液压与气压传动

School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Chapter 5 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 School of Mechanical Engineering 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 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.1 密封 的作用与分类 在 液压 与 气压 传动系统及其元件中 ， 安臵密封装臵和密封元件的 作用 ， 在于防止工作介质的泄漏及外界尘埃和异物的侵入 。 设臵 于 密封装臵中 、 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 School of Mechanical Engineering 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 School of Mechanical Engineering 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）设臵作功元件 ， 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 School of Mechanical Engineering 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。 School of Mechanical Engineering 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 School of Mechanical Engineering 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。 Part 5. 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 。 School of Mechanical Engineering 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。 School of Mechanical Engineering 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+120 School of Mechanical Engineering 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。 School of Mechanical Engineering 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 School of Mechanical Engineering 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 100 650 260 810 315 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 810 430 870 540 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 School of Mechanical Engineering 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 。 Part 5.3 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 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.3.1 O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 5-1 O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 0.0050.3m/s。 用于 旋转运动密封时 ， 仅 限于 低速回转密封装臵 。 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臵中使用较少 。 School of Mechanical Engineering 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 ， 当设备闲臵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 。 School of Mechanical Engineering 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 5-2 O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 School of Mechanical Engineering 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 。 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 5-2 O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 School of Mechanical Engineering 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 5-3 O形密封圈的动密封原理 School of Mechanical Engineering 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臵 中 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 4. 应用 O形密封圈 一般安装在 外圆 或 内圆上截面为矩形的沟槽内 起密封 作用 ， 如 图 5-4所示 。 图 5-4 O形密封圈的安装 a)在外圆的矩形槽内 b)在内圆的矩形槽内 School of Mechanical Engineering 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 良好的密封效果很大程度上取决于 O形密封圈尺寸 与 沟槽尽寸匹配的正确性 ， 世界各国的标准对此都有较严格的 规定 。 密封装臵设计时若 O形密封圈的压缩量选择过小 ， 或 加工沟槽 时公差波动使压缩量趋小 ， 装配后就会引起泄漏；如果 压缩量 选择过大 ， 或 加工沟槽时公差波动使压缩量趋大 ， 则会导致 O 形密封圈橡胶应力松弛而形成泄漏 。 同样 ， 若 装配后 O形密封圈拉伸过度 ， 也会因其过早老化而引 起密封装臵泄漏 。 4. 应用 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 O形密封圈的 拉伸量 和 压缩率 c可按下列公式计算 （ 5-1） （ 5-2） 式中 d2 O形密封圈截面直径； D O形密封内径； D1、 D2、 D3，如 图 5-5（见教材 P232） 所示； h O形密封圈安装空间的高度，即 22 3121 DDDDh 或 dc O形密封圈安装空间的高度，即： 3502 .cc kddk c 系数，一般取 kc=1.251.45。 2 23 2 22 dD dD dD dD 或 c c c 100%dhd School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 O形密封圈的 拉伸量 和 压缩率 的选用范围 ， 见 表 5-5。 表 5-5 O形密封圈的拉伸量和压缩率的选取范围 密封型式 密封介质 拉伸量 /mm 压缩率 c(%) 静密封 液压油 空气 1.031.04 1.01 1525 1525 往复动密封 液压油 空气 1.02 1.01 1217 1217 旋转动密封 液压油 0.951 510 由 表 5-5可知 ， 静密封的压缩率大于动密封 ， 但是其极值应 小于 25%。 否则压缩应力明显松弛 ， 将产生过大的永久变形 。 在 高温 工况 中 ， 尤为严重 。 然而 压缩率也不宜过小 ， 否则当装配部位存 在偏心时就会消失部分压缩量 ， 也会导致泄漏 。 O形密封圈 安装沟槽的宽度 为 O形密封圈直径的 1.31.5倍 ， 即 b=1.31.5d2。 静密封时 ， 压缩量较大 ， 应取大值；往复动密封时 ， 应取小值 ， 旋转动密封时 ， 取 b=1.051.1d2， 并应考虑摩擦生热引 起密封圈内径收缩 ， 从而影响密封质量的问题 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 当被密封的介质 工作压力较高时 ， O形密封圈会因产生弹性变形 而被挤进密封耦合面间的缝隙 ， 引起 密封圈破坏 。 解决方法 : 当 动密封工作压力超过 7MPa或 静密封工作压力大于 32MPa时 ， 应在 O形密封圈 低压侧安臵挡圈 ；若 双向交替受介质压力 ， 则于 密封圈 两侧各加一个挡圈 ， 如 图 5-6所示 。 图 5-6 O形密封圈挡圈的安装 a)单向受压 b) 双向交替受压 在经常承受脉冲压力的密封装臵中 ， 也应采用 挡圈 ， 以防止密封圈异常 损耗 。 挡圈的材料一般为 聚四氟乙 烯树脂 ， 或 尼龙 1010和 尼龙 6等 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.3.2 Y型 密封圈 1. 主要性能 Y形密封圈 的截面呈 Y形 ， 是一种典型的 唇形密封圈 。 按其 截面的高 、 宽比例不同 ， 可分为 宽型 、 窄型 、 Yx型 等几类 若按 两唇的高度是否相等 ， 则可 分为 轴 、 孔通用型的等高唇 Y形密 封圈 和 不等高唇的轴用 Y形密封圈 和 孔用 Y形密形圈 ,如 图 5-7所示 。 图 5-7 Y形密封圈 a)等高唇 b)不等高唇（ Yx型 ） School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Y形密封圈 广泛应用于 往复动密封装臵 中 ， 其使用寿命高于 O形密 封圈 。 工作速度范围：采用丁腈橡胶制作时为 0.010.6m/s；采用 氟橡胶 制作时 ， 为 0.050.3m/s ；采用 聚氨酯橡胶 制作时 ， 则为 0.011m/s。 Y形密封圈的密封性能 、 使用寿命及不用挡圈时的工 作压力极限 ， 都以聚氨酯橡胶材质为佳 。 Y 形密封圈的适用 工作压力不大于 40MPa ， 工作温度为 - 30+80 。 Y形密封圈的 性能特点 ： 1） 密封性能可靠； 2） 摩擦阻力小 ， 运动平稳； 3） 耐压性好 ， 适用压力范围广； 4） 结构简单 ， 价格低廉； 5） 安装方便 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2. 密封原理 Y形密封圈 依靠其张开的唇边贴于密封副耦合面 ， 并呈线状 接触 ， 在介质压力作用下产生 “ 峰值 ” 接触应力 ， 压力越高 ， 应力越大 。 当耦合件以工作速度相对运动时 ， 在 密封唇 与 滑 移耦合面 之间形成一层 密封液膜 ， 从而产生密封作用 。 密封 唇边磨损后 ， 由于介质压力的作用而具有一定的自动补偿能 力 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 图 5-8所示为 带有副唇的轴用 Y形密封圈 。 每次往复运动后 ， 在其 主 、 副唇之间都会残留下微量液体 （ 工作介质 ） 。 随着往复运动 次数的增多 ， 残留液体将充满主 、 副唇之间的空间 ， 形成一个特 殊的 “ 围困区 ” 。 当主唇处于工作状态时 ， 由于 “ 围 困区 ” 内液体不可压缩 ， 其间的压 力 远远高于 小腔内 的工作压力 （ 见 图 5-8） 。 此时 ， 副唇 与 耦合面 的 接触应力 ， 也 远远大于 主唇 与 耦合 面 间的接触应力 。 因而 ， 当轴外伸 图 5-8 带副唇的轴用 Y形密封圈截面 1 副唇 2 主唇 3 小腔 时 迫使 “ 围困区 ” 内的液体压回小腔 ， 从而形成了可靠的密封状 态 ， 提高了 Y形密封圈的密封性能 。 “ 围困区 ” 内的压力越高 ， 则 副唇对耦合面的接触应力越大 ， 密封性能也就越良好 。 p School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 3. 应用 安装 Y形密封圈时 ， 唇口一定要对着压力高的一侧 ， 才能起密封作 用 。 为了防止在高压状态下 ， Y型密封圈的根部因材质塑性变形而被 挤入密封耦合面的间歇，故应控制滑移耦合件间的 配合间隙 的大 小，使其 不超过 表 5-6（见教材 P234） 所规定的 最大值 c，见 图 5- 9a。对于工作压力 大于 16MPa的 Y形密封圈，为保证其使用寿命， 防止密封圈的根部被挤入配合间隙，应在密封圈根部处安装挡圈， 如 图 5-9b所示 。 图 5-9 Y形密封圈的安装 a） 控制间隙 b） 安装挡圈 1 挡圈 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 为了防止 Y形密封圈在往复运动过程中出现翻转 、 扭曲等现象 ， 即 保持其运动平稳性 ， 可在 Y形密封圈的唇口处设臵 支承环 ， 如 图 5-10所示 。 图 5-10 安装支承环的 Y环密封圈 a)单向受压 b)双向受压 支承环上开有 均布的导流小孔 ， 以利于压力介质通过小孔作用到 密封圈唇边上 ， 撑开双唇 ， 保持 Y形密封圈的正确动态姿势 ， 保 证其良好的密封性能 。 对于 宽型 Y形密封圈 ， 其截面的宽度为高度的二倍或二倍以上 。 这 种密封圈不会在沟槽里产生翻转 、 扭曲 ， 可不安装支承环 。 Y形密封圈的尺寸和公差以及 安装密封圈的沟槽尺寸、挡圈 尺寸都已经标准化，系列化， 设计时可查阅有关国家标准。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.3.3 V型 密封圈 1. 主要性能 V形密封圈的截面呈现 V形 ， 也是一种典型的唇形密封圈 。 根据制作的 材料 不同 ， 可分为 纯橡胶 V形密封圈 和 夹织物 （ 夹布橡 胶 ） V形密封圈 等 。 V形密封圈的密封装臵由 压环 、 V形密封圈 和 支承环 三部分组成 ， 如 图 5-11所示 。 图 5-11 V形密形装臵 1 压环 2 V形密封圈 3 支承环 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 V形密封圈主要用于 液压缸活塞 和 活塞杆的往复动密封 ， 其运动摩 擦阻力较 Y形密封圈大 ， 但 密封性能可靠 、 使用寿命长 。 工作速度范围 ：采用 丁腈橡胶 制作时为 0.020.3m/s；采用 夹布橡 胶 制作时为 0.0050.5m/s。 当发生泄漏时 ， 可只调整压环或填片而无须更换密封圈 。 V形密封圈的 最高工作压力 60MPa， 适用工作温度 -30+80 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 V形密封圈的性能特点： 1）耐压性能好，使用寿命长； 2）根据使用压力的高低，可以合理地选择 V形密封圈的数量以满 足密封要求；并可调整压紧力来获得最佳综合效果； 3）根据密封装臵不同的使用要求，可以交替安装不同材质的 V形 密封圈，以获得不同的密封特性和最佳综合效果； 4）维修和更换密封圈方便； 5）密封装臵的轴向尺寸大，摩擦阻力大。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2. 应用 安装 V形密封圈时 ， 同样必须将 密封圈的凹口面向工作介质的 高压一侧 ， 如 图 5-12所示 。 图 5-12 V形密封圈的安装与调整 1 调节螺栓 2 调整垫片 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 应根据 工作压力 合理选择 V形密封圈 组合个数 及 压环 、 支承环 和 调 整垫片 的 材质 ， 见 表 5-7。 表 5-7 V形密封圈组合个数及压环、支承环和调整垫片的材质 压力 /MPa V形密封圈个数及材质 压环 支承环材质 调整垫片材质 丁腈 胶 夹织物丁 腈胶 聚四氟 乙烯 酚醛 树脂 酚醛 树脂 夹织 物 白 铜 不 锈 钢 铝青铜 酚醛树脂 硬铅 白铜 60 3 4 5 5 3 4 4 5 6 6 3 4 5 6 6 注： 可用； 有条件使用； 不可使用； 较佳。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 V形密封装臵中 ， 压环上的 V形槽角度 ， 应与 V形密封圈 完全 吻合 。 压环与密封副耦合面之间 间隙 大小应 严格控制 ， 以防 止 V形密封圈的唇边在介质压力作用下 ， 被挤入间隙而造成 唇边撕裂 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 表 5-8 压环与耦合面之面的间隙值（夹织物 V形密封圈） 孔内径 /mm 直径间隙 /mm 压力 /MPa 21 75 75200 200250 250300 300400 400500 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.07 0.10 0.13 0.15 0.18 0.20 合理的间隙值见 表 5-8。 支承环 与 孔 及 轴面 之间的间隙值一般为 =0.250.4mm。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 为了保持液压缸的运动精度 ， 对 压环 和 支承环的制造精度 要求较 高 。 V形密封圈材质的选用应根据密封装臵的 工作压力 和 工作速度 来进 行 ， 见 表 5-9（ 见教材 P236） 。 夹布橡胶 V形密封圈的 耐压性能 和 耐磨性能 均比纯橡胶 V形密封圈 好 。 而纯橡胶 V密封圈又具有优良的密封性能 。 所以 ， 若 将这两种 不同材质的密封圈 ， 交替组装起来使用 ， 便能充分发挥各自的特 性 ， 获得最佳的密封效果 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 V形密封圈使用一段时间后 唇边 会磨损，为保证其密封性能的持 久性， 须及时调整其压力 。一般 采用 螺栓 /母 或加 调整垫片 来调 整，见 图 5-12。 图 5-12 V形密封圈的安装与调整 1 调节螺栓 2 调整垫片 同样 ， V形密封圈的尺寸系列及公差已有国家标准 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.4 新型 密封件 20世纪 80年代以来开发了一批新型密封件 ， 它们提高了 密 封可靠性 、 运动精度 和 综合性能 ， 有的密封件已颁布了国 家标准 。 本节将介绍几种有代表性的新型密封件 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.4.1 星形 密封圈 1. 主要性能 与 密封原理 星形密封圈 是有四个唇的密封圈。它是 一种 无接缝的圆形环 ，在模具内硫化成 形，其截面近似正方形，如 图 5-13所 示。 星形密封圈在使用和作用上非常像 O形密封圈。但是，它比 O形密封圈具 有 更显著 、 更有效 的密封性能。星形密 封圈的制作材料一般为各种合成橡 胶。 图 5-13 星形密封圈及其 应力分布 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 星形密封圈主要应用在 动密封场合 ，也可用于静密封。 适用于 双 作用往复运动的活塞 、 活塞杆 、 柱塞 等；并且也能在 摆动 、 螺旋 和 旋转工况下适用于轴 和 心轴 等。星形密封圈的工作压力 不大于 40MPa，工作速度 不大于 0.5m/s，工作温度 60+200 （取决 于制作的材质）。对星形密封圈的表面进行特殊减摩处理，能具 有更好的摩擦性能。 星形密封圈是一种由介质压力施力的 双作用密封圈 ，依靠它在 密封耦合面 上的接触应力进行密封见 图 5-13。密 封圈的径向和轴向力取决于 系统工作 压力 。当压力升高时，密封圈的压缩 量相应增加，接触应力也随之增大。 图 5-13 星形密封圈及其 应力分布 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 星形密封圈 与 O形密封圈 相比，有许多 优点 ： 1) 往复 运动时，不会 翻转 、 扭曲 。 2) 由于所需的 径向预缩量小 ，因而 接触应力小 ， 摩擦力也小 。 3) 由于接触应力分布均匀，所以 泄漏小 。 4) 由于密封圈的分型面设在两个唇边之间，因此 飞边不会影响 密封作用 。 5) 在动密封场合，具有 良好的密封效果 ，而且 寿命长 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2. 应用 星形密封圈在动、静密封中的应用实例，如 图 5-14所示。 图 5-14 星形密封圈的应用 当应用于外圆密封时 ，应选择 星形密封圈的 内径 与 安装沟槽 直径 相同或比之略小约 2%。这 样，星形密封圈在沟槽内受到 轻微的预压缩，可防止它产生 倾斜。 当用于内圆密封圈 ，则可在略大 或略小的两者之中，选择一个内 径尺寸与之最为接近的星形密封 圈。 一般， 在静密封场合 ，可选择截 面较小的密封圈；反之 在动密封 场合 ，应选择截面较大的密封 圈。 通常， 压力较高 和 间隙较大时 ， 应选择较高硬度的材料；也可以 选择一般硬度的材料，再安装一 个聚四氟乙烯挡圈，以免密封圈 被挤入间隙。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.4.2 Zurcon-L形密封圈（简称 Z-L密圈） 1. 主要性能 与 密封原理 图 5-15 Z-L密封圈的截面 Z-L密封圈 的截面呈倒 L形，如 图 5-15所 示。主要用于活塞杆的动、静密封。 其制作材料 Zurcon是专门为密封和支 承系统而研制的高性能聚氨酯。 材料的 复合物 、 添加剂 和 硬度 范围很广，从而 可使密封和支承元件对于品种不断增多 的工业流体介质的相容性和性能达到最 佳。 特别有意义的是，按不同成分经过特殊 复合的 注射 和 模压 的 Zurcon聚氨酯 系 列，具有不同的 硬度 、很高的 机械强 度 、 耐磨性 和 抗扯裂强度 ，同时 能和密 封耦合面很好地相适应 ， 很少会产生擦 伤和损坏 ，从而能满足液压与气压传动 系统严酷的特殊要求。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Z-L密封圈的密封唇 经过修整 ，其 接触应力 分布在高压侧的角度较 陡，而在低压侧的角度较平坦，从而保证了活塞杆伸出时粘附在 杆上的极薄液体膜，在活塞杆缩回时返回到高压侧。而且，这种 最佳的应力分布状态在整个工作压力范围内相当稳定。所以，流 体动力回吸性能得到了很好保证。 密封的 预压缩 是由密封圈在 外径处的尺寸过盈 以及在安装时 元件 产生的旋转 所形成的。独特的截面形状使有介质压力作用时，密 封圈变形压向沟槽外壁，且远离密封耦合面间的间隙，避免了密 封圈被挤入间隙的可能。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 1）在整个工作压力范围内具有 流体动力回吸 性能； 2） 静态 和 动态 密封性能均好； 3）密封唇不受压力作用， 摩擦力小 ，因而 减小了摩擦发热 ； 4） 抗挤出性好 ； 5） 耐磨性好 ， 使用寿命长 。 Z-L密封圈 具有如下突出 优点 ： School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2. 应用 Z-L密封圈采用 整体式安装沟槽 ，其尺寸符合 ISO5597标准，且与 Y 形密封圈的沟槽相同。因此，安装非常方便。 Z-L密封圈可以应用在使用 Y形密封圈 的所有场合，例如 叉车 、 农 业机械 、 轻型 和 中型行走机械 、 工业液压系统 、 机床 、 注射机 、 液 压机 等，且能与 Y形密封圈互换使用。 Z-L密封圈的 工作压力不大于 40MPa； 工作速度不大于 0.5m/s； 工作温度 ： -30+80 ； 工作介质 ： 石油基液压油 、 合成液 、 难燃 液 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.4.3 M2型 Turcon-Variseal密封圈 1. 主要性能 与 密封原理 M2型 T-V密封圈 是一种既可用于 外圆密封 ，又可用于 内圆密封 的往 复运动用单作用密封圈。 它由一个 U形外壳和一个 V形不锈钢弹簧 所组成，如 图 5-16所示。 U形外壳的制 作材料为 Turcon。这是一种专门为密封 系统研制的高性能工程热塑性复合物。 图 5-16 M2型 T-V密封圈 1 V形弹簧 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 由于 密封材料 和 弹簧 对各种工作介质都有很好的适应能力，因此 M2型 T-V密封圈 可用在一般液压与气压传动系统，以及其他广泛 的范围，如 化学 、 医药 及 食品 等工业中应用。 在低压或零压时 ，密封圈由 不锈钢弹簧 施力，提供初始密封力。 当系统压力升高时 ，主要密封力由 系统压力 形成，从而保证由零 压到高压都能可靠密封。 M2型 T-V密封圈 的轮廓形状是不对称 的，其密封工作唇具有短而粗的特点，从而降低了摩擦，延长了 寿命。 如果在弹簧处的空腔内填满硅胶 ，则可对密封圈进行消毒处理， 并防止污染物进入，从而实现“ 洁净型 ”密封。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 1）可用于 往复 和 旋转动密封 ； 2） 摩擦因数小 ，精确控制时也 不会产生爬行 ； 3） 耐磨性好 ， 使用寿命长 ； 4） 尺寸稳定性好 ，能承受急剧的温度变化； 5）可以进行消毒， 不会污染食品 和 药剂液体 。 M2型 T-V密封圈 具有如下 优点 ： School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2. 应用 M2型 T-V密封圈 可以安装在 ISO3771标准规定的沟槽内。 M2型 T-V密封圈的 工作压力 ： 动负载时 ， p45MPa； 静负载时 ， p60MPa。 工作速度 ： 往复运动时 ， v1.5m/s； 旋转运动时 ， v1m/s。 工作温度 ： -70 +260 。 M2型 T-V密封圈在活塞和活塞杆上密封的应用实例如 图 5-17所示。 图 5-17 M2型 T-V密封圈的应用 a） 活塞密封 b） 活塞杆密封 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.5 组合式 密封件 组合式密封件 由两个或两个以上元件组成。一部分是 润滑性能 好 、 摩擦因数小 的元件；另一部分是充当 弹性体 的元件，从而大 大改善了综合密封性能。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.5.1 同轴 密封圈 同轴密封圈 是结构与材料全部实施组合形式的往复运动用密封元 件。 它由加了填充材料的 改性聚四氟乙烯滑环 和作为弹性体的 橡 胶环 （如 O形圈 、 矩形圈 、 星形圈 等）组合而成。按其用途可分 为 活塞用同轴密封圈 （格来圈加 O形密封圈）和 活塞杆用同轴密 封圈 （斯特圈加 O形密封圈），其结构形式如 图 5-18所示。 图 5-18 同轴密封圈 a） 活塞用 b） 活塞杆用 1 格来圈 2 O形密封圈 3 斯特圈 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 格来圈 和 斯特圈 都是以 聚四氟乙烯树酯 为基材，按不同使用条件、 配以不同比例的充填材料（如 铜粉 、 石墨 、 碳素纤维 、 石棉 、 二硫 化钼 、 陶土 等）制作而成 。 由于聚四氟乙烯树脂具有自润 滑性能，因此同轴密封圈在各 类往复运动密封圈中，是动摩 擦阻力较小的一种，如 图 5-19 所示。 图 5-19 活塞密封装臵动摩擦阻力比较 1 Y型密封圈 2 V形密封圈 3 同轴密封圈 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 同轴密封圈 利用 O形密封圈 的良好弹性变形性能，通过其预压缩力 将格来圈（或斯特圈）紧贴在密封耦合面上起密封作用。 O形密 封圈不与密封耦合面直接接触，不存在 密封圈翻转 、 扭曲 及 被挤 入间隙 等问题。 1. 特点 1）格来圈和斯特圈具有 极低的摩擦因数（ 0.020.04)，且 动 、 静 摩擦因数变化小 。因此， 运动平稳 ， 无爬行 ； 2） 自润滑性能好 ，与 金属耦合面不易粘着 ； 3） 密封性能良好 ； 4）根据使用条件，可改变聚四氟乙烯树脂充填材料配比和种类， 以获得所需的物理性能。 因此，同轴密封圈具有如下 特点 ： School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2. 应用 同轴密封圈尺寸系列和公差及其安装沟槽形式、尺寸和公差都已 有国家标准，分别是 GB/T15242.1 2001 液压缸活塞和活塞杆 动密封装臵用同轴密封件尺寸系列和公差 和 GB/T15242.3 2001 液压缸活塞和活塞杆动密封装臵用同轴密封圈安装沟槽尺 寸系列和公差 。 同轴密封圈已被广泛应用于中、高压液压缸的往复运动密封装 臵。其适用范围为： 工作压力 不大于 50MPa； 运动速度 不大于 1m/s； 工作温度 -30+120 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 使用同轴密封圈时，密封耦合面 配合间隙 的选择，与工作介质的 压力 高低有关。 为防止格来圈和斯特圈被挤入密封耦合面的间隙中，应严格按标 准规定的要求控制间隙值的大小。 另外，密封性能的优劣也受耦合面 加工精度 和 表面粗糙度 的影 响，应引起足够重视。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.5.2 新型 格来圈 本节将介绍一下两种新型格来圈： T形 Turcon格来圈； HPR型 Turcon格来圈 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.5.2.1 T形 Turcon格来圈 T形 Turcon格来圈 是在保留传统的弹性体施力密封的优良特性基础 上，改进其几何形状方面的弱点，从而可以满足液压缸在负载下精 确定位的要求。它的制作材料为 Turcon。这种新型密封圈的 结构 简单而紧凑 ，且可使 活塞 与 液压缸壁 之间保持较大的间隙 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 T形格来圈的截面形状及其接触应力分布如 图 5-20所示。 1. 特点 格来圈的两个侧面都有 倒角 ，使密封 圈的截面朝着 密封耦合面 逐渐变窄。 截面形状仍然结实而紧凑，且也 不会 减少 因压力产生的最大压缩所需要的 弹性。 T形格来圈 特殊的截面形状 所 具有侧边角度，使其具有一个附加的 自由度，因而密封圈能轻微地倾侧转 动。 图 5-20 T形格来圈的截面形状 及应力分布 1 O形密封圈 2 格来圈 由于密封圈的侧面是斜的 ， 导致密封 圈有所“ 倾侧 ”。这样就可以把最大 压力点移到高压侧密封圈边缘的位臵 （见 图 5-20）。相反，密封圈的低压 侧，出现一个没有压缩或剪切负载的 中间变形区，从而有效地减少了密封 圈被挤入间隙的危险 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 1） 静密封 性能非常好； 2）允许有较大的 配合间隙 ，故可降低加工费用，并能在有污物的 介质中安全使用； 3） 摩擦力小 ， 无爬行 ； 4）可采用 多种材料 ，对工作条件的 适应性强 ； 5）可适用于 最新环保安全的液压液 （生物油）。 T形 Turcon格来圈 具有如下 优点 ： School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2. 应用 T形密封圈的 安装沟漕 形状简单，且沟漕尺寸符合 ISO7425/1标 准，可用于整体式活塞密封。 工作压力 不大于 80MPa； 工作速度 不大于 1.5m/s； 工作温度 -54+200 。应用实例如 图 5-21所示 。 图 5-21 T形格来圈应用实例 1 O形密封圈 2 T形格来圈 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 HPR型 Turcon格来圈 密封装臵以 叠加的方式将 丁腈橡胶弹性体 、 聚 胺酯挡圈 和 Turcon格来圈 组装在 一起，使它在单一的沟槽中得到一 种轻巧的密封结构，且具有极好的 性能，如 图 5-22所示。 Part 5.5.2.2 HPR型 Turcon格来圈 图 5-22 HPR型格来圈的截面形状 及应力分布 1 格来圈 2 弹性体 3 挡圈 p School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 格来圈中 丁腈橡胶弹性体 2为一个 形状匀称的释压环，它在径向对 聚 胺酯挡圈 3和 Turcon格来圈 1施 力。 HPR型 Turcon格来圈密封装 臵作为主密封，具有释压能力，可 防止密封元件间产生困压现象。 当 活塞杆伸出时 ， HPR型格来圈对 下游的支承元件和副密封提供充分 的润滑液膜，格来圈的均匀几何形 状可在活塞杆缩回时产生回吸作 用，从而也控制了润滑的状况。 1. 特点 图 5-22 HPR型格来圈的截面形状 及应力分布 1 格来圈 2 弹性体 3 挡圈 p School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 1） 密封组件轻巧 ， 安装方便 ； 2） 抗挤出能力强 ，可适应较大的配合间隙， 尺寸适应性好 ； 3） 无粘着作用 ，长行程时 工作可靠 ； 4） 抗污染 ，和流体 相容性好 ； 5） 摩擦力小 ， 耐磨性好 ， 性能稳定 ； 6） 具有释压能力 。 这种密封装臵的 优点 是： 2. 应用 HPR型 Turcon格来圈 适用于 液压往复 或 螺旋运动的单向密封 ，采 用整体式沟槽结构。 工作压力 不大于 50MPa； 工作速度 不大于 1.5m/s； 工作温度 -54+135 ； 工作介质 ：石油基液压油、水乙 二醇 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 组合密封垫圈 是由橡胶环和金属环整体粘合硫化而成的密封元件， 如 图 5-23所示。 Part 5.5.3 组合密封垫圈 图 5-23 组合密封垫圈 1 橡胶环 2 金属环 垫圈的 金属外环 起支承作用， 橡胶内环 承受压缩变形后起密封作用。 内环厚度 h 与 外环厚度 s之差为橡胶的压缩量。 组合密封垫圈的 优点 是 密封可靠 ，连接 时的 轴向压紧力小 。承载的流体压力 高，且无需加开密封安装沟漕，因此应 用非常广泛。适用于 工作压力 不大于 100MPa， 工作温度 范围为 -30+200 的静密封 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.6 防尘圈 在液压缸中， 防尘圈 被设臵于 活塞杆 或 柱塞 密封外侧，用以防止 在活塞杆或柱塞运动期间，外界尘埃、砂粒等异物侵入液压缸， 从而引起 密封圈 、 导向环 和 支承环 等的损伤和早期磨损，并污染 工作介质，导致液压元件损坏 。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 Part 5.6.1 普通型 防尘圈 普通型防尘圈呈舌形结构，如 图 5-24所示。分为 有骨架式 和 无骨架 式 两种。 普通型防尘圈只有一个防尘唇 边，其支承部分的 刚性较好 ， 结 构简单 ， 装拆方便 。制作材料一 般为耐磨的 丁腈橡胶 或 聚胺酯橡 胶 。 图 5-24 普通型防尘圈 a） 截面 b） 安装 1 内唇 2 防尘唇 3 防尘圈 4 轴 防尘圈内唇受压时 ，具有密封作 用，并在安装沟槽接触处形成静 密封。 普通型防尘圈 的 工作条件 ： 工作速度 ：不大于 1m/s； 工作温度 ： -30 +110 ； 工作介质 ：石油基液压油和水包 油乳化液。 School of Mechanical Engineering 东南大学机械工程学院 第五章 密封件 液压与气压传动 2型 Turcon防尘圈 包含一个用 Turcon材料制作的防尘圈和一个作 为弹性施力元件的 O形密封圈。防尘圈的截面形状及其接触应力分 布，如 图 5-25所示。 图 5-25 2型 Turcon防尘圈的截面 形状及应力分布 1 防尘圈 2 O形密封圈 O形密封圈的弹性确保防尘唇均 匀地紧贴在滑动表面上，从而使 防尘圈起到了刮尘的作用。 由于 Turcon是一种极为耐磨、并 经过特殊改进的聚四氟乙烯材 料，其固有刚度高，因此防尘圈 即使在苛刻条件下使用也不会变 形。 Part 5.6.2 2型 Turco