交变的温度。工作温度包括瞬时出现的温度以及热冷交变的温度。♣价格与来源等。价格与来源等。一般来说，耐油用丁脂橡胶，耐天候和臭氧用氯丁橡胶，一般来说，耐油用丁脂橡胶，耐天候和臭氧用氯丁橡胶，耐热用丙烯酸酯橡胶或氟橡胶，耐高压、耐磨用聚氨酯橡耐热用丙烯酸酯橡胶或氟橡胶，耐高压、耐磨用聚氨酯橡胶，耐寒同时又耐油用共聚氯醇橡胶等。胶，耐寒同时又耐油用共聚氯醇橡胶等。O形圈的耐寒性：飞机、飞船和飞行器等所用设备中的O形圈是在低温下工作的。为了验证其低温性能，必须进行温度-收缩试验。OO型圈的试验内容型圈的试验内容也称为“TR50／10值”(表示50％伸长、收缩到l0％)。OO形圈的耐热性：形圈的耐热性：OO形圈材料的压缩形圈材料的压缩永久变形率与温度之间的关系。永久变形率与温度之间的关系。同一材料的同一材料的OO形圈，在同一温度下，截形圈，在同一温度下，截面直径大的面直径大的OO形圈压缩永久变形率小。形圈压缩永久变形率小。也就是说，其耐热性较好。例如同是丁也就是说，其耐热性较好。例如同是丁脂橡胶的脂橡胶的OO形圈，截面直径增大至形圈，截面直径增大至12mm12mm时，耐热度可达时，耐热度可达l00l00度，甚至更大。度，甚至更大。OO形圈密封的沟槽设计形圈密封的沟槽设计沟槽设计包括确定槽的形状、尺寸、精度和表沟槽设计包括确定槽的形状、尺寸、精度和表面粗糙度等。以常见的矩形槽为例：面粗糙度等。以常见的矩形槽为例：槽宽：槽形设计的原则是：加工容易，尺寸给定合理，精度容易保证，O形圈装拆较为方便等。常见的槽形为矩形槽，如图所示。槽宽主要从下面三方面考虑：槽宽主要从下面三方面考虑：1)1)槽宽必须大于槽宽必须大于OO形圈压缩变形后的最大直径。形圈压缩变形后的最大直径。2)2)必须考虑到必须考虑到OO形圈由于运动发热引起的膨胀形圈由于运动发热引起的膨胀和介质引起的溶胀。和介质引起的溶胀。3)3)必须保证往复运动时槽内有一定的空间使必须保证往复运动时槽内有一定的空间使OO形圈波动自如。一般认为，形圈波动自如。一般认为，OO形圈的截面面形圈的截面面积至少应占矩形槽截面面积的积至少应占矩形槽截面面积的8585％。在许多％。在许多场合下取槽宽为场合下取槽宽为OO形圈截面直径的形圈截面直径的11．．55倍。倍。槽深槽深槽深是槽深是OO形圈能否良好工作的关键性尺形圈能否良好工作的关键性尺寸，主要取决于寸，主要取决于OO形圈的压缩变形量。通常形圈的压缩变形量。通常推荐使用的压缩变形率最低为推荐使用的压缩变形率最低为88％，最高为％，最高为3030％。对特殊要求低摩擦的场合，最低可取％。对特殊要求低摩擦的场合，最低可取55％。％。当密封面粗糙度欠佳时，最高可取到当密封面粗糙度欠佳时，最高可取到4040％。％。槽口及槽底圆角尺寸槽口及槽底圆角尺寸如图所示，内压作用后，如图所示，内压作用后，OO形圈开始靠紧左壁，在形圈开始靠紧左壁，在AA角上出现一个小的封闭区。随后在高压的作用下，角上出现一个小的封闭区。随后在高压的作用下，OO形圈把形圈把AA区的油挤往区的油挤往BB区。如果内压是波动的，则槽区。如果内压是波动的，则槽内出现频繁的挤油过程，槽内的工作极为紊乱，内出现频繁的挤油过程，槽内的工作极为紊乱，OO形形圈容易发生挤出现象。所以槽底的圆角似乎大一些好。圈容易发生挤出现象。所以槽底的圆角似乎大一些好。但是，槽底圆角太大时，也容易发生“挤出”现象，但是，槽底圆角太大时，也容易发生“挤出”现象，并使挡圈不能稳定安放。并使挡圈不能稳定安放。槽底的圆角主要是为了避免该处产生应力集中而设计的，同时糟底加工过程中无圆角时刀具很容易磨损或断裂。所以其大小要适宜，根据使用经验圆角半径可取0.2-0.5mm。槽口处的圆角是为了防止O形圈装配时刮伤而设计的。因为O形圈快到槽口时，由于其收缩力作用，它很快滑如槽内，如槽口无圆角，锋利的棱角很容易刮伤O形圈。但因角太大时也容易使O形圈发生“挤出”现象，所以一般半径取得很小，仅0.1-0.2mm。槽壁粗糙度槽壁粗糙度静密封用静密封用OO形圈工作过程中不运动，所形圈工作过程中不运动，所以槽壁的粗糙度用以槽壁的粗糙度用RaRa＝＝6.3-3.2um6.3-3.2um；对于往；对于往复运动用复运动用OO形圈，因常在槽内滚动，槽壁与槽形圈，因常在槽内滚动，槽壁与槽底的粗糙度应当低—些，要求在底的粗糙度应当低—些，要求在RaRa＝＝1.6um1.6um以下；旋转运动的以下；旋转运动的OO形圈一段是静止的，要求形圈一段是静止的，要求轴的粗糙度轴的粗糙度RaRa＝＝0.4um0.4um或者抛光。或者抛光。间隙间隙往复运动的活塞与缸壁之间必须有间隙，其大小与介质工作压力和O形圈材料的硬度有关。一般内压越大，间隙越小；硬度越大，间隙越大。其关系见图。当间隙值在曲线的左下方时，将不发生“挤出”现象。其它挤压形密封圈其它挤压形密封圈DD形密封圈：形密封圈：为克服为克服OO形圈在沟槽中滚动扭曲而设计形圈在沟槽中滚动扭曲而设计的。的。DD形圈在沟槽中的位置稳定，无滚动扭曲现象。形圈在沟槽中的位置稳定，无滚动扭曲现象。TT形密封圈：形密封圈：在沟槽中的位置稳定，无滚动扭曲。采在沟槽中的位置稳定，无滚动扭曲。采用用5%5%的压缩率即能密封。耐震动，摩擦阻力小。的压缩率即能密封。耐震动，摩擦阻力小。X形密封圈：相对于两个O形圈重叠，在沟槽中的位置稳定，无滚动扭曲。采用1%的沟槽压缩率即能密封。可用于往复和震动条件。摩擦阻力小。OO形圈的安装结构形圈的安装结构OO形圈具有双向密封能力，可作为静密封件形圈具有双向密封能力，可作为静密封件和动密封件，其安装结构如图和动密封件，其安装结构如图::VV形密封圈形密封圈VV形密封圈作为一种唇形密封圈，它主要用于往复运形密封圈作为一种唇形密封圈，它主要用于往复运动，作活塞或活塞杆的密封，很少用于转动中或作静密动，作活塞或活塞杆的密封，很少用于转动中或作静密封。封。VV形密封圈绝大部分是与压环和支承环组合使用形密封圈绝大部分是与压环和支承环组合使用((图图))。压环和支承环一般是由较硬的胶布压制，但支。压环和支承环一般是由较硬的胶布压制，但支承环有时也用硬质塑料压制，中间的密封圈由丁脂橡胶承环有时也用硬质塑料压制，中间的密封圈由丁脂橡胶等压制。等压制。VV形圈的密封机理形圈的密封机理VV形密封圈有下列特点：形密封圈有下列特点：密封性能良好；密封性能良好；允许一定的偏心载荷和偏心运动；允许一定的偏心载荷和偏心运动；可以多圈重叠使用，并通过调节压紧力来获可以多圈重叠使用，并通过调节压紧力来获得最佳密封效；得最佳密封效；耐冲击压力和振动压力；耐冲击压力和振动压力；当填料不能从轴向装入时，可以开切口使用，当填料不能从轴向装入时，可以开切口使用，只要安装时将切口互相错开，不影响密封效果。只要安装时将切口互相错开，不影响密封效果。其缺点是摩擦阻力较其他成型填料的大。其缺点是摩擦阻力较其他成型填料的大。VV形密封圈材料形密封圈材料VV形圈的材料也可用于其他唇形密封圈。有形圈的材料也可用于其他唇形密封圈。有皮革、橡胶、夹织物橡胶和聚四氟乙烯。皮革、橡胶、夹织物橡胶和聚四氟乙烯。其它唇形密封圈其它唇形密封圈UU形密封圈：形密封圈：类似于类似于VV形圈，填装一个即能密封。摩形圈，填装一个即能密封。摩擦阻力小。擦阻力小。YY形密封圈：形密封圈：在沟槽中的位置稳定，抗根部磨损能力较在沟槽中的位置稳定，抗根部磨损能力较强。密封机理与强。密封机理与VV形相同，但后者有压盖压紧作用。形相同，但后者有压盖压紧作用。J形密封圈：仅适用于中低压往复运动或低压旋转运仅适用于中低压往复运动或低压旋转运动条件。即可作密封件，也可作防尘件。仅能密封动条件。即可作密封件，也可作防尘件。仅能密封轴。轴。油封油封油封，即润滑油的密封。是一种唇形密封。它常油封，即润滑油的密封。是一种唇形密封。它常用于各种机械的轴承处，特别是滚动轴承部位。用于各种机械的轴承处，特别是滚动轴承部位。其功能在于把油腔和外界隔离、对内封油，对外其功能在于把油腔和外界隔离、对内封油，对外封尘。封尘。油封与其他唇形密封不同之处在于具有回弹能油封与其他唇形密封不同之处在于具有回弹能力更大的唇部，密封接触面宽度很窄力更大的唇部，密封接触面宽度很窄((约为约为0.5m0.5mm)m)且接触应力的分布图形呈尖角形。如下图所示且接触应力的分布图形呈尖角形。如下图所示为油封的典型结构及唇口接触应力示意图。油封为油封的典型结构及唇口接触应力示意图。油封的截面形状及箍紧弹簧，使唇口对轴具有较好的的截面形状及箍紧弹簧，使唇口对轴具有较好的追随补偿性。因此．油封能以较小的唇口径向力追随补偿性。因此．油封能以较小的唇口径向力获得良好的密封效果。获得良好的密封效果。油封的密封机理油封的密封机理油封的密封机理是油封唇口与轴接触面之间油封的密封机理是油封唇口与轴接触面之间存在着一层很簿的粘附油膜存在着一层很簿的粘附油膜((如图如图))。这层油膜。这层油膜的存在，一方面可以起到密封流体介质的作用．的存在，一方面可以起到密封流体介质的作用．另一方面还可以起到唇与轴之间的润滑作用。另一方面还可以起到唇与轴之间的润滑作用。油封与其他密封比较有以下优点：油封与其他密封比较有以下优点：♣油封重量轻，耗材少。每种油封都是薄壁的金油封重量轻，耗材少。每种油封都是薄壁的金属件与橡胶件的组合，其材料耗费极少，其重属件与橡胶件的组合，其材料耗费极少，其重量很轻。量很轻。♣油封的安装位置小，轴向尺寸小，容易加工。油封的安装位置小，轴向尺寸小，容易加工。♣密封性能好，使用寿命较长，对机器的振动和密封性能好，使用寿命较长，对机器的振动和主轴的偏心都有一定的适应性。主轴的偏心都有一定的适应性。♣拆卸容易，检修方便。拆卸容易，检修方便。♣价格便宜。价格便宜。油封的缺点在于不能承受高压，所以油封的缺点在于不能承受高压，所以只能作轴承润滑油的密封，很少作其他密封。只能作轴承润滑油的密封，很少作其他密封。油封的结构油封的结构油封的结构有油封的结构有44种型式，即粘接结构、装配结种型式，即粘接结构、装配结构、骨架结构和全胶结构。构、骨架结构和全胶结构。粘接结构：粘接结构：该结构特点是橡胶部分和金属骨该结构特点是橡胶部分和金属骨架可以分别加工制造，再用胶粘接在一起成为架可以分别加工制造，再用胶粘接在一起成为外露骨架型。制造简单，价格便宜。它们的截外露骨架型。制造简单，价格便宜。它们的截面形状如图所示。面形状如图所示。装配油封：装配油封：它是把橡胶唇部、金属骨架和弹簧圈三者它是把橡胶唇部、金属骨架和弹簧圈三者装配起来而组成油封。它有内外骨架把橡胶唇部夹紧。装配起来而组成油封。它有内外骨架把橡胶唇部夹紧。通常还有一挡板，以防弹簧脱出。通常还有一挡板，以防弹簧脱出。橡胶包骨架结构：橡胶包骨架结构：它是把冲压好的金属骨架包在橡它是把冲压好的金属骨架包在橡胶之中成为内包骨架型。其制造工艺复杂，但刚度好，胶之中成为内包骨架型。其制造工艺复杂，但刚度好，易装配，且对钢板材料要求不高。易装配，且对钢板材料要求不高。全胶结构：全胶结构：这种油封无骨架，有的甚至无弹这种油封无骨架，有的甚至无弹簧。整体由橡胶模压成型。这类油封刚度差，簧。整体由橡胶模压成型。这类油封刚度差，易产生塑性变形。但是它可以切口使用，这易产生塑性变形。但是它可以切口使用，这对于不能从轴端装入而又必须用油封的部位对于不能从轴端装入而又必须用油封的部位是仅有的一种型式。是仅有的一种型式。油封材料油封材料♣最早使用的是皮革。鞣制良好的皮革，质地柔软，富有弹性，耐油性能良好，使用广泛。但是，皮革的加工质量不稳定是其主要缺点，所以自40年代出现耐油和耐磨性能良好的合成橡胶后，它逐渐被代替。现在的油封材料主要是各种橡胶。♣鉴于油封处于大气和油的环境中．所以要求材料的耐油性和耐大气老化性能良好。同时它常遇灰坐和泥水，且有很高的转速、因此要求耐磨性和耐热性。♣此外，油封还用到骨架材料和弹簧材料。前者常用热轧钢板或钢带，只有海水及腐蚀介质场合才用不锈钢板。后者一般用弹簧钢丝或不锈钢丝等。影响油封密封的因素影响油封密封的因素橡胶品种对油封性能的影响橡胶品种对油封性能的影响润滑油对油封性能的影响润滑油对油封性能的影响润滑油添加剂的影响润滑油添加剂的影响变质油的影响变质油的影响轴表面粗糙度的影响轴表面粗糙度的影响装配的影响装配的影响转子振动的影响转子振动的影响偏心的影响偏心的影响温度的影响温度的影响材料的影响润滑油的影响结构的影响环境的影响防尘密封防尘密封油封可用作防尘密封件使用。但是在粉末油封可用作防尘密封件使用。但是在粉末严重或是为了保护具他密封件时，常常使严重或是为了保护具他密封件时，常常使用专门的防尘密封。用专门的防尘密封。防尘密封的材料，油压机械多用橡胶，气防尘密封的材料，油压机械多用橡胶，气压机械多用毛毡压机械多用毛毡((方形或梯形方形或梯形))；飞机和；飞机和寒带工作的油缸为了对付活塞杆外部结冰寒带工作的油缸为了对付活塞杆外部结冰而用金属；化工行业为防止活塞杆上的粘而用金属；化工行业为防止活塞杆上的粘着物也用金届着物也用金届((如图下所示橡胶和金属防如图下所示橡胶和金属防尘密封）。尘密封）。防尘密封机理防尘密封机理方形或梯形防尘圈在密封机理上属于填料方形或梯形防尘圈在密封机理上属于填料密封。防尘能力与接触的紧密程度有关，密封。防尘能力与接触的紧密程度有关，接触越紧防尘能力越好，但摩擦阻力越大。接触越紧防尘能力越好，但摩擦阻力越大。楔形防尘圈实际上与唇形圈无区别，它依楔形防尘圈实际上与唇形圈无区别，它依靠唇尖的接触力刮去尘埃和污垢。其摩擦靠唇尖的接触力刮去尘埃和污垢。其摩擦阻力小，但唇尖与轴表面的夹角对密封性阻力小，但唇尖与轴表面的夹角对密封性和磨损有很大的影响。和磨损有很大的影响。防尘密封结构防尘密封结构中国的标准防尘密封有中国的标准防尘密封有33种；种；AA型、型、BB型型和和cc型，适用于安装在往复运动液压缸活型，适用于安装在往复运动液压缸活塞杆导向套上起防尘和密封作用。塞杆导向套上起防尘和密封作用。AA型密封结构：型密封结构：这是一种普通的防尘圈，它这是一种普通的防尘圈，它是由高硬度材料压制的，可由橡胶或橡塑是由高硬度材料压制的，可由橡胶或橡塑并用材料制成，其弹性要求适合于除尘并并用材料制成，其弹性要求适合于除尘并具有良好的耐磨性和耐老化特性。具有良好的耐磨性和耐老化特性。BB型密封结构型密封结构：该结构的防尘圈也是普通类：该结构的防尘圈也是普通类型，使用情况与型，使用情况与AA型相同，仅只是在防尘型相同，仅只是在防尘围底部和外表面增加一个金属骨架。由于围底部和外表面增加一个金属骨架。由于金属骨架的关系，这类防尘圈只能压紧在金属骨架的关系，这类防尘圈只能压紧在开口的缸套中。开口的缸套中。CC型密封结构：型密封结构：CC型密封结构的组合型防尘圈，弹型密封结构的组合型防尘圈，弹性密封件是由丁脂橡胶胶料模压而成。它们可用于性密封件是由丁脂橡胶胶料模压而成。它们可用于长冲程和高速的条件下，能控制油膜。橡胶圈内部长冲程和高速的条件下，能控制油膜。橡胶圈内部有一个硬质的具有高刚性密封唇，能使活塞扦上的有一个硬质的具有高刚性密封唇，能使活塞扦上的粘结的尘土和冻霜刮去。外部还有一个弹性的密封粘结的尘土和冻霜刮去。外部还有一个弹性的密封唇，当活塞杆完全伸出时它能将油膜刮至主密封旁唇，当活塞杆完全伸出时它能将油膜刮至主密封旁边流走。边流走。橡胶防尘密封图的标记橡胶防尘密封图的标记