机械密封的设计制造与研究_毕业设计论文(编辑修改稿)

机械密封的设计制造与研究_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

金、铅、铝等。 当使用温度≤ 170℃时选择浸渍树脂；反之，选择浸渍金属。 浸渍树脂具有良好的耐腐蚀性能。 酚醛树脂耐酸性好，环氧 树脂耐碱性好，呋喃树脂耐酸又耐碱。 因此，浸渍呋喃树脂石墨使用最为普遍。 32JF中静环即为呋喃树脂材料。 2)硬质合金是机械密封中另一广泛使用的摩擦副材料。 这里的硬质合金主要是碳化钨 (WC)，常用的WCCo为类。 WCCo是由硬度极高的难熔钨碳化物加 Co作为粘结剂用粉末冶金方法压制烧结而成的。 WCCo具有极高的硬度和强 度，良好的耐磨性及抗颗粒冲刷性，导热率较高线膨胀系数较低，并且有 一定的耐腐蚀性，能耐一般温度下的硫酸和氢氟酸以及沸点下的苛性钠等腐蚀，不耐盐酸和硝酸。 但是，WCCo材料的冲击韧性低而脆性高，机 械加工困难，且价格较贵。 ９ 机械密封的辅助圈包括动环密封圈和静环密封圈。 根据其作用，要求辅助密封圈从材料 上 具有良好的弹性、低的摩擦系数，能耐介质的腐蚀熔胀，耐老化。 在压缩之后及长期工作中具有较 小的永久变形，在高温下使用有不粘着性，低温下不脆硬而失去弹性。 另外也要求材料来源方便，成本低廉。 辅助密封材料主要使用各种橡胶、聚四氟乙烯等。 橡胶是一种弹性很好的高分子材料。 具有良好的弹性和一定的强度，具有较好的气密性、不透水性耐磨、耐温、耐压、耐腐蚀性能，是一种广为采用的辅助密封圈的材料。 橡胶密封圈除上述优点外，由于其弹性大而可以在较大的公差范围内仍能保持密封不泄漏，且制造容易。 其缺点是摩擦系数比较大，弹簧向前推进时阻力较大，在高温时易产生粘着或老化。 机械密封圈一般均选用各种合成橡胶。 下面介绍几种合成橡胶： (1)丁晴橡胶 丁晴橡胶是丁二烯与丙烯的共聚物。 它以优异的耐油、抗老化著称，并且具有耐热、耐磨、耐腐蚀等性能，广泛应用与接触汽油及其他油类的设备。 它也能耐碱和非氧化性稀酸腐蚀，不耐氧化性酸 （如硝酸、铬酸等）、芳烃、脂、酮、醚、卤代烃等腐蚀。 低温下也不宜 采用。 (2)氟橡胶 氟橡胶 是氟原子的一种高分子弹 性体，具有耐高温、耐油、及耐多种化学药品浸蚀的特点。 目前氟橡胶有 三个品种： FPM2301,及氟橡胶 2311，具有优异的耐强酸功能； FPM2602，及氟橡胶 2641，耐热性能优于 FPM2301，但工业性能较差 FPM2461，及氟橡胶 246，其耐热耐溶剂性能比 FPM2602还要好。 目前制造密封辅助圈采用的氟橡胶主要是 FPM2602。 它可以在 250℃下长期使用， 300℃下能短期使用，其耐腐蚀性能是弹体中最好的一种，但低温性能较差价格贵，限制了其使用范围。 (3)硅橡胶 硅橡胶是一种线性高 分子弹性体。 具有很宽的使用温度范围（ 100～ 350℃）和很高的热稳定性，一般可在 200～ 300℃下长期使用。 主要用于高低温下的动植物油、矿物油、氧、弱酸和弱碱物质的密封。 其缺点是强度低、不耐磨、价格高。 机械密封对弹簧的材料的要求是能耐介质的腐蚀和长期工作不降低或失去弹性。 常用的弹簧材料有 磷青铜、碳素弹簧钢（ 65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA等）、铬钢（ 3Cr1 Cr13等）、不锈钢（ 1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti）等。 磷青铜弹簧在海水、油类介 质中使用效果良好；碳素弹簧钢用在化学中性介质中；不锈钢弹簧适用于强腐蚀性介质。 机械密封其它零件包括弹簧座、动环座、静环座、传动零件及固定环等，对他们的要求是有足够的强度和耐腐蚀性，在设计、制造及选用中应综合考虑。 在使用参数较高且有腐蚀性的场合应选择铬钢或不锈钢；对于使用参数较低、腐蚀性不强的场合，也可采用一般碳钢材料。 内装式机械密封由于零件均与介质接触，故 对 材料的要求较高。 １０ 主要零件的尺寸确定 密封端面尺寸的确定 端面宽度 b 具体结构如图 所示： h b d d1 D1 D2 图 端面有关尺寸 b端面宽度 h端面高度 d轴径 d1轴套直径 D1密封端面内 径 D2密封端面外径 密封端面是由动环、静环两 个零件组成的。 动环和静环密封端面为了有效地工作，相应的做成一窄一宽。 软材料做窄环，硬材料做宽环，使窄环被均匀的磨损而不嵌入宽环中去，此时软材料的端面宽度为密封端面的宽度 b。 当动环和静环都选用硬材料时密封端面都做成窄环，并取相同的宽度ｂ。 端 面 宽度 b 在材料强度、刚度足够的情况下，尽可能取小值。 过大的ｂ值使端面润滑、冷却效果降低，端面磨损、泄漏、功率消耗增加，而且加工量增加。 硬环端面的宽度应比软环大 1~3ｍｍ。 32JF 密封的静环（石墨）、动环（ YG6）为一软一硬情况，故静环（密封环）的端面宽度即为密封端面宽度ｂ。 此宽度可根据密封的型式、材料、轴径由“泵用机械密封”标准中查表得到。 32JF（平衡型）查表取得端面宽度ｂ为 3mm。 端面高度 h 端面高度ｈ一值主要从材料的强度、刚度以及耐磨损能力确定，一般取 2~3mm,也可由 ”泵用机械密封 ”标准查得。 32JF 中取的 高度ｈ为 2mm。 间隙 因为轴与静环相对运动，所以必须留有一定的间隙。 静环内径 D 与轴套（或轴）的间隙（ Dd）一 １１ 般取 1~3mm（具体尺寸根 据安装精度、轴的偏摆程度及轴径大小确定）。 在 32JF 密封组件中为静环嵌套在静环座内，所以此处 D 应代表静环座内径。 此值也可由查表取得 Dd=2mm。 对于动环为保证其浮动性 ,以补偿轴与静环的偏斜 ,轴的振动而造成的摩擦副不贴合和比压不均匀等情况 .一般它与轴的配合间隙依轴径大小取 ~1mm。 动环与轴的间隙也不可能过大，过大的间隙会造成 O 形圈卡入间歇而造成密封失效，尤其在高压时更要注意。 32JF 中取 的间隙为。 无论是动环或是静环，与轴的间隙还应考虑到机械密封工作时热膨胀系数不同的影响，在温度较高时要进行核 算，以保证合理的间隙。 密封端面直径 的确定 载荷系数：密封流体压力作用在补偿环上（在 32JF中指的 静 环），使其对于非补偿 环（ 动 环）区域闭合的有效作用面积（载荷面积）与密封环的 面积之比称 为载荷系数。 用 K表示。 对于 32JF 内装型密封 ： K=载荷面积 /接触面积 =A/ A1 = (D22D12)/( D22d12) () 当载荷系数 K，密封端面宽度 b 和动、静环内径与轴的间隙确定以后，就可根据轴（或轴套）直径，按下列方法计算密封端面直径（ 参见图 ） D1 = ( 4bk+4d1218b2k(1k) )/2 () 再由 D2 =D1+2b () 即可求得密封端面外径 D2。 密封圈尺寸的确定 密封圈的内径及断面公称尺寸是根据密封部位的相关尺寸确定的。 考虑橡胶 O 形圈与聚四氟乙烯V形圈的互换性，在设计时取相同的公称尺寸。 为保证其密封性能，密封圈 必须有一定的压缩量如图 : 图 O 形圈有关尺寸 压缩量 为 (ab)/a。 O形圈的压缩量一定要掌握适当，过小会使密封性能差，过大会使安装困难，摩擦阻力加大，且浮动性差。 O形圈内径尺寸偏差一般取 ～。 １２ 当密封端面磨损时，由于压缩弹簧伸长，使补偿环产生轴向移动进行补偿，此时弹簧力下将。 为保证机械密封在整个密封期间密封端面的比压变化不大，始终具有良好的密封性能，则要求弹簧力数值下降量不超过 10～ 20％，同时由于机械密封要求结构紧凑，因此弹簧应尽量短。 与一般弹 簧比较其特点是节距大 、 圈数少。 机械密封中用的最多的是圆柱螺旋弹簧。 其设计计算通常是根据选定的弹簧比压 Pc 和密封端面接触面积 A来计算弹簧的工作载荷 F2，再根据选定的弹簧材料及假定的弹簧中径 D弹簧。