液压与气压传动-第6章

6.1密封概述生物中的密封以隔膜、蝶形瓣膜或血液的凝固等各种形式实现，这些机理可归为静密封“技术”。目前高速发展的密封技术，使得机械设备可以实现旋转和往复式运动。密封以润滑、摩擦、磨损、传热、材料性质和机械设计等原理为基础，逐渐发展成为一门系统的专业技术，O形密封圈如图6-3,图6-4所示。

1.密封的作用及其意义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起到的是防止工作介质的泄漏及外界尘埃和异物侵入的作用。密封件指的是设置于密封装置中、起密封作用的元件。下一页返回6.1密封概述液压与气压传动系统中，系统及元件的容腔内流动或暂存的工作介质，由于压力、间隙、黏度等因素的变化，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。泄漏分为内泄漏和外泄漏两类。在系统或元件内部工作介质由高压腔向低压腔的泄漏称为内泄漏;由系统或元件内部向外界的泄漏称为外泄漏。而泄漏量则是单位时间内泄漏的工作介质的体积。对于工作中的液压传动系统，内泄漏会导致系统容积效率急剧下降，达不到所需的工作压力，设备无法正常运作;外泄漏会造成工作介质浪费和环境污染，甚至引发设备操作失灵和人身事故。对于气压传动系统，压缩空气作为其工作介质，由于工作压力不高，因此气体的泄漏问题往往得不到应有的重视。上一页下一页返回6.1密封概述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。2.密封的分类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。消除或减小任一因素都可以阻止或减小泄漏。因此，密封通常有如下几种方法:(1)切断泄漏通道;(2)增加泄漏通道中的阻力;(3)封住结合面的间隙;(4)设置做功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或平衡泄漏通道的压力差。上一页下一页返回6.1密封概述密封分类有多种方法，根据被密封部位的耦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。另外按照密封件的工作压力、制作材料、结构形式和密封原理等还可进一步细分。密封的分类见表6-1。上一页返回6.2密封材料

1.密封件材料要求密封件材料应满足密封功能的要求。由于被密封时不同的工作介质以及不同的设备工作条件，密封件材料应具有不同的适应性。密封件材料的一般要求是:(1)摩擦因数小，耐磨性好;(2)材料密实，不易泄漏工作介质;(3)压缩性和复原性好，永久变形小;(4)加工性能好，价格低廉;(5)耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长;(6)与密封面贴合的柔软性和弹性好;下一页返回6.2密封材料(7)对工作介质有良好的适应性和稳定性;(8)有适当的机械强度和硬度，受工作介质的影响小;(9)温度适应性好，高温下不软化、不分解，低温下不硬化，不脆裂;(10)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。

2.常用橡胶密封材料比较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，在选用时不仅必须满足上述使用要求，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适用温度范围见表6-2。上一页下一页返回6.2密封材料

3.常用合成树脂密封材料使用最多的常用合成树脂是聚四氟乙烯树脂。改善和提高其综合物理化学性能，扩大它的使用范围的途径是在聚四氟乙烯树脂中掺入不同的充填材料。因此，聚四氟乙烯树脂密封材料可适用石油基液压油、水一油乳化液、水一乙二醇基液压油、磷酸酯基液压油等工作介质的密封。常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围见表6-3。4.常用金属密封材料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6-4。上一页返回6.3常用密封件除间隙密封外，密封都是利用密封件使耦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、黏度、相对分子质量等。接触式动密封中的压紧型密封，是通过由预压缩力和介质压力产生的压紧力，在密封件与耦合面之间形成接触压力，介质压力越高，接触压力越大，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力进行初步密封，在介质压力作用下，撑开密封件唇边，使之进一步紧贴耦合表面，其接触压力也随介质压力的增加而增大，从而达到自密封。下一页返回6.3常用密封件1.O形密封圈(1)主要性能如图6-4所示，O形密封圈其整体为一个圆环形，而横截面为实心圆形，其材料主要为丁睛橡胶或氟橡胶，是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。它主要用于静密封与滑动密封，使用速度范围一般为0.005~0.3m/s。旋转密封用得较少，仅限于低速使用。其优点是密封性能好，静密封可达到近似理想的零泄漏，结构简单，拆装方便，动摩擦阻力较小，单件O形密封圈可起到双向密封效果，密封可靠，动静密封均可使用，寿命长，价格低廉。上一页下一页返回6.3常用密封件其不足之处在于做动密封时，当设备闲置过久再次启动时，O形密封圈的摩擦阻力会因与密封副耦合面的黏附而陡增，启动摩擦阻力较大，并出现蠕动现象，不适合高速运动，尤其是高旋转运动的密封。(2)用于静密封的密封原理如图6-5所示，当O形密封圈在密封槽内工作时，因为承受接触压缩应力，截面会产生弹性变形。1)如图6-5所示，在没有介质压力的时候，在自身弹力作用下，O形密封圈会对接触面产生预接触应力p0，实现初始密封。2)如图6-5(b)所示，在密封容腔内充入压力介质时，O形密封圈会由于介质压力p的作用而产生位移，向低压侧移动，并且其弹性变形增大，因而填充了密封间隙。上一页下一页返回6.3常用密封件与此同时，作用在密封副耦合面的接触压力增加到，因而密封效果得到提高。3)当密封容腔内的介质卸压之后(即p=0)，O形密封圈仍然具有初装时的预接触应力p0,因此O形密封圈仍然保证密封性能，这就是O形密封圈的自密封作用。(3)用于滑动密封时的密封原理图6-6说明了O形密封圈在滑动上移的接触情况。根据O形密封圈预压缩和加压后作用在耦合面上的接触应力，以及因为O形密封圈自身具有的弹性因而具有产生磨损后自动补偿的能力，O形密封圈起到了动密封的作用。另外，其他复杂情况也同样存在。上一页下一页返回6.3常用密封件如图6-6(a)所示，当O形密封圈用于密封液体介质时，因为液体的黏度、压力以及运动速度等因素的作用，使得沿着滑移面和密封件之间产生了一层具有极强黏附力的边界层液体膜。这层边界层液体薄膜是一直存在着的，它也会起到一定的密封作用。如图6-6(b)所示，当滑移面向外伸出时，液体膜会随之一起探出;而滑移面缩回时，液体膜就被密封件阻留在了外侧。当随着滑移面往复次数不断增加，阻留在密封件外侧的液体膜逐渐变厚，最后形成了液滴，从滑移面滴下(见图6-6(c))。这就是在往复运动密封时使用O形密封圈会产生泄漏的原因。所以，在滑移面需频繁往复运动的密封装置中不宜应用O形密封圈。上一页下一页返回6.3常用密封件(4)应用如图6-7所示，O形密封圈一般安装于外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内而起到密封作用。O形密封圈的尺寸以及沟槽尺寸匹配的正确性在很大程度上决定了O形密封圈的密封效果，世界各国的标准对此都有严格的规定。在设计密封装置时，如果O形密封圈的压缩量选择太小，或者加工沟槽时公差波动使得压缩量趋小，那么装配后会引起泄漏;如果压缩量选择太大，或者加工沟槽时公差波动使得压缩量趋大，那么就会导致O形密封圈橡胶因为应力松弛而引起泄漏。同样，如果装配后O形密封圈拉伸过度，也会因为密封圈过早老化而使密封装置产生泄漏。上一页下一页返回6.3常用密封件O形密封圈的拉伸量a和压缩率εc可按下列公式计算O形密封圈的拉伸量和压缩率的选用范围，见表6-5。由表6-5可知，静密封的压缩率极值应小于25%，且其压缩率极值大于动密封。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，这个问题更加严重。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。上一页下一页返回6.3常用密封件密封圈所需的压缩率决定了O形密封圈安装沟槽的深度。沟槽的宽度由使用条件而定。一般取矩形沟槽的宽度为O形密封圈直径的1.3~1.5倍，即b=1.3~1.5d2。在被密封的介质工作压力较高的情况下，0形密封圈会因此产生弹性变形而被挤进密封耦合面间的缝隙，会导致密封圈的损坏。一般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形密封圈低压侧安置挡圈;若双向交替受介质压力，则应于密封圈两侧各加一个挡圈，如图6-9所示，都可以避免这种情况发生。另外，挡圈也应采用在经常承受脉冲压力的密封装置中，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。上一页下一页返回6.3常用密封件2.Y形密封圈

(1)主要性能Y形密封圈的截面形状酷似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形密封圈，如图6一10所示。Y形密封圈使用寿命高于O形密封圈，广泛应用于往复动密封装置中。工作中的Y形密封圈，工作压力不大于40MPa;适应温度:丁腈橡胶为-20℃~130℃，聚氨酯橡胶为-30℃~80℃;工作速度范围:上一页下一页返回6.3常用密封件采用丁睛橡胶制作时为0.01~0.6m/s，采用氟橡胶制作时为0.05~0.3m/s，采用聚氮酯橡胶制作时则为0.01~1m/s;密封介质:一般的矿物基液压油均可，其他液压油也适用。但以聚氨酯橡胶制作的Y形密封圈不能用于水基或含水的液压油及磷酸酯。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形密封圈的特点是:1)安装方便。2)耐压性好，适用压力范围广。3)摩擦阻力小，运动平稳。4)结构简单，价格低廉。上一页下一页返回6.3常用密封件5)密封性能可靠。(2)密封原理

Y形密封圈依靠其张开的呈线状接触的唇边贴于密封副耦合面，在介质压力作用下产生“峰值”接触应力，应力随压力增高而增大。当耦合件以工作速度作相对运动时，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。由于介质压力的作用在密封唇边磨损后具有一定的自动补偿能力。图6-11所示为带有副唇的轴用Y形密封圈。其主、副唇之间，在每次往复运动后，会残留下微量液体(工作介质)。上一页下一页返回6.3常用密封件随着往复运动次数的增多，残留液体将逐渐充满主、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6-11)。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有效性。“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。(3)应用安装Y形密封圈时，若起密封作用必须使唇口一定要对着压力高的一侧。上一页下一页返回6.3常用密封件为了防止在高压状态下，Y形密封圈的根部因材质塑性变形而被挤入密封耦合面的间隙，故应控制滑移耦合件间的配合间隙δ的大小，使其不超过表6-6所规定的最大值c，见图6-12(a)。对于工作压力大于16MPa的Y形密封圈，应在密封圈根部处安装挡圈，可保证其使用寿命，防止密封圈的根部被挤入配合间隙，如图6-12(b)所示。如图6-13所示，为了保持Y形密封圈在往复运动过程中运动的平稳性，防止其出现翻转、扭曲等现象，可在Y形密封圈的唇口处设置支撑环。宽型Y形密封圈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，可不安装支撑环。上一页下一页返回6.3常用密封件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。3.V形密封圈(1)主要性能V形密封圈的截面呈V形，也是一种唇形密封圈。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。由压环、V形密封圈和支撑环三部分组成V形密封圈的密封装置，如图6-14所示。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，但使用寿命长、密封性能可靠。上一页下一页返回6.3常用密封件V形密封圈的特点是:1)耐压性能好，使用寿命长。2)密封装置的轴向尺寸大，摩擦阻力大。3)维修和更换密封圈方便。4)根据密封装置不同的使用要求，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。5)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密封效果。

(2)应用上一页下一页返回6.3常用密封件实际安装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6-15所示。V形密封圈组合个数及压环、支撑环和调整垫片的材质应根据工作压力来合理选择，见表6-7。为防止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，压环与密封副耦合面之间间隙大小应严格控制。合理的间隙值见表6-8。支撑环与孔及轴面之间的间隙值一般为δ=0.25~0.4mm。为了保持液压缸的运动精度，工作过程中，对压环和支撑环的制造精度要求较高。根据密封装置的工作压力和工作速度来进行V形密封圈材质的选用，见表6-9。上一页下一页返回6.3常用密封件为保证V形密封圈使用一段时间后唇边不会磨损，密封性能的持久性，须及时调整其压力。一般采用螺栓(螺母)或加调整垫片来调整，见图6-15。同样，V形密封圈的尺寸系列及公差已有国家标准。上一页返回6.4新型密封件6.4.1星形密封圈

1.主要性能与密封原理如图6-16所示，星形密封圈是一种无接缝的圆形环，有四个唇，在模具内硫化成形，其截面近似正方形。在用途和使用上星形密封圈与O形密封圈相似。但是，它的密封性能更显著、有效。一般用各种合成橡胶做星形密封圈的制作材料。星形密封圈不仅可以应用在动密封场合，也可用于静密封，同时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≤40MPa，工作速度≤0.5m/s，工作温度-60℃~200℃(取决于制作的材质)。取得更好的摩擦性能可对星形密封圈的表面进行特殊减摩处理。下一页返回6.4新型密封件如图6-16，星形密封圈是一种依靠其在密封耦合面上的接触应力进行密封，由介质压力施力的双作用密封圈。密封圈的系统工作压力决定了径向和轴向力。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。综上，星形密封圈与O形密封圈相比，优点如下:(1)接触应力分布十分均匀，所以泄漏小。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)由于密封圈的两个唇边之间设有分型面，因此密封不受飞边的影响。上一页下一页返回6.4新型密封件(4)作用在动密封场合时，密封效果良好。

2.应用如图6-17所示，星形密封圈在动、静密封中的应用实例。作用在不同密封场所采用的截面大小不同，在静密封场合，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。6.4.2Zurcon-L形密封圈(简称Z-L密封圈)

1.主要密封原理Z-L密封圈的截面呈倒L形。如图6-18所示。主要用于活塞杆的动、静密封。上一页下一页返回6.4新型密封件其制作材料Zurcon是专门为密封和支撑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，从而可使密封和支撑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。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黏附在杆上的极薄液体膜，在活塞杆缩回时返回到高压侧。上一页下一页返回6.4新型密封件而且，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。因此，这种新结构密封圈具有如下突出优点:(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;上一页下一页返回6.4新型密封件(4)抗挤出性好;(5)耐磨性好，使用寿命长。

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。上一页下一页返回6.4新型密封件6.4.3M2型Turcon-Variseal密封圈(简称T-V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6-19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。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。上一页下一页返回6.4新型密封件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。因此，M2型T-V密封圈具有如下优点:(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)能适应绝大部分工作介质和化学制品;(5)尺寸稳定性好，能承受急剧的温度变化;(6)可以进行消毒，不会污染食品和药剂液体。2.应用上一页下一页返回6.4新型密封件M2型T-V密封圈的工作压力:动负载时，p≤45MPa;静负载时，p≤60MPa。工作速度:往复运动时，v≤1.5m/s;旋转运动时，v≤1m/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6-20所示。M2型T-V密封圈可以安装在ISO3771标准规定的沟槽内。上一页返回6.5组合式密封件组合式密封件是由两个或两个以上独立的而功能上互补的元件组成。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聚四氟乙烯滑环(机械特性、切削特性、抗挤出特性、化学相容性和低摩擦特性良好，耐压和耐温范围广)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6-21所示。格来圈和斯特圈都是以聚四氟乙烯树脂为基材，按不同使用条件、配以不同比例的充填材料(如铜粉、石墨、碳索纤维、玻璃纤维、石棉、二硫化钼、陶土等)制作而成。下一页返回6.5组合式密封件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6-22所示。(1)特点同轴密封圈利用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形密封圈不一定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。因此，同轴密封圈具有如下特点:1)格来圈和斯特圈具有极低的摩擦因数(0.02~0.04)，且动、静摩擦因数变化小。因运动平稳，无爬行。2)自润滑性能好，与金属耦合面不易黏着。上一页下一页返回6.5组合式密封件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。(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置用同轴密封件尺寸系列和公差》和GB/T15242.3-2011《液压缸活塞和活塞杆动密封装置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置。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℃。上一页下一页返回6.5组合式密封件使用同轴密封圈时，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。2.新型格来圈格莱圈通常是指由PTFE(自润滑好，与金属不易黏连)填充制成的矩形截面圆环密封件，它与富有优良弹性合成橡胶制成的O形(X形亦可)圈组合而成格莱圈组合式密封件，既可密封孔也可密封轴。在密封时格莱圈起密封作用，O形圈将压缩变形的弹性力施加于格莱圈上，以使格莱圈紧贴密封副的耦合面，属于挤压型密封形式。上一页下一页返回6.5组合式密封件(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，改进格莱圈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。1)特点T形格来圈的截面形状及其接触应力分布如图6-23所示。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的侧边角度，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。当压力建立后，密封圈压向沟槽一边。上一页下一页返回6.5组合式密封件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置(见图6-23)。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。因此，T形Turcon格来圈具有如下优点:①静密封性能非常好，有双向密封作用。②允许有较大的配合间隙，加工费用较低，抗污染能力强。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油(生物油)。上一页下一页返回6.5组合式密封件

2)应用T形密封圈的安装沟槽形状简单，且沟槽尺寸符合ISO7425/1标准，可用于整体式活塞密封。工作压力不大于80MPa;工作速度不大于巧m/s;工作温度-54℃~200℃。应用实例如图6-24所示。(2)HPR形Turcon格来圈HPR形Turcon格来圈密封装置以叠加的方式将丁腈橡胶弹性体、聚氨酯挡圈和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6-25所示。

1)特点格来圈中丁睛橡胶弹性体2为一个形状匀称的释压环，它在径向对聚氨酯挡圈3和Turcon格来圈1施力。上一页下一页返回6.5组合式密封件HPR形Turcon格来圈密封装置作为主密封，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形格来圈对下游的支撑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。HPR形Turcon格来圈具有如下优点: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无黏着作用，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。上一页下一页返回6.5组合式密封件⑥具有释压能力。

2)应用HPR形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。

3.组合密封垫圈组合密封垫圈是由橡胶圈和金属环整体黏合硫化而成的密封元件，如图6-26所示，用于螺纹和法兰连接处密封。垫圈的金属环防锈处理，橡胶圈一般采用耐油丁腈胶或氟橡胶。金属外环起支撑作用，橡胶内环承受压缩变形后起密封作用。上一页下一页返回6.5组合式密封件内环厚度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槽，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.上一页返回6.6旋转密封件在液压系统中，液压泵和液压马达主要做旋转运动，在工作中既要防止油液外流也要防止轴承的润滑脂在高温下流出，同时要防止尘埃或杂质侵入，此时应选择旋转密封。1.旋转轴唇形密封圈(油封)旋转轴唇形密封圈俗称油封。它是安装在旋转轴和静止件之间，用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂物侵入设备内部的动密封元件。按轴的旋转线速度高低分类，可分为低速油封(小于6m/s)和高速油封(大于6m/s)。按油封所能承受的压力高低分类，可分为常压型油封和耐压型油封。按油封的结构及密封原理分类，可分为标准型油封和动力回流型油封。下一页返回6.6旋转密封件另外，按构成油封的组件材质分类，又可分为有骨架型油封和无骨架型油封;有弹簧型油封和无弹簧型油封。通常，对油封的要求如下:1)结构简单，制作和装拆容易。2)安装腔体的尺寸紧凑，加工方便。3)密封性能好，能长时间保持密封效果。4)对轴的振摆、偏心的适应性能好。(1)密封原理油封在旋转轴上的安装情况，如图6-27所示。上一页下一页返回6.6旋转密封件在自由状态下，油封的内径小于轴径，有一定的过盈量。这样，当油封装到轴上后，即使没有弹簧，也有一定的径向力作用在轴上。为了保证密封的可靠性，在油封唇缘的上方，加装一个弹簧(见图6-27)。依靠弹簧对轴的抱紧力来克服轴在旋转状态下，因振摆、跳动所造成的间隙，并使油封的唇缘能始终紧贴于轴的表面。维持油封密封性能的关键是介于唇缘与轴表面之间的一层油膜。因此，油封的密封原理是建立在滑动轴承的润滑理论上的。在轴旋转的动态过程中，油膜的厚度也在不断变化，其变动量一般在20%~50%之间。油膜厚度变化的原因是维持油膜存在的表面张力在不断波动。而油膜的表面张力则与油的黏度、运动速度等因素有关。上一页下一页返回6.6旋转密封件一般认为油膜过厚，容易泄漏;油膜过薄，则会导致干摩擦。最理想的情况是保持“临界油膜厚度”，即始终保持临界润滑状态。而“临界油膜厚度”的形成与保持，与油封对轴的径向力的大小及其分布状况直接有关。最理想的情况是:尽量采用最小的径向力而得到最尖锐的“峰值”压力分布，可获得最佳的密封效果。(2)油封的选用选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质、工作温度及唇缘在轴高速旋转时的适应性。一般油封工作时，若其唇缘的温度高于工作介质温度20℃~50℃，应引起重视。上一页下一页返回6.6旋转密封件常压型油封的使用压力一般不超过0.05MPa。当工作压力超过0.05MPa时，应选用耐压型油封。目前，国外耐压型油封的使用压力可达10Mpa。油封的型式和种类很多，可按工作条件与使用要求查阅有关设计手册选用。油封安装时，为获得适当的初始径向力，应保证唇缘对旋转轴的过盈量要求，其值如表6-10所示.油封在使用过程中的最大偏心量应加以严格控制，以确保密封效果。2.旋转格来圈上一页下一页返回6.6旋转密封件旋转格来圈密封装置由一个高级Turcon材料的密封环格来圈和一个弹性施力的O形密封圈组合而成，如图6-28所示。为适应高速和低速不同工况的需要，根据格来圈的截面大小不同，在密封面上加工了一个或两个环形沟槽(见图6-28)。该沟槽具有以下功能:由于提高了密封表面的比压，因此提高了密封效果;形成一个润滑油腔，从而降低了摩擦力。为了保证介质压力能作用到O形密封圈上，在格来圈的侧面开有若干条径向沟槽，用以托住O形密封圈。格来圈的背面，设计成内凹弧形，使之增加接触面，并防止格来圈随轴产生旋转。旋转格来圈具有如下优点:1)密封良好，内、外圆密封均能适用，且密封可靠。2)具有润滑腔，摩擦力小，无黏滞现象，起动平稳不爬行。上一页下一页返回6.6旋转密封件3)抗磨性和尺寸稳定性好，寿命长。4)工作介质:石油基液压油、水、乙二醇、乳化液、空气。旋转格来圈密封装置应用于有旋转或摆动运动的轴、杆、销、旋转接头等处的动密封，它可承受两侧压力或交变压力的作用。

3.旋转Variseal密封圈旋转Variseal密封圈是一种用于旋转轴处的单向作用密封圈。它由一个用Turcon材料制作的U形密封圈和一个V形不锈钢弹簧所组成，如图6-29所示。由于在密封圈的外部有一个凸缘，所以可以防止它在沟槽内旋转;它的密封唇短而厚，降低了摩擦，延长了使用寿命，在黏度很高的工作介质中也有良好的密封效果。上一页下一页返回6.6旋转密封件在低压和零压时，初始密封力由弹簧产生。当系统压力升高后，则主要密封力由系统压力形成。因此，从零压到高压均能保证良好密封。旋转Variseal密封圈的优点是:1)旋转、往复动密封和静密封都能适用。2)精确控制时无爬行现象。3)具有良好的刮除效果。4)具有良好的抗磨性能和尺寸稳定性。5)能适应急剧的温度变化。6)可以消毒，对食品和药液等不会污染。上一页下一页返回6.6旋转密封件旋转Variseal密封圈的应用实例，如图6-30所示。密封圈的工作压力不大于15MPa(动负载时)或不大于25MPa(静负载时);工作速度不大于2m/s(旋转运动时)或不大于10m/s(往复运动时);工作温度-100℃~200℃;工作介质:各种液体、化学品和气体。上一页返回6.7胶液与胶带密封在液压与气压传动系统的管接头、堵头和集成块工艺孔等各种螺纹的静密封中，还经常使用胶密封和带密封。1.胶密封胶密封是用密封胶涂敷在接合面上，由它产生的黏合力(或施以外力)，将两接合面胶接在一起，从而堵塞泄漏通道。密封胶在施工时具有流动性或塑性，施工后有良好的成膜性，对结构的接缝、缺口或孔洞能起密封作用，并能承受一定的压力和振动。

(1)密封原理接合部的间隙填塞的密实程度决定了密封效果。下一页返回6.7胶液与胶带密封密封胶其良好的填充型、贴合性、成膜性、浸润性、黏附性、不渗透性及耐介质性等优点使之成为较理想的填塞剂。通过密封胶与密封面的附着作用、胶本身固化过程的内聚力以及密封面上凹凸不平的粗糙度，靠液态的浸润性填满耦合面的间隙。密封胶主要是靠其的浸润性、附着性和内聚力等实现密封。其密封原理如图6-31所示。(2)密封胶优点1)密封性能良好，可达到零泄漏。2)密封结构简单，密封面的形状不受限制。3)不受工作材料的限制，可密封各种材质的耦合面。4)温度范围广，承载能力强，耐振动与冲击。上一页下一页返回6.7胶液与胶带密封5)耐腐蚀，绝缘性较好。6)成本低，损耗少，施工方便，操作简单，经济实用。(3)封胶的分类密封胶的主要成分为有机或无机高分子材料。另外，还添加有各种增黏剂和补强剂。密封胶分为硫化型和非硫化型两大类。硫化型密封胶添加有硫化剂和促进剂等。密封胶按其主要成分的分类见表6-11。(4)厌氧密封胶液态的厌氧密封胶(又称螺纹密封胶)不论置于空气或高压聚乙烯中都具有很好的稳定性，胶液用于密封缝隙，极易渗透到缝隙细微处及填满藕合面的凹坑，进行黏合，隔绝空气。上一页下一页返回6.7胶液与胶带密封而且室温下，不需要添加任何固化剂。胶液自行固化，且效果极佳，可达到零泄漏。除此之外，密封工作时添加催化剂的厌氧胶，可缩短固化过程，固化后性能更加稳定。厌氧胶与其他液态密封胶性能比较如表6-12。

(5)密封胶的应用密封胶的选用要根据工况条件、密封介质、密封件材质等方面考虑。工况条件:密封胶应用过程中会受到工作受力情况(变力、不变力及冲击力等)、运输路况等因素的影响。密封介质:密封过程中液压油、液压油、乳化液或某特殊液压油等要与密封胶相容。上一页下一页返回6.7胶液与胶带密封密封件材质:选取合适的密封胶还要考虑密封件材质(钢、不锈钢、铸铁及其他有色金属等)密封面的粗糙度Ra,Ra值大小及表面是否有氧化膜，间隙值等都会对密封胶的选取有影响。2.带密封带密封是一种介于固体密封和液态胶密封之间的密封。它是将密封带缠绕在需要密封的螺纹上，从而在螺纹副的间隙中填满密封材料，形成泄漏阻力。常用的密封带有聚四氟乙烯生料带。带密封的优点是操作简便，干净，连接牢固，耐压高，耐油性好，不污染工作介质，不腐蚀螺纹。聚四氟乙烯生料带尺寸公差及物理指标见表6-13。上一页返回6.8超高压液压密封超高压液压系统的密封问题首先要从超高压定义谈起，在几十年前国标JB824-66规定压力>32MPa为超高压。一般来说，常见的工程液压系统、锻压机液压系统、矿山机械液压系统等大多系统在充分考虑液压元件的技术经济性的基础上压力一般设定为21~35MPa。液压系统压力达到40MPa也趋于增多。当系统压力在600MPa以上，普通液压油将不再适合作为液压介质使用。原因是普通液压油在超高压力流动性锐减，在高于400MPa时普通液压油将成稠脂状无法使用。通常超高压液压系统和液压设备的系统流量均较小，属于小流量范畴。下一页返回6.8超高压液压密封目前以液流体作为传动介质的机械设备液压系统压力值已达1400MPa以上，以液流体为静压介质的设备中，使用压力可高达2400MPa以上。1.超高压密封的原理和特点超高压密封需要密封材料组织更致密，强度更高，以防渗漏和挤压损坏。一般系统压力在100MPa以下可选用合成橡胶、皮革、氟塑料等材质密封件，超过1000MPa时密封件通常选用铝、紫铜和被青铜，以及其他有色金属合金材质，这些金属及合金具有良好的弹塑性变形，有利于充填密封面凹凸不平表面的凹陷微谷，此外不锈钢及一些可淬硬的钢材等也可选用。上一页下一页返回6.8超高压液压密封空心的金属O形密封圈可承受350MPa;甚至达700MPa;淬硬的45#钢或35CrMoA等球面钢垫在螺纹力强制作用下可达到1000MPa左右压力的密封效果。(1)超高压密封原理超高压密封原理与前面介绍的密封原理并无本质区别，它同样是利用密封件堵塞流体流动的通道，阻止泄漏而密封;对于非接触的间隙密封，同样利用液流体过长的间隙通道，受到阻力，产生压力损失，到间隙出口端压差近于零，就近于无泄漏而形成密封。它与一般压力情况所不同的是，属于堵塞的密封件材质必须能承受超高压力的挤压或冲击;属于间隙的密封，其间隙值远比一般压力间隙密封值小。上一页下一页返回6.8超高压液压密封(2)超高压密封特点1)密封可靠性。2)密封应具有高的安全性。3)超高压密封材质应具有较好的耐热性。4)超高压密封件材料应为具有韧性的硬质材料。5)超高压密封，无标准密封件，需自制专门密封件。2.液压件超高压密封超高压系统的液压元件同样涉及液压泵、液压马达、液压阀和液压缸等，也存在着动密封与静密封之分。(1)液压泵超高压密封上一页下一页返回6.8超高压液压密封通常用于超高压的液压泵以柱塞泵居多，柱塞泵主要是往复式动密封，依靠间隙密封与填料密封。间隙密封多采用弹性圆筒衬套结构，密封压力可达600~700Mpa。超高压柱塞泵的密封，主要是合理确定柱塞副的间隙。以额定压力为80MPa径向柱塞泵为例，其柱塞直径为Φ8mm，当柱塞缸与柱塞的单边间隙值为0.003~0.006mm时，泵的容积效率较高，可达90，若单边间隙为0.008~0.015mm时，泵的容积效率一般不会高于80。对于大直径柱塞或增压活塞液压泵可采用组合式密封装置，密封装置可由O形圈、挡圈、黄铜圈组合装配在具有一定锥度的柱塞上，用螺母拧紧固牢，黄铜圈与柱塞孔初始间隙为0.025~0.076mm。上一页下一页返回6.8超高压液压密封当柱塞端开始受到液压力之后，O形圈受到挤压起密封作用。当压力增加到某一值，黄铜圈被压向锥形轴肩，黄铜圈受到锥轴的轴向尤其径向作用，同时黄铜圈与柱塞孔径向缩小，起到一定的密封作用，可有效密封压力为120MPa的液压油。(2)液压缸超高压密封1)如图6-32处于正常工作状态，介质为液压油，额定压力p=80MPa的液压缸，工作速度v=6m/s，工作温度-20℃~130℃。密封件是保证机械装备高效、长期、安全和稳定运行的重要基础件，如图6-32所示。2)380MPa的增压缸的超高压动密封结构如图6-33所示。上一页下一页返回6.8超高压液压密封它是由普通钢铁材质的三角形压环交替套在压套环2以及填充PTFE材质的V形密封圈4组成。通过压紧螺钉1将受到挤压而径向扩张并压紧缸壁和压套环壁的V形密封圈和三角形压环压紧固定，同时构成密封。增压压力越高，V形密封圈密封力越大，密封效率越好，活塞7上的0形圈起补偿密封作用。采用如图6-33这种结构，填充PTFEV形圈径向弹性变形量将大大增加，有利于控制高压增压缸动密封径向间隙，达到预期的压力，密封有效性时间延长。密封径向间隙值是该密封结构中最重要的因素，对密封性与密封寿命有直接影响。上一页下一页返回6.8超高压液压密封图6-33中压套环2与缸内壁的间隙为0.4~0.6mm，结构中V形圈与缸筒内壁初始间隙为0.039~0.070mm;活塞7与缸筒5与内壁的配合为H8/h7级动配合;V形圈与压套环之间为较紧的H8/js7过渡配合。V形圈膨胀后形成线密封工作唇，以此提高密封性，减小动摩擦阻力，当压力p=390MPa，经过200h试验无明显泄漏，拆装后密封圈等无损坏。说明该密封结构对缸筒内壁加