1、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

2、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。 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。 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。 二、密封結構的材料 可用于密封的材料種類和形

3、式很多，需合理選用。 選擇密封材料的主要因素包括： 產品的特點（如工作溫度、接觸介質、運動狀況等） 密封的要求（可靠性、耐久性等） 密封方式，維護維修（裝拆方便性、互換性、頻繁程度等） 加工、制造工藝性和成本因素等 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

4、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。 機械設備、液壓系統 等使用的螺紋連接的 密塞、管接頭也使用 墊片密封，如圖5-2

5、所 示。圖5-2（a）圖5- 2（c）用非金屬軟墊 片，墊片在緊螺紋時 易變形，用于低壓場 合。圖5-2（d）、圖 5-2（e）用非金屬軟 墊片時，適用于低 壓，用金屬墊片可用 于高壓場合。圖5-2 （f）用金屬錐形墊 片，適用于高壓管 道，壓力可達250MP。 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

6、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5-5為非金屬 O形圈密封常用 結構。 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

7、用越大。 圖5-7為幾種自 緊密封結構。 如圖5-8所示，螺 紋連接密封一般 需在螺紋處放置 密封膠、麻線或 聚四氟乙烯生料 帶等提高密封效 果，常用于水暖 管件連接。 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。 二、唇形圈密封 唇形圈因截面形狀呈純狀而得名。如圖5-

8、11所示，一般唇形圈 都帶有金屬骨架和螺旋彈簧，起自緊作用。唇形圈為系列化產 品，有各種截面和結構形式，尺寸系列可在設計手冊中查到， 圖5-11為常見的唇形圈類型。唇形圈主要用于旋轉軸的密封， 特別是機械內采用液體油脂方式潤滑的場合，密封效果好，俗 稱油封。 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。 三、成型圈密封 成型圈密封外觀上與唇形圈相似，但一般沒有骨架且用途與唇形圈大小不相同。圖5-14為 常見成型密封圈的結構類型，一般成型密封圈按其截面形狀命名，如V形圈、Y形圈、U形 圈、L形圈等。 成型密封圈常用材料為合成橡膠、夾

9、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?？蓡蝹€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 。 圖5-16為采用V形圈密封活塞的典型結構。 圖5-17圖5-19分 別為U形圈、L形 圈、J形圈用于液 壓缸活塞或活塞 桿密封的典型應 用結構。 四、非接觸密封 是利用特殊

10、 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。 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。 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為的幾種結構。圖5-25（a簡單，使用壓力2050MPa；圖5-25（b）度 要求不高，預緊力小，具有自緊密封作用