密封性能的思路和方法稿件

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1、1提高机械产品密封性能的思路和方法一拖（洛阳）工程机械有限公司 王铭奎 邢鹏飞 王 霞摘要 分析阐明了机械产品密封机理，指出了提高机械产品密封性能的措施 及研究方向。对机械产品的密封设计和制造具有指导意义。 关键词：密封 泄漏 泄漏间隙 密封性能是评价机械产品质量的一个重要指标，提高密封性能对于防止“三漏 ” （油、水、气）、保证安全运行、提高主机可靠性和效率、节约能源、保护环境都 具有重大意义，在强调经济和社会持续发展的21世纪，这一指标在机械产品中的重要 性尤为突出。世界各国均重视密封技术的研究和应用。 密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏，以及外界杂质如灰尘、水 分等侵入的一门技术

2、。研究密封技术要从理解密封的机理着手，理解密封的机理 可以从剖析密封的对象泄漏着眼。 通过密封的物质传递称为泄漏2，造成泄漏的原因可概括为两个：一个是密封面上有间隙、另一个是密封两侧有压力差或浓度差。显然，消除（或减轻）任一 因素均可阻止（或减少）泄漏，也即实现了密封。在机械产品密封中，间隙因素 对密封的性能有着最本质的影响。 追溯间隙因素的形成原因：一方面是由制造误差形成的，另一方面则是密封 失效所致。制造误差包括机械产品零件密封结构制造误差、密封装配误差、密封 件制造误差；密封失效包括机械产品零件密封结构失效（如变形、裂纹、磨损等） 和密封介质（象密封件、密封胶等）失效。 多年的工作实践和

3、综合分析研究表明：设计和生产标准化程度都已很高的密 封件的制造误差发生的机率很低，而密封胶又具有很强的可塑性，解决密封介质 失效问题必须改进密封介质的原材料性能，提高密封介质的原材料抗老化能力； 导致间隙形成的主要原因是密封结构设计不合理、机械产品密封结构加工误差、 装配误差，因此，提高机械产品密封性能可以从增强密封介质的原材料性能、密 封设计技术革新和机械产品密封结构制造质量（密封结构加工、产品装配）控制 三个途径着手去解决。 一、密封设计技术持续革新 可靠的密封设计技术是获得可靠密封性能的前提。密封技术设计主要是密封 结构设计。 通常的机械产品密封技术设计是根据个人经验和机械设计手册上有关

4、密封设 计资料选用的。由于密封件的标准化，往往在设计过程中先根据工况即工作温度、 工作压力、运动速度、流体介质选用相适应的密封件。然后再根据密封件的结构 形状设计机械产品上的密封结构。 事实上普通技术资料象机械设计手册 等所能提供的密封技术适用范围是有 限的，而且，细读此类资料时我们会很容易发现它们的作者在表述有关密封技术2数据时均冠以 “常用 ”二字。因此，这种设计方法设计的密封结构在一般机械产品中能 够适用，而当机械工作性能（速度、温度、腐蚀性能）、人对工作效率的要求日渐提高， 应用一般密封设计技术的机械产品密封结构，其密封性能时常难以满足工作要求。这可 通过密封结构的设计技术改进或创新来

5、解决。以 橡胶O形圈密封技术发展为例，“八五 ”期间，汽车、摩托车及工程机械行业 的迅速发展，对密封圈的质量提出了更高要求，高压和变量液压系统的出现，普 通的密封圈已完全不能适应。在这种情况下，我国引进了以O形圈为基础的组合密封这 一新型密封技术3。1. 滑环式组合密封 结构如图 1所示：图1 滑环式组合密封由一个丁晴橡胶 O形圈、一个充填聚四氟乙烯滑环、两个尼龙导向环组成。O形圈 起静密封作用，提供弹力并对滑环的磨损起补偿作用聚四氟乙烯耐磨环紧贴密封 面，并产生相对运动形成密封，导向环改善密封偶合面的接触，使密封效果更佳。 目前这种密封方式已由广州机床研究所密封分所国产化，使用效果好，已广泛

6、应 用于连铸机、板材机、工程机械的往复运动油缸中。但由于滑环厚而无弹性，故 生成油膜也厚。使用寿命比普通橡胶O形圈高十几倍、甚至几十倍。 2. Y-O型组合密封3美国 派克公司研制出的 一种Y-O型组合 密封，其结 构如图2所示， O形圈由丁晴橡 胶制 成， Y圈由 充填 聚四氟 乙烯制成， 并使O形圈 的 直径略 大于Y圈的 沟槽， 以提 供 初始的侧 压 力。当 有高压时， O圈提供一 个 附加的 侧压力， 使Y圈唇部保 持 密封。 这种组合密 封的径 向补 偿 作用较 好，起动摩擦力 和动摩擦 力都很小，运动平稳、 寿命长。图2 Y-O型组合密封 二、严格控制机械产品密封结构制造质量 密

7、封结构的制造过程是密封设计技术实施的重要过程，如果制造质量差，再好的密 封设计技术也无法使主机有可靠的密封性能。 能够影响密封性能的制造方面，主要有密封结构的加工、装配，以及相应的检测技 术。 1. 控制密封结构的加工精度 泄漏间隙是一个很小的量，密封结构制造中应严格控制，应严格按设计技术条件加 工，密封结构尺寸过大或过小都会影响正常的密封性能。 如图3所示， 是T140推土机转向液压系统的其中一处密封结构：该结4图 3 转向液压系统密封结构 构由转向离合器压盘、联结盘、扩口密封环（见图3） 、轴承座构成。转向离合器工作时， 由聚四氟乙烯加填料制成的密封环随联结盘转动而转动，沿图示箭头流动的液

8、压油有部 分渗往轴承座和联结盘的结合面，在离心力和少量渗向轴承座和联结盘的结合面液压油 压力共同作用下，扩口密封环扩口自动张开形成一个圆环，压在轴承座孔内园面和联结 盘密封沟槽侧面上，联结盘、扩口密封环、轴承座液形成密封，使液压油在密封腔内 沿图示箭头方向流动， 转向离合器压盘在油压作用下打开转向离合器，实现主机自由转向。图4 扩口密封环在我主持的首批 T140推土机试制中，联结盘的密封沟槽加工出现误差而不合格， 其加工尺寸比设计要求的小，结果，在主机试车过程中，装在联结盘的密封沟槽内的扩 口密封环不能在离心力下自动打开，造成部分液压油从联结盘和轴承座结合面间溢出密 封腔，密封失效，在液压油流

9、量一定的情况下，密封腔内压力达不到工作要求，转向离 合器无法工作，主机转向失灵。 2. 提高密封结构的装配质量 密封结构的装配是机械产品装配中一项很关键的工作，因为密封结构是一种比较精 密的结构，密封性能的实现来自于密封结构的微小变形，尽管是有关橡塑密封圈的密封 结构具有弹性，如果装配不当，密封件也会变形、扭曲、划伤甚至撕裂，这就会造成早 期泄漏或密封件的早期老化，而后导致整个密封结构失效。 正确的装配方法如下： （1） 在装配密封结构前，先将密封件和密封结构件清洗干净，然后用目测检查密 封结构件是否有变形、毛刺、缺口、划痕，密封件外观看是否有如错位、开模、缩裂、 修边过量、流痕、凹凸缺陷等，

10、发现问题可用工具显微镜或投影仪复查，在几何尺寸检 查上应力求准确，尤其对橡塑密封件的检测，由于其柔性，测量准确度难把握，往往 误差较大，宜用棒锥测量，或者用大型投影仪、工具显微镜、断面自动测量仪等非接5触测量方法。 （2）对于不同的密封件要用专用的工装装配，不能简单地用改刀、铁丝等带有锐 边、尖角的工具直接作用到密封件的密封面上。 以油封装配（图 5）为例，在油封、轴、装配孔上涂适量润滑脂 ，待轴固定到孔 内 后，将油封装入孔内，此时最好用机械压力机。压力机的压头或安装油封工具要比孔小， 但也不能小于 0.25mm，接触油封的部分必须平坦。宜压头只准压油封的骨架外园部分， 不准压骨架内部和其他

11、部位。如果不能使用压力机或不易装配时，可垫上衬套用木锤轻 轻敲打。直径大的油封或紧急安装时，可用木棒与安装孔成直角贴在唇口处来代替安 装工具。装配直径 500mm的油封，最好在周围对称的点同时敲打，但不论在什么情况 下，决不可用木锤直接敲打油封。 为充分发挥密封性能，安装好的油封半径方向偏位不超过0.25mm，且油封与孔的 中 心线必须相垂直。图5油封装配三、增强密封介质的原材料性能 密封材料的性能直接影响密封件的使用性能和寿命。在日常机械产品的密封技术设 计中，我们选用的设计手册上的密封件，其材料有时很难适应新工业技术的发展。为提 高机械产品的密封性能，我们可以选用高性能的材料来解决。提高密

12、封介质原材料性能 是获得可靠密封性能的重要途径，尤其是对在不断出现的高强度作业中使用的机械产 品。目前，我国使用新性能材料提高密封性能已取得新的进展。 特种工程弹性体取代低性能耐油橡胶、橡胶材料的低摩擦化改性、橡胶的极限化改 性都极大地提高了密封件的可靠性和使用寿命。 多种工程塑料具有优良的摩擦性能，加上它的强度、耐磨、耐高温、耐介质性能优 势，在密封系统的应用前景广阔。氟塑料有极低的摩擦系数、突出的化学稳定性和热稳 定性、耐腐蚀、自润滑、耐高低温性能。 聚氨酯高温改性后可耐 120，短期可耐 145，压缩永久变形性能优异。工程陶 瓷经聚合物改性后，弹性和韧性得到了提高3。陶瓷烧结新技术、合金

13、冶炼新技术不断应用到实践中，以此为材料制造的耐高温甚 至超高温密封件也正在冶金、深层石油钻井、航空、航天等领域发挥着巨大作用。6涂层密封技术是一种通过材料复合以提高密封件性能的一种技术，他实际上仍属于 通过改变原材料性能提高密封性能：比如在橡胶密封件表面等粒子喷涂PTEE氟塑 料涂层， 可以改变密封件的功能，如在滑动密封件上建立氟塑涂层，可降低表面摩擦系数，使气 动 密封件的滑动表面得到改善、降低始动推力、保证气动密封件的正常运行、延长工作寿 命。 结束语：机械产品密封性能对某个产品甚至某个企业的影响日渐重要，提高机械产 品密封性能应根据产品实际工况，打破传统的设计与制造陈规，密封技术设计者、密封 结构制造商和密封用户相结合，针对具体问题，运用新设计、新工艺、新材料制造出满 足日趋苛刻的工况条件的密封，提高主机密封性能、促进高新工业技术的发展、打造 出适应社会市场要求的产品。参考文献1. 李继和 .机械密封技术 .化学工业出版社， 1986.5。 2. 岑军健等编 .非标准设备设计手册.第三册 .国防工业出版社 .1983.12。 3. 刘良臣 .中国工程机械密封技术的回顾与展望.液压气动与密封 .2002.2。