第五章、密封結構設計5.1概述5.2靜密封結構5.3動密封結構5.4特殊密封結構5.1、概述一、密封結構的功能與種類

密封結構的作用是造成一個相當封閉的空間。對不同的產品，密封的功能和要求不同。對于依靠封閉實現功能或進行、完成工作的產品，密封結構的主要功能是保證產品可靠工作、實現產品設計功能和效率。如液壓、氣壓系統、發動機、空壓機等的密封。通常這類產品對密封的要求較高。對于容納、儲存、傳輸物料的產品，密封的主要功能是防止泄露。如冰箱門、打印機墨盒、暖氣片、輸油管道、燃氣輸送系統等的密封。此類產品的密封要求主要取決于泄露造成的影響程度，泄露影響越大，密封要求越高。密封的方法很多，可以按密封材料、工藝、結構特征、效果等劃分。由于產品的密封結構通常都是在結合面上，通常按密封結構的運動狀態，將密封結構劃分為靜密封和東密封兩種。靜密封指在相對靜止的結合面上的密封結構。靜密封主要用于各種固定連接處，需要以一定的壓力密合保持密封效果。靜密封又可按具體實施方式與方法分為墊片密封、填料密封、膠密封、螺紋密封、管箍密封、自緊密封等。動密封指運動接觸面間的密封，典型例子就是活塞與缸筒之間的密封。動密封的方法很多，按密封狀態可分為接觸密封、無接觸密封等；按實施方式和結構特點，可分為填料密封、機械密封、動力密封、迷宮密封等。密封材料常用以下幾種：金屬：銅墊片、鋼墊片（沖壓成型，用于發動機缸體等密封），純銅墊（液壓系統的靜密封）。聚四氟乙烯：成型件主要用于重要的閥門等；生料帶，用于水暖管、燃氣管道接頭等螺紋密封。橡膠：用于水截門、低壓無腐蝕管道對接頭等密封。密封圈：有O形圈、V形圈、Y形圈、唇形圈等，由橡膠、聚氨酯等制成，標準化零件，廣泛用于液壓、氣動系統的動、靜密封。毛氈：機械系統油封等。密封膠：有環氧樹脂、酚醛樹脂、氯丁膠等，按連接材料和密封要求選用。5.2、靜密封結構一、墊片密封

在密封結合面間夾入金屬或非金屬墊片，實現密封。墊片密封需要一定的壓力施加在墊片上，使墊片變形后充滿間隙。墊片密封通常用螺紋緊固件施加預緊力，機械結構上采用法蘭形式較簡單、有效。圖5-1為常用的法蘭連接墊片密封結構形式。其中，圖5-1（a）~圖5-1（d）的墊片為非金屬軟墊片，適于設備和管道連接密封，墊片面積大，法蘭受力均勻，但需螺栓預緊力大。圖5-1（e）采用金屬墊，主要用于壓力管道連接接頭。二、填料密封填料密封使用橡膠等柔軟材料，通過擠壓變形填充密封間隙。圖5-3為幾種填料密封結構。圖5-3（a）用于可拆剛性管連接密封，密封位置可調；圖5-3（b）與螺紋連接密封聯合使用，用于不重要、小管徑密封；圖5-3（c）允許管道接頭軸向伸縮，用于非重要的管道連接密封。圖5-4為兩種可用于重要管道連接的填料密封結構，如啤酒、飲料、化工原料生產設備的輸送管道等。三、O形圈密封O形圈有系列化產品供應，使用方便。O形圈的材料有多種，耐油橡膠材料制品最常見。此外還有聚氨酯、聚四氟乙烯和金屬等制成的。圖5-6為金屬O形圈密封的常用結構。

金屬O形圈分為充氣式和自緊式兩種。充氣式為在環內充惰性氣體，可增加環內的回彈力，用于高溫場合。自緊式是在環的內側圓周上制有若干小孔，介質進入環內使環具有自緊性，用于高壓場合。金屬O形圈密封性能優良，適于高溫、高壓、高真空和低溫等條件。四、其他密封結構自緊密封依靠介質壓力增加密封性，壓力越大，對密封件的作用越大。圖5-7為幾種自緊密封結構。研合面密封指依靠結合面精密研配消除間隙，再通過螺栓等施加壓力形成密封的結構，如圖5-9所示，常用于不能用墊片密封的場合。5.3、動密封結構

一、毛氈密封毛氈密封主要用于伸出的機械旋轉轉軸軸承蓋內、滑動部件與導軌接合的裸露端部等，起保護作用。毛氈密封結構簡單，成本低，但容易臟污失效，不適于高速場合。圖5-10為毛氈密封用于軸承蓋的幾種結構。圖5-12為唇形圈安裝時的要求，根據具體使用場合，條件可以有變化。圖5-13為幾個唇形圈使用圖例。成型密封圈常用材料為合成橡膠、夾布橡膠、合成塑料等，也可用皮革、鋁、銅、不銹鋼制作，一般采用模壓成型，塑料、金屬制密封圈也可以采用機加工成型。成型密封圈主要用于液壓缸、氣缸等的活塞桿、活塞的動密封，分別用于密封軸和孔。可單個使用，也可成組使用，結構簡單、摩擦阻力小。成型密封圈內、外徑尺寸有一定余量，安裝后產生一定變形，并可借助介質的壓力形成自緊密封。軸用和孔用成型密封圈的安裝結構有所不同。圖5-15為采用V形圈密封活塞桿的典型結構。四、非接觸密封浮動環密封是利用特殊結構形成油膜阻隔區實現氣箱隔離，主要用于壓縮機的軸密封，圖5-20為浮動環密封的工作原理示意圖。離心密封是利用轉子高速旋轉時帶動液體產生的離心力將液體甩出從而形成阻隔區，達到密封目的。圖5-21為三種不同結構形式的離心密封。干氣密封是在密封面間利用空氣形成一特殊的阻隔區，達到密封目的，主要用于旋轉式空壓機的軸封，圖5-22為干氣密封的工作原理。5.4、特殊密封結構產品的密封要求服務于其功能需要，特殊用途的產品有特殊的密封要求。下面結合特定需要和產品介紹幾種密封結構。圖5-23的結構稱為鐵磁流體密封。鐵磁性超細微粒在低揮發度的液體中構成穩定的膠體溶液，即鐵磁流體。鐵磁流體在密封間隙中受磁場作用，形成強韌的液體膜，阻止泄漏。鐵磁流體為液體，對旋轉軸無摩擦。鐵磁流體密封用于高速、高真空等密封場合。圖5-24為三種特殊的管道密封結構。圖5-24（a）結構簡單、密封可靠，適用于快速裝拆場合使用；圖5-24（b）通過螺母和錐面將連接管擴口連于錐面，適于液壓系統等薄壁金屬管連接；圖5-24（c）用球頭管套實現管子連接，允許兩管不同軸線的連接及連接位置相對偏移。圖5-25為高壓容器密封的幾種結構。圖5-25（a簡單，使用壓力20~50MPa；圖5-25（b）度要求不高，預緊力小，具有自緊密封作用，使用壓力200MPa；圖5-25（c簡單，有自緊密封作用，裝拆方便。