液压与气动-密封的作用与分类

的作用与分类
1. 密封的作用及其意义
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的作用，在于防止工作介质的泄漏及外界尘入。

设置于密封装置中、起密封作用的元件称为密封件。

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。

漏分为内泄漏和外泄漏两类。

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位时间内泄漏的工作介质的体积称为泄漏量。

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气口的泄漏将造成气缸低速运行的爬行，等等。

2. 密封的分类
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：
住结合面的间隙；
断泄漏通道；
加泄漏通道中的阻力；
置作功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或平衡泄漏通道的压力差。

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、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。

件的材料
1.对密封件材料的要求
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，密封件材料应具性。

封材料的一般要求：
擦因数小，耐磨性好；
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；
密封面贴合的柔软性和弹性好；
臭氧性和耐老化性好，使用寿命长；
工性能好，价格低廉。

2.常用橡胶密封材料
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，进行正确胶密封材料所适应的介质和使用温度范围见表5-2
3.常用合成树脂密封材料
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
4.常用金属密封材料
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。

密封件
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。

该最小间介质的压力、粘度、分子量等。

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。

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。

三（1）、O型密封圈
1.主要性能
形密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。

使用速度范围一般为0.005~0.3m/s。

用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。

如液压挖掘机的的分配阀动密封机构。

一般O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。

形密封圈与其他形式密封圈比较，具有以下优点：
构小巧，装拆方便。

、动密封均可使用。

摩擦阻力比较小。

用单件O形密封圈，可对两个方向起密封作用。

格低廉。

是，当设备闲置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，象。

2.用于静密封时的密封原理
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.
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P o，如图5-2a所示。

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，且其弹加大，填充和封闭了密封间隙δ。

此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为p0+p=p m，从而大大增加如图5-2b所示。

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。

密封圈的自密封作用。

3.用于往复运动密封时的密封原理
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。

外，还存在其他复杂情况：
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。

滑移面向外伸出时，液体膜随之一起探出，如图5-3b所示。

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置中。

4.应用
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。

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，世界各国的标准格的规定。

封装置设计时若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。

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置泄漏。

形密封圈的拉伸量α和压缩率εc可按下列公式计算:
形密封圈的拉伸量和压缩率的选用范围，见表5-5。

形密封圈安装沟槽的宽度为O形密封圈直径的 1.3~1.5倍，即b=1.3~1.5d2。

静密封时，压缩量较大，复动密封时，应取小值，旋转动密封时，取b=1.05~1.1d2，并应考虑摩擦生热引起密封圈内径收缩，从量的问题。

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，引起密封决方法:
动密封工作压力超过7M P a或静密封工作压力大于32M P a时，应在O形密封圈低压侧安置挡圈；若双向力，则于密封圈两侧各加一个挡圈，如图5-6所示。

经常承受脉冲压力的密封装置中，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1010和尼龙6等。

密封件
三(2)、Y型密封圈
1.主要性能
形密封圈的截面呈Y形，是一种典型的唇形密封圈。

其截面的高、宽比例不同，可分为宽型、窄型、Y x型等几类。

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形密封圈和圈,如图5-7所示。

形密封圈广泛应用于往复动密封装置中，其使用寿命高于O形密封圈。

形密封圈的适用工作压力不大于40M P a，工作温度为-30~+80℃。

作速度范围：采用丁腈橡胶制作时为0.01~0.6m/s；采用氟橡胶制作时，为0.05~0.3m/s；采用聚氨酯则为0.01~1m/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形密封圈的性能特点：
封性能可靠；
擦阻力小，运动平稳；
压性好，适用压力范围广；
构简单，价格低廉；
2.密封原理
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。

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。

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（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”。

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”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，则副唇触应力越大，密封性能也就越良好。

3.应用
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。

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，故应控制滑移耦合间隙δ的大小，见图5-9a。

对于工作压力大于16M P a的Y形密封圈，为保证其使用寿命，防止密封入配合间隙，应在密封圈根部处安装挡圈，如图5-9b所示。

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形密封圈支承环，如图5-10所示。

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形密态姿势，保证其良好的密封性能。

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
三(3)、V型密封圈
1.主要性能
形密封圈的截面呈现V形，也是一种典型的唇形密封圈。

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。

形密封圈的密封装置由压环、V形密封圈和支承环三部分组成，如图5-11所示。

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，但密封性能可命长。

发生泄漏时，可只调整压环或填片而无须更换密封圈。

形密封圈的最高工作压力＞60M P a，适用工作温度-30~+80℃
作速度范围：采用丁腈橡胶制作时为0.02~0.3m/s；采用夹布橡胶制作时为0.005~0.5m/s。

形密封圈的性能特点：
压性能好，使用寿命长；
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修和更换密封圈方便；
封装置的轴向尺寸大，摩擦阻力大。

2.应用
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。

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。

形密封装置中，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。

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δ=0.25~0.4m m。

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。

形密封圈材质的选用应根据密封装置的工作压力和工作速度来进行.
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
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。

一般采用螺栓整垫片来调整，见图5-12。

样，V形密封圈的尺寸系列及公差已有国家标准。

式密封件
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，从而大大改善了综合密封性能。

4.1同轴密封圈
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）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。

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、维、石棉、二硫化钼、陶土等）制作而成。

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19所示。

1.特点
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。

此，同轴密封圈具有如下特点：
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。

因此，运动平稳，无爬行润滑性能好，与金属耦合面不易粘着；
封性能良好；
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
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G B/T15242.1—200塞和活塞杆动密封装置用同轴密封件尺寸系列和公差》和G B/T15242.3—2001《液压缸活塞和活塞杆动轴密封圈安装沟槽尺寸系列和公差》。

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50M P 不大于1m/s；工作温度-30℃~+120℃。

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。

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。

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。

4.2新型格来圈
节将介绍一下两种新型格来圈：
形T u r c o n格来圈；
P R型T u r c o n格来圈
4.2.1T形T u r c o n格来圈
形T u r c o n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，从压缸在负载下精确定位的要求。

它的制作材料为T u r c o n。

这种新型密封圈的结构简单而紧凑，且可使活之间保持较大的间隙。

1.特点
形格来圈的截面形状及其接触应力分布如图5-20所示。

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的危险。

形T u r c o n格来圈具有如下优点：
密封性能非常好；
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；
擦力小，无爬行；
采用多种材料，对工作条件的适应性强；
适用于最新环保安全的液压液（生物油）。

2.应用
形密封圈的安装沟漕形状简单，且沟漕尺寸符合I S O7425/1标准，可用于整体式活塞密封。

工作压力不
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。

4.2.2H P R型T u r c o n格来圈
H P R型T u r c o n格来圈密封装置以叠加的方式将丁腈橡胶弹性体、聚胺酯挡圈和T u r c o n格来圈组装在一一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。

1.特点
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T u r c o n格来圈1施力o n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，H 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了润滑的状况。

种密封装置的优点是：
封组件轻巧，安装方便；
挤出能力强，可适应较大的配合间隙，尺寸适应性好；
粘着作用，长行程时工作可靠；
污染，和流体相容性好；
擦力小，耐磨性好，性能稳定；
有释压能力。

2.应用
P R型T u r c o n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5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。

4.3组合密封垫圈
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。

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，因泛。

适用于工作压力不大于100M P a，工作温度范围为-30~+200℃的静密封。

尘圈
液压缸中，防尘圈被设置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、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
5.1普通型防尘圈
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。

通型防尘圈的工作条件：
速度：不大于1m/s；
温度：-30~+110℃；
介质：石油基液压油和水包油乳化液。

5.22型T u r c o n防尘圈
型T u r c o n防尘圈包含一个用T u r c o n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。

防尘圈及其接触应力分布，如图5-25所示。

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。

于T u r c o n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也不会变形。

尘圈的工作速度不大于 1.5m/s，工作温度-54~+200℃（取决于O形密封圈材质）。

型T u r c o n防尘圈的优点是：
装空间小，沟槽结构简单。

起动时，无爬行和粘滞现象。

即使在有难对付的杂质和冰的情况下，也具效果。

耐磨性好，使用寿命长。

型T u r c o n防尘圈的应用实例如图5-26所示。

5.3旋转轴用防尘圈
转轴用防尘圈是一种用于旋转轴端面密封的防尘装置，其截面形状和安装情况如图5-27所示。

尘圈的密封唇缘紧贴轴颈表面，并随轴一起转动，由于离心力的作用，斜面上的尘土等异物均被抛离而起到防尘和密封作用。

转轴用防尘圈的特点是：
构简单、装拆方便、防尘效果好；不受轴的偏心、振摆和跳动等影响；对轴无磨损。

密封件
6.1旋转轴唇形密封圈（油封）
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、内部的动密封元件。

通油封的使用压力小于0.5M P a，耐压油封的工作压力可达1~1.2M P a。

封的工作温度范围：
腈橡胶制作:-40~+120℃，氟橡胶制作:-25~+200℃，
烯酸酯橡胶制作:-20~+150℃。

封的工作线速度一般小于15m/s。

封的分类：
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)。

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。

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。

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。

常，对油封的要求是：
构简单，制作和装拆容易。

装腔体的尺寸紧凑，加工方便。

封性能好，能长时间保持密封效果。

轴的振摆、偏心的适应性能好。

1.密封原理
封在旋转轴上的安装情况，如图5-28所示。

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5-28）。

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。

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上的。

轴旋转的动态过程中，油膜的厚度也在不断变化，其变动量一般约在20%~50%之间。

油膜厚度变化的原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粘度、运动速度等因素有关。

为油膜过厚，容易泄漏；油膜过薄，则会导致干摩擦。

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”的形成与保持的径向力的大小及其分布状况直接有关。

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
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。

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。

压型油封的使用压力一般不超过0.05M P a。

当工作压力超过0.05M P a时，应选用耐压型油封。

目前，国
封的使用压力可达10M P a。

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。

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5-10所示。

6.2旋转轴格来圈
转格来圈密封装置由一个高级T u r c o n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
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）。

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
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。

转格来圈具有如下优点：
圆密封或外圆密封均能适用；
有润滑腔，摩擦力小，无粘滞现象，起动时不爬行；
磨性和尺寸稳定性好。

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。

它可承受两侧压的作用。

作压力:不大于30M P a（1m/s时)，或不大于20M P a（2m/s时)；工作温度:-54~+200℃（取决于O形密；工作介质：石油基液压油、难燃液、环保安全液压液（生物油）、水、空气等。

6.3旋转V a r i s e a l密封圈
转V a r i s e a l密封圈是一种用于旋转轴处的单向作用密封圈。