机械密封的设计与计算

1、密封端面间液体压力分布规律

在密封介质为液体的情况下，端面摩擦副的最佳上作状态是半液体摩擦，液体处于全部接触面积中，并认为摩擦副间隙内液体流动的阻力沿径向不变。这样间隙内的压力按线性变化，压力分布图为三角形(图22-11)

实际上间隙内部液体质点由于绕轴旋转作用有惯性力，当该力方向与液体流动方向相反时(内流式)其压力分布呈内凹形式;当惯性力与液体流动方向一致时(外流式)其压力分布呈外凸形式。液体的薪度对压力分布也有影响，低私度液体(如液态内烷、丁烷、氨)压力分布是外凸的，高郭度液体(如重润滑油)压力分布是内凹的。泄漏量对压力分布也有影响，泄漏啧极少时压力分布呈凹形，较大时呈凸形。

图22- 31 密封间隙压力分析

密封端面尺寸的确定

(1）端面宽度b

密封端面是由动环、静环两个零件组成的，动环和静环的材料一般选用一软一硬;为了使密封端面更有效地工作，相应地做成一窄一宽，软材料做窄环，硬环材料做宽环，这样窄环被均匀地磨损而不嵌人到宽环中去。当动环和静环都选用硬材料时，密封端面都做成窄环，并取相同的端面宽度。端面直径应尽可能地小，以降低摩擦端面的线速度。断面宽度b在材料强度、刚度足够的条件下，b值尽可能取小值。过大的b值只有坏处，因为它将使端面润滑、冷却效果降低，端面磨损、泄漏、功率消耗增加，而跳加工量也增加。在机封标准中用的石墨环、硬质合金环、填充四氟环、青铜环的端面宽度b所取的值见表22一5

表22-5 不同材料窄环的端面宽度b和高度h

宽环比窄环的b值大1～3 mm窄环高度h值主要从材料的强度、刚度以及耐磨损能力确定，一般取2～5 mm。标准中高度h值:石墨环、填充四氟环、青铜环都取3~mm硬质合金环取2 rnm

(2)间隙:如图22——18所示，静环内径Do与轴径的间隙(Do一d)一般取1~3 mm，标准石墨环、青铜环、填充四氟塑料环轴径在φ16~φ100时取2mm轴径在

φ110~φ120~时取2 mm。硬质合金环轴径在φ16~φ100时取2mm轴径在φ110~φ120时取3 mm

图22一18 动静环尺寸

(3)端面直径确定了密封面宽度b值和间隙后，就可以根据轴径d确定端面内径d1和外径d2。内径d1为轴径加间隙然后再加0~1 mm即可，这主要视加工难易程度而定，如硬质合金，加工困难就取0，加工方便则取1 mm。外径d2由d1加2b计算得。软环的端面内径、外径确定后，硬环的端面内径较软环内径小1~3 mm，外径大1~3 mm