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常用密封知识
常用密封知识
一、密封的分类、结构及工作原理
（一）密封的基本类型：
密封可分为静密封和动密封两大类。
结合面静止的密封称为静密封，结合面产生相对运动的密封称为动密封；静密封主要有垫密封、胶（或带）密封和接触密封三大类；动密封可分为旋转密封和往复密封两种基本类型。
按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；一般来说，接触式密封的密封性好，但受密封面摩擦磨损限制，仅适用于密封面线速度较低的场合，非接触式密封的密封性较差，适用于线速度较高的场合，在接触式密封中，按密封件的接触位置又可分为圆周（径向）密封和端面（轴向）密封。
非接触动密封有迷宫密封和动力密封等。
前者是利用流体在间隙内的节流效应限制泄漏，泄漏量较大，通常用在级间密封等密封性要求不高的场合。
动力密封有离心密封、浮环密封、螺旋密封等，是靠动力元件产生压力抵消密封部位两侧压力差以克服泄漏，它有很高的密封性，但能耗大，且难以获得高压力。
非接触式密封由于密封面不直接接触，起动功率小，寿命长，如果设计得合理，泄漏量也不会太大，但这类密封是利用流体力学的平衡状态而工作的，如果运转条件发生变化，就会引起泄漏量很大的波动；而且市场上不能直接购到这类密封件，基本上都由用户自行设计。
（二）密封的分类：
按密封的安装或工作状态，密封可分为以下几种：
1．挤压密封：
“O”型密封圈、“D”型密封圈、“X”型密封圈、矩形密封圈、其他截面形状。
2．旋转轴唇形密封：
内包骨架型、外露骨架型、装配型、组合型。
3．往复运动密封圈：
Y型密封圈、U型密封圈、V型密封圈、J型密封圈、L型密封圈、蕾形密封圈、鼓形密封圈、山形密封圈、活塞环密封、组合密封圈（V形组合圈、格莱圈、多件组合结构密封）。
4．密封胶：
粘着型、可剥型。
5．填料密封：
垫片、填料函。
（三）密封的基本结构及工作原理：
1．静密封主要是广泛应用于端面密封，如管道、泵、阀等法兰连接处各种壳体接合面的各种截面形状的挤压型垫片密封，以及带、胶等填隙型密封。
优先选用：
“O”型密封圈、“D”型密封圈、矩形密封圈、密封胶、垫片等。
2．旋转动密封主要是用于旋转轴的唇形密封，通常亦称为油封。
一般由橡胶材料、金属骨架、金属弹簧组成。
金属弹簧通过具有柔性的唇部刃口施加给旋转轴以径向力，防止润滑介质沿轴向外泄漏及外部的灰尘、杂质等浸入。
具有所需空间小、易装卸、密封效果好等优点。
不足之处是耐压力范围有限，高压、高速油封设计生产技术难度高。
3．往复动密封：
以油缸的活塞和活塞杆密封中Y型密封圈为典型代表。
密封件唇部的过盈量设计使其获得初始密封效果。
一般采用“O”形密封圈、Y形圈、V形圈、蕾形密封圈、鼓形圈、山形圈。
二、“O”型密封圈知识
（一）“O”型密封圈表示方法：
（常用的共有3个标准）
1．1976年颁发的GB1235-76国家标准，是目前广泛应用的标准，规定“O”型圈的截面直径为：
1.9，2.4，3.1，3.5，5.7，8.6计六种，标注为公称外径×截面直径。
2．1982年、1992年、2005年颁发的GB3452.1，都引用的是国际标准，规定“O”型圈的截面直径为：
1.8，2.65，3.55，5.3，7.0计五种，标记为公称内径×截面直径。
3．2006年颁发的JB/T7757.1，规定“O”型圈的截面直径为：
1.6，1.8，2.1，2.65，3.1，3.55，4.1，4.3，5.3，5.7，6.4，7.0，8.4，10.0计14种，标记为公称内径×截面直径。
（二）“O”型圈适用范围及优点：
“O”型密封圈适用于装在各种机械设备上，在规定的温度、压力、以及不同的液体和气体介质中，用于静止或运动状态下起密封作用。
在机床、船舶、汽车、航空航天设备、冶金机械、化工机械、工程机械、建筑机械、矿山机械、石油机械、塑料机械、农业机械、以及各类仪器仪表上，大量应用着各种类型的密封元件。
“O”型密封圈主要用于静密封和往复运动密封。
用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。
“O”型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。
“O”型密封圈在耐油、酸碱、磨、化学侵蚀等环境依然起到良好密封、减震作用。
因此，“O”型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。
“O”型密封圈与其他型式密封圈比较，具有以下优点：
1．适合多种密封形式：
静态密封、动态密封。
2．适合各种用途材料，尺寸和沟槽都已标准化，互换性强。
3．适合多种运动方式：
旋转运动、轴向往复运动或组合运动（例如旋转往复组合运动）。
4．适合多种不同的密封介质：
油、水、气、化学介质或其它混合介质。
通过选用合适的橡胶材料和适当的配方设计，实现对油、水、空气、煤气及各种化学介质有效的密封作用。
温度使用范围广（－60℃～＋220℃），固定使用时压力可达150MPa（与补强环并用）。
5．设计简单，结构小巧，装拆方便。
“O”形密封圈断面结构极其简单，且有自密封作用，密封性能可靠。
6．由于“O”形圈本身及安装部位结构都极其简单，且已形成标准化，因此安装更换都非常容易。
7．材料品种多。
可以根据不同的流体进行选择：
有丁腈橡胶（NRB）、氟橡胶（FKM）、硅橡胶（VMQ）、乙丙橡胶（EPDM）、氯丁橡胶（CR）、丁基橡胶（BU）、聚四氟乙烯（PTFE）、天然橡胶（NR）等。
8．成本低廉。
9．动摩擦阻力比较小。
（三）“O”形密封圈的安装
1．消除O形圈安装时进出入通道上零件各处的毛刺；
2．采用导引工具；
3．防止“O”形密封圈装于安装槽后产生扭转变形。
（四）“O”型圈的存放
1．“O”形密封圈应避免存放在阳光直射、潮湿及空气不流通的地方，存放“O”形密封圈的适宜温度为0～20度，适宜的空气湿度为70％以上。
另外，还应避免辐射、烟雾、昆虫、啮齿类生物、灰尘、砂粒、机械损伤等破坏。
2．“O”形密封圈存放处必须距热源1米以上，不允许同酸、碱、溶剂及油脂等液体、气体接触。
存放时不允许使用任何产生臭氧的装置。
3．不允许受压、拉伸或其他变形形式，不允许用细绳，铁丝等将制品穿栓悬挂起来。
4．“O”形密封圈一般用塑料袋装，有效保管期为2～3年。
（五）“O”形密封圈的挤出现象
当压力较高间隙较大时，“O”形密封圈可能被流体压力挤入密封间隙，设计时应注意压力、间隙、”O”形密封圈硬度、”O”形密封圈断面直径这几个因素的匹配，必要时在两侧可增加聚四氟乙烯挡圈。
（六）高压胶管用“O”形密封圈规格 （GB1235－76）
胶管规格 公称尺寸 实际内径尺寸
φ6.3 11×1.97.7×1.9
φ813×1.99.7×1.9
φ1015×2.410.6×2.4
φ12.518×2.413.6×2.4
φ1620×2.415.6×2.4
φ1924×2.419.6×2.4
φ2530×3.124.5×3.1
φ31.538×3.529.5×3.5
实际外径比公称外径大一点，如7.7＋2×1.9=11.5>11，这0.5㎜就是“O”形密封圈受预压缩的一部分。
三、油封
油封是一般密封件的习惯称谓，简单的说就是润滑油的密封。
一般分为单体型和组装型，组装型是骨架与唇口材料可以自由组合，一般用于特殊油封。
油封是用来封油（油是传动系统中最常见的液体物质，也泛指一般的液体物质之意）的机械元件，它将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，不至于让润滑油渗漏。
从油封的密封作用、特点、结构类型、工作状态和密封机理等可以分成多种形式和不同叫法，但习惯上一般将旋转轴唇形密封圈叫油封，静密封和动密封（一般往复运动）用密封叫密封件。
油封的代表形式是TC油封，这是一种橡胶完全包覆的带自紧弹簧的双唇油封，一般说的油封常指这种TC骨架油封，骨架油封示意图参见图1－3
图1－3
（一）油封材料
油封常用的材料有：
丁腈橡胶，氟橡胶，硅橡胶，丙烯酸酯橡胶，聚氨酯，聚四氟乙烯等。
选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质的相容性、对工作温度范围的适应性和唇缘对旋转轴高速旋转时的跟随能力。
一般油封工作时其唇缘的温度高于工作介质温度20～50℃，在选择油封材料时应予注意。
（二）骨架油封构造
凡是运转体箱内有液体润滑油而又与外部相连接的部位都需要油封。
有些是橡胶的，有些是金属的，多数是钢骨橡胶的（见表1-1）。
（表1-1）常用结构型式、特征、用途及尺寸：
型式
代号
主要特征
用途
普通单唇形
B
一般用于高、低速旋转轴及往复运动密封矿物油及水等介质。
普通油封，在灰尘和杂质比较少的情况下使用，耐介质压力<0.05MPa的场合，最高线速度15m/s，往复运动速度<0.1m/s。
普通双唇形
FB
除上述S型油封的使用特征外，还可防尘。
普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力<0.05MPa的场合，线速度≤15m/s。
无弹簧型
BV
无弹簧的单唇型内包骨架式橡胶油封。
一般适用于低速工况下，密封介质为润滑酯。
线速度≤6m/s。
外骨架单唇形
W
带弹簧的单唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚性好。
普通油封，在灰尘和杂质较少的情况下使用，耐介质压力<0.05MPa的场合。
旋转轴线速度≤15m/s的情况。
外骨架双唇形
FW
带副唇的双唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚度高，同轴度好。
普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力<0.05MPa的场合。
转速≤15m/s。
装配式单唇形
Z
由内外骨架装配滚边而成的外骨架油封且有安装精度高、散热快、重负荷特性。
适用于高温、高速条件下的重负工况，介质压力≤0.05MPa，最高线速度≤15m/s。
装配式双唇形
FZ
带副唇的装配式外骨架油封，具有防尘性，安装精度高、散热快、重负荷特性。
适用于高温、高速，由尘条件下的重负荷工况，介质压力≤0.05MPa，最高线速度≤15m/s。
单向回流型
右旋SR、左旋DL
在唇部空气侧有带角度的斜筋，利用流体力学原理，产生单向泵吸作用，具有回流效应。
与轴的旋转方向有关，由于具有回流效应，径向力比普通油封小，减少了磨耗和生热，提高使用寿命，适用于介质压力<0.05MPa的场合，转速≤20m/s。
耐压型
NY
唇部短、腰短粗，具有耐压作用，工作压力≤3MPa。
适用于介质压力≤3MPa的场合，适用于高压泵的轴端油封，一般情况下PV值≤8。
旋转轴线速度≤15m/s。
骨架油封是油封的典型代表，一般说的油封即指的是骨架油封。
油封的作用一般就是将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，不至于让润滑油渗漏。
骨架就如同混凝土构件里面的钢筋，起到加强的作用，并使油封能保持形状及张力。
按结构形式可分单唇骨架油封和双唇骨架油封。
双唇骨架油封的副唇起防尘作用，防止外界的灰尘，杂质等进入机器内部。
按骨架型式可分为内包骨架油封、外露骨架油封和装配式油封。
按工作条件可分为旋转骨架油封和往返式骨架油封。
骨架油封结构有三部分组成：
油封体、加强骨架和自紧螺旋弹簧。
密封体按照不同部位又分为底部、腰部、刃口和密封唇等。
通常，在自由状态下的骨架油封，其内径比轴径小，即具有一定的“过盈量”。
因此，当油封装入油封座和轴上之后，油封刃口的压力和自紧螺旋弹簧的收缩力对轴产生一定的径向紧力，经过一段时间运行后，该压力会迅速减小乃至消失，因而，加上弹簧可以随时补偿油封自紧力。
（三）骨架油封密封原理
由于在油封与轴之间存在着油封刃口控制的油膜，此油膜具有流体润滑特性。
在液体表面张力的作用下，油膜的刚度恰好使油膜与空气接触端形成一个新密封面，防止了工作介质的泄漏，从而实现旋转轴的密封。
油封的密封能力，取决于密封面油膜的厚度，厚度过大，油封泄漏；厚度过小，可能发生干摩擦，引起油封和轴配合处磨损加快；
因此，在安装时，必须在密封圈上涂些油，同时保证骨架油封与轴心线垂直，若不垂直，油封的密封唇会把润滑油从轴上排干，也会导致密封唇的过度磨损。
在运转中，壳体内的润滑剂微微渗出一点，以达到在密封面处形成油膜的状态最为理想。
（四）骨架油封使用注意事项
1．轴的转速：
由于设计和结构上的原因，高转速的轴应使用高速油封，低转速的轴应使用低速油封，不能将低速油封用于高速轴上，反之也不行。
2．环境温度在使用温度较高的情况下，应选用聚丙烯酯或硅、氟、硅氟橡胶。
并应设法降低油箱中的油温。
在使用温度过低的情况下，应选用耐寒橡胶。
3．压力一般的油封承受压力能力差，压力过大时油封会变形。
在压力过大的使用条件下应采用耐压支承圈或加强的耐压油封。
4．安装上的偏心程度油封和轴配合时偏心过大，则其密封性会变差，特别是在轴转速高时尤为严重。
如果偏心过大时，可采用“W”形断面的油封。
5．轴的表面粗糙度，直接影响油封的使用寿命，即轴表面的粗糙度低，油封使用寿命就会长。
6．注意在油封的唇口应有一定量的润滑油。
7．浮动油封工作时应保证油池的最低油位。
8．要特别注意防止尘土浸入油封。
（五）油封的运输和装配
1．油封是精密元件，装配与保管不当会影响使用性能，油封在运输和储存时应注意：
⑴不要打开原包装，注意包装是否损坏，装配前尽量把油封留在原包装里。
⑵避免日光直晒，也不要放置在高温热源附近，因为这会促使橡胶老化。
⑶油封不得随意散放，要注意防尘和防土，确保使油封处在封闭或有盖状态。
⑷在运输和使用油封时，为防止油封变形和弹簧脱落，请不要给与过分冲击。
⑸油封不能用细绳捆扎，也不要挂在钉子或金属线上，这样会损伤密封唇。
⑹不得把油封放到潮湿的地方，这样会使金属部件生锈。
⑺不要将密封件放在靠近电视和产生臭氧的地方。
⑻不要用指甲或硬物摩擦唇口端部，以防损坏密封唇。
2．油封的装配。
无论油封的安装部分设计和油封的选择多么适宜，如果组装的粗糙，也不能充分发挥油封预定的功能。
⑴油封安装时外表面应涂上适当的润滑剂，唇口应涂上适合的清洁润滑脂，带有防尘唇的油封，应在主付唇间填满适合的清洁润滑脂，再进行装配。
⑵把油封的密封唇口端朝向密封介质一侧切忌反向装配。
⑶油封装入座孔时应采用专用工具推入防止位置偏斜。
⑷油封唇缘通过的螺纹键槽花键等处应采取各种措施来防止唇缘损伤，并用专用工具装配.
⑸油封应水平放入座孔，并均匀加压，请勿倾斜强制推进。
（六）油封的安装注意事项
1.领取固定数量的油封。
2.从油封领取到装配，必须保持干净。
3.装配前，做好油封检查，量好骨架油封各部位尺寸是否与轴及腔体尺寸相符，骨架油封在安装前，先将轴径的尺寸与油封的内径尺寸对照清楚，并相符合。
油封腔体内尺寸要与油封的外径宽度相适合，检查骨架油封的唇口有没有损伤、变形，弹簧有没有脱落、生锈。
防止油封在运输过程当中无平放、受外力挤压和撞击等影响，而破坏其平面圆度。
清洁装配部位，在轴的装入处（倒角）部份不能有毛刺、沙子、铁屑等杂物。
⑤在操作技巧上，可以用手感觉一下，是否光滑、真圆。
⑥骨架油封在安装前不要太早将包装纸撕开，防止杂物附著在油封表面而带入工作中。
装好油封的油封座，如果不是马上装机，则建议在上面用布覆盖防止异物附著油封。
涂锂基脂的手或工具一定要干净。
⑧骨架油封要平装，不能有倾斜的现象。
建议采用油压设备或套筒工具安装。
（七）骨架油封泄漏原因及排除方法
骨架油封属于动密封元件，“临界油膜”的存在，是油封密封的充分必要条件，无泄漏的密封是不允许的，也是不可能的。
因为润滑油膜的存在是保证油封刃口实现润滑摩擦所必不可缺的，而润滑油膜的存在，使得一定量的泄漏不可避免。
对旋转用油封，在使用过程中，如果在运行初期的50～100小时之内发生微量的泄漏是允许的。
随着运转时间的加长，泄漏会逐渐停止，往往这样的油封寿命比较长。
在有效使用期限内，微量的泄漏是允许的，否则，必须按照下述油封的常见故障原因及排除方法进行处理。
1．骨架油封不良，造成早期泄漏
表1－2骨架油封泄漏及排除方法
序号
故障
原因分析
排除方法
1
唇口不良
制造质量不佳，刃口有毛刺或缺陷
去除毛刺或更换油封
2
弹簧质量不佳或失效
制造质量不佳
更换油封弹簧
3
径向压力过小
弹簧过松，抱紧力过小
调整油封弹簧
2．装配不良，发生泄漏
序号
故障
原因分析
排除方法
1
唇口有明显伤痕
装配时，油封通过键槽或螺纹，划伤唇口
更换油封；重新安装时，要用护套，以保护油封唇口
2
油封呈蝶状变形
油封安装工具不当
重新设计、制造油封安装工具
3
油封唇口装配方向翻转或弹簧松脱
轴端倒角不当，粗糙度过低，或装配用力过大，致使油封唇部翻转或弹簧脱落
用细砂纸打磨轴端倒角，涂敷油脂，小心安装
4
油封唇部与轴表面涂敷油脂过多
装配时，油封唇部与轴表面涂敷油脂过多
待轴运转一段时间后，油脂即可减少而恢复正常
3．唇口磨损
序号
故障
原因分析
排除方法
1
润滑不良，唇口工作面磨损严重，宽度超过1/3以上，呈现无光泽
润滑不良，唇口发生干摩擦
保证润滑
2
轴表面粗糙度低于Ra≤0.8μm
轴表面粗糙度低，唇口磨损严重
提高轴表面粗糙度到Ra≤0.8μm以上
3
润滑油含有灰尘、杂质，或无防尘罩造成灰尘、异物等侵入
用油不洁，液压管路系统太脏；因灰尘等侵入唇部，引起异常磨损；轴上粘傅粉末硬粒；装配时，铁屑等刺入唇口；铸件型砂侵入唇口；轴上或油封唇口误涂漆料；油封弹簧抱得过紧
保证润滑清洁，加强管路系统清理；为了防止灰尘等侵入唇部，增设防尘装置；装配时，注意清洁，去除误涂的漆料
4
唇口径向压力太大，油膜中断，发生干摩擦
弹簧过紧
调整油封弹簧
5
安装偏心，唇口滑动出现异常磨损，最大与最小磨损宽度呈对称分布；主唇与副唇滑动面磨损痕迹的大小，两者随各自呈对称分布，但大小位置相反
箱体、端盖、轴偏心，致使油封偏心运转；油封座孔过小，不适当地压入油封，以致倾斜
保证箱体、端盖、轴的同心度要求；保证油封座孔尺寸要求
油封刃口处“临界油膜”的存在，对减少油封刃口磨损、增长油封寿命是十分有益的，尤其是当几个油封并列使用时，更应特别注意润滑油（脂）的供给。
否则，将因缺油形成干摩擦，致使油封被烧坏，一般选用锂基润滑脂最好。
为保证润滑脂的清洁，及时排除油脂中积存的杂质或其他有害杂质，定期更换润滑脂是重要的。
四、浮动油封：
1．浮动油封的密封原理
浮动油封是利用橡胶圈的变形弹力所产生的轴向力使两个浮动金属环经过研磨的端面相互紧贴而又相对滑动的机械密封组件。
①橡胶圈的截面为圆形或方形二种。
②浮动密封环在浮动油封中成对使用，由耐磨金属材料制成的端面经过研磨起密封作用的金属圆环。
③浮动油封座是煤矿机械输出轴密封部位加工有安装浮动油封组件的锥面内腔的零件。
2．浮动油封结构和基本尺寸
浮动油封是由两个浮动密封环和两个截面为圆形（或方形）橡胶密封圈组成的端面机械密封装置。
浮封环由耐磨金属材料制成，成对使用起密封作用，一个随转动件转动，另一个相对静止，两个浮封环互相紧贴的端面称为密封面，也称为亮带。
圆形（或方形）密封圈装在浮封环外锥面和浮封座锥面内腔之间，依靠其压缩变形使浮封环密封端面保持一定的轴向压紧力。
浮封环和圆形（或方形）密封圈分别安装在两件浮动油封座（以下简称浮封座）的锥面内腔内。
浮封的规格尺寸以浮封环的密封面公称外径来表示。
3．外观质量及安装要求：
①浮动密封环的密封面亮带应匀称而光亮，不应有划伤、拉毛、气孔、砂眼和裂纹等缺陷；其周边不应有碰伤和缺口。
锥面应外观平整、光洁，无明显凹凸及颗粒粘附。
②圆形（或方形）密封圈表面应无孔隙、裂纹、杂质、气泡等缺陷及明显的合模错位。
③浮封环和圆形（或方形）密封圈使用后应成套配对更换。
④装配中圆形（或方形）圈不应扭曲与装歪，圆形（或方形）密封圈与浮封环接触面上不应附带润滑油。
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