1.1.2 密封的分类

密封分为动密封和静密封。动密封的密封偶合（配偶、配合）件间有相对运动；静密封的密封偶合（配偶、配合）件间没有相对运动。这两种不同的密封工作状态对密封件的要求也不同。

动密封件除了要承受液体工作介质压力，还必须耐受偶合件相对运动引起的摩擦、磨损（或磨耗）；既要保证一定的密封性能，又要满足运动性能的各项要求，包括运动零部件的支承和导向要求。根据密封偶合件间是滑动还是旋转运动，动密封又分为往复（运）动密封与旋转动密封。液压缸中的缸体（筒）与活塞、活塞杆与导向套间密封都是往复运动密封。根据密封件与偶合件的密封面的接触关系，往复运动密封又可分为孔用密封（或称外径密封、活塞密封）与轴用密封（或称内径密封、活塞杆密封）。孔用密封的密封件与孔有相对运动，轴用密封的密封件与轴有相对运动。往复运动密封如图1-1所示。

作者提示：

1）参考文献[21]提出，静态性能良好的密封，在活塞杆往复运动时可能发生可观的泄漏，这表明动密封和静密封的机理不同。其还提出，一般的液压密封指液压缸活塞密封和活塞杆密封。当范围更广、要求更严实时，还包括防止灰尘或外界液体进入系统的防尘密封。

2）在参考文献[53]中还有“孔密封”和“轴密封”这样的称谓，但其将“孔密封”和“轴密封”弄错了。

静密封又可分为平面静密封（轴向静密封）和圆柱静密封（径向静密封）及角静密封，它们的泄漏间隙分别是轴向间隙和径向间隙；根据液压工作介质压力作用于密封圈的内径还是外径，平面静密封又有受内压与受外压之分，液压工作介质可能从内向外泄漏的称为受内压平面静密封（外流式），液压工作介质可能从外向内泄漏的称为受外压平面静密封（内流式），如图1-2所示。圆柱静密封（径向静密封）参考图1-1。

按密封件的形状及密封型式，密封又可分为异（成）形填料（模压制品或模压成型密封件）密封和胶密封、带密封、压紧式填料密封。成型填料密封（件）[成型填料密封（件）是大部分参考文献中的一般表述，它是“异形填料密封”的同义词]泛指橡胶、塑料等材料模压成型的环状密封圈，如O形橡胶密封圈、Y形橡胶密封圈等。其结构简单紧凑、品种规格多、工作参数范围广、安装使用方便。

动密封根据密封偶合件偶合面的接触形式还可分为接触型密封与非接触型密封，接触型密封靠密封件在强制压力作用下，紧贴在偶合件密封面上，密封面与密封件之间处于仅有一层极薄（“厚度仅十分之几微米”，见参考文献[21]）的液压工作介质隔开的摩擦接触状态（或称为“润滑摩擦”）。这种密封方式密封性能好，但受摩擦、磨损条件限制，密封面相对运动速度不能太高，液压元件的大多数往复动密封都属于这种情况。接触式密封又分为压紧式密封和压力赋能型密封，压紧式密封靠轴向挤压装在密封沟槽中的密封填料，使其沿径向扩张，紧压在轴或孔上实现密封；压力赋能型密封是一种有自封能力的密封，成型密封圈中的O形橡胶圈、Y形密封圈等都属于这种密封。它们的工作原理是将密封圈装入密封沟槽中并与偶合件装配后，密封件通过弹性变形即对偶合件施以一个预压力，当密封件在一个方向受到密封工作介质的压力作用后，密封件进一步变形，密封面（线）接触压力（应力）增加，以适应密封工作介质压力的增加，保证密封。压力赋能型密封有挤压形和唇形两大类。挤压形的代表型式是O形橡胶密封圈，唇形的代表型式是Y形密封圈。非接触式密封是一种间隙密封，如活塞间隙密封，由于密封偶合面没有接触和摩擦，所以这种密封的摩擦、磨损小，起动压力低，使用寿命长，但密封性能较差。

作者提示，由参考文献[20]提出的“活塞杆的动密封及润滑机理决定于活塞杆带入密封截面液压流体的行为。”说明活塞杆的动密封及润滑是同时存在的。其还提出，对接触式动密封而言，从摩擦磨损角度来看，密封面应处于良好的润滑状态，故允许一定量的泄漏，以保证密封装置达到预期的寿命。

按密封件在密封装置所起的作用，又有主要密封与辅助密封之分。辅助密封的作用是保护主密封件不受损坏，延长主密封件的使用寿命，提高其密封性能。常见的辅助密封件有防尘圈、挡圈、缓冲圈、防污保护圈等。

此外，密封件还可按密封工作介质、密封材料、所密封的工作介质压力（密封压力）的不同等进行分类。

液压缸常用密封件类型见表1-1。

相关说明如下：

1）根据MT/T 1165—2011《液压支架立柱、千斤顶密封件 第2部分：沟槽型式、尺寸和公差》，蕾形密封圈和Y形密封圈可用于静密封。

2）JB/T 966—2005《用于流体传动和一般用途的金属管接头 O形圈平面密封接头》规定了垫圈DQG，材料为纯铜（GB/T 5231）并代替JB/T 1002—1977《密封垫圈》。

3）根据GB/T 17446—2012《流体传动系统及元件 词汇》，“3.2.499 填料密封件：由一个或多个相配的可变形件组合的密封装置，通常承受可调整的轴向压缩以获得有效径向密封。”只有V形组合密封圈符合此定义。

4）在JB/T 10205—2010《液压缸》中还规定，“活塞密封型式为活塞环密封……。”

5）还有非接触式密封，如JB/T 3042—2011《组合机床 夹紧液压缸 系列参数》规定的组合机床夹紧液压缸、DB44/T 1169.1—2013《伺服液压缸 第1部分：技术条件》（已废止）规定的伺服液压缸上的间隙密封等，但在其他液压缸密封中很少采用。

1.挤压型密封圈

在挤压型密封圈中，橡胶挤压型密封圈应用最广，类型最多。按GB/T 5719—2006《橡胶密封制品 词汇》，以其截面形状命名的橡胶密封制品（挤压型橡胶密封圈）有O形橡胶密封圈、D形橡胶密封圈、X形橡胶密封圈、矩形橡胶密封圈、蕾形橡胶密封圈和鼓形橡胶密封圈等。

其他见于各密封件制造商产品样本的还有角-O形橡胶密封圈、方矩形橡胶密封圈、三角形橡胶密封圈、T形橡胶密封圈、心形橡胶密封圈、哑铃形橡胶密封圈和多边形橡胶密封圈等。

O形圈和异形截面O形圈如图1-3所示。

（1）O形橡胶密封圈

1）截面为O形的橡胶密封圈。O形橡胶密封圈一般多用合成橡胶模压制成，是一种在自然状态下（横）截面形状为O形的橡胶密封件（或称横截面呈圆形的橡胶密封圈）（在QJ 1495—1988《航空流体系统术语》中给出的术语“O形密封圈”的定义为截面形状为O形的密封件）。O形橡胶密封圈（以下简称O形圈）具有良好的密封性能，能在静止或运动条件下使用，可以单独使用即能密封双向流体；其结构简单、尺寸紧凑、拆装容易，对安装技术要求不高；在工作面上有磨损，中高压或/和间隙大时需要采用（加装）抗挤压环（挡环或挡圈）以防止挤出而损坏；O形圈工作时，在其内径上、外径上、端面上或其他任意表面上均可形成密封。因此，其适用工作参数范围广，工作压力在静止条件下可达63MPa或更高（有参考文献介绍可达200MPa），往复运动条件下可达35MPa；选用不同的密封材料，其工作温度范围为-60～200℃；线速度可达3m/s（一般限定在0.5m/s以下）；轴径可达3000mm。

作者提示，在北京凯铭工贸有限公司2021版《液压气动密封件产品手册》（卡斯塔斯《液压与气动密封件技术手册》）中称O形圈用挡圈为“承托环”。

当O形圈用作往复运动密封时，有起动摩擦阻力大，易产生扭曲、翻滚的缺点，特别是在间隙不均匀、偏心量较大及在较高往复运动速度下使用时，更容易扭曲破坏。随着偶合件直（内）径的增大，扭曲倾向也会增大。因此，O形圈用于动密封时只能是在轻载工况或内部（活塞密封）往复动密封中使用较为合理。具体地讲，就是在小直径活塞、短行程、中低压力下的场合应用比较合适。

O形圈也可用作低速旋转运动及运行周期较短的摆转轴密封。

2）异形截面橡胶O形圈。不同于O形圈截面的其他一些特殊截面形状的挤压型密封圈，或可称之为异形截面O形圈。常用的是X形圈，也称为星形圈。

异形截面O形圈的开发与使用主要是为了克服O形圈的缺点，如翻滚、扭转和起动摩擦力大等缺点。以4个密封唇X形圈为例，与O形圈相比，由于X形圈的其中两个与运动表面接触的密封唇间可形成润滑容腔，因此具有较小的摩擦阻力和起动阻力。由于成型模具分型面开在截面凹处（与45°分型面O形圈道理相同），所以密封效果好。其非圆形截面可避免在往复运动时发生翻滚，现已有系列产品，一般可以在标准O形圈密封沟槽中使用。根据X形圈的上述特点，它主要用于动密封，但也可用于静密封，如其组合在低泄漏同轴密封件中的应用等。除X形圈、哑铃形圈在后面还有专门介绍，其他异形截面O形圈很少在液压缸上实际使用，下面只做一些简单介绍。

①方（矩）形圈。其容易成形，安装不便，密封性较差，摩擦阻力较大，常作为静密封件使用。但有一个特例，可在汽车钳盘式液压制动器上的液压缸密封中使用。

②D形圈。其工作时位置稳定，适用于双向密封交变压力场合，主要用于往复运动密封。高压时要防止受到挤出破坏而引起密封失效。

③三角形圈。其工作时位置稳定，但摩擦阻力比较大，使用寿命短，一般只适用于特殊用途的密封。

④T形圈。其工作时位置稳定，耐振动，摩擦阻力小，采用5%沟槽压缩率即能达到密封，一般用于中低压有振动的场合，高压时要防止被挤出破坏。

⑤心形圈。其截面与O形圈截面相似，但摩擦因数比O形圈小，一般适用于低压旋转轴的密封。

⑥X形圈。形似两个O形圈，截面有4个突出密封部，在沟槽中位置稳定，摩擦阻力小，采用1%的沟槽压缩率即可达到密封，允许工作线速度较高。可用于旋转及往复运动而又要求摩擦阻力低的轴的密封。X形圈静密封也可采用，但主要用于动密封。

⑦角-O形圈。形似3个O形圈，有3个凸出部分，外侧两个凸出部分较高，使其在沟槽中位置稳定且压缩率大。有参考文献介绍，其工作压力可达210MPa（在参考文献[59]及其前两版中都有如上“可达210MPa”的表述，但作者未做过实机检验）。

⑧哑铃形圈。可以替代O形圈加挡圈用于静密封，非常耐挤出、耐扭曲，寿命长。工作压力最高可达50MPa，适用于有压力脉动和有污染物侵入的工况，在工程机械液压缸等上有应用。

⑨多边形圈。其摩擦阻力比O形圈小，泄漏量也比O形圈低。工作压力可达14MPa，在液压缸柱塞密封上有应用。

（2）非橡胶O形密封圈 常见的非橡胶材料O形圈是聚四氟乙烯O形圈（含氟塑料全包覆橡胶O形圈）和不锈钢空心管O形圈。由于聚四氟乙烯有工作温度范围宽，耐工作介质能力强，低摩擦因数等其他材料不具备的特性，所以在一些特殊场合也被制成O形圈来使用。聚四氟乙烯的弹性比橡胶差，在使用标准O形圈密封沟槽时，需要重新设计和试验，一般压缩率不应超过7%，并且主要用于静密封。

（3）同轴密封件 它是一种组合式密封组件，特点是通过将不同材料，不同功能的零件组合在一起，得到结构尺寸紧凑、低摩擦、寿命长的密封组合件。一般同轴密封件都是以塑料为（密封）滑环（或称塑料环）、橡胶为弹性体组成的，所以也有将这种组合密封定义为滑环式组合密封。由于滑环是由具有低摩擦因数和自润滑塑料制成，因此具有上述优点。其缺点是泄漏量一般比唇形密封件大，安装较为困难，经常需采用专用工具和规定的工艺方法安装。

在GB/T 15242.1—2017《液压缸活塞和活塞杆动密封装置尺寸系列 第1部分：同轴密封件尺寸系列和公差》中规定了方形和阶梯形两种同轴密封件，适用于以液压油为作用介质，压力≤40MPa，速度≤5m/s，温度范围为-40～200℃的往复运动液压缸活塞和活塞杆（柱塞）的密封。

①孔用方形同轴密封件。其是一种活塞密封的双向密封件，由密封滑环为方（矩）形塑料环与弹性体为矩形或O形圈组合而成。其温度范围取决于矩形或O形圈密封材料性能。

②孔用组合同轴密封件。其是一种活塞密封的双向密封件，由一个密封滑环、一个山形弹性体、两个挡圈组合而成。其温度范围取决于山形弹性体材料性能。

在JB/T 8241—1996《同轴密封件 词汇》中给出，术语“山形多件组合圈”的定义，即由塑料圈与截面呈山形的橡胶件多件同轴组合，由中间的塑料圈作摩擦密封面的同轴密封件。其与在GB/T 15242.1—2017中规定的“孔用组合同轴密封件”应是同一种同轴密封件。

在JB/T 8241—1996中给出了术语“齿形多件组合圈”的定义，即由塑料圈与截面呈锯齿形的橡胶件多件同轴组合，由中间的塑料圈作摩擦密封面的同轴密封件。其仅有术语和定义，但没有产品标准。

在GB/T 36520.1—2018《液压传动 聚氨酯密封件尺寸系列 第1部分：活塞往复运动密封圈的尺寸和公差》中规定了双向组合鼓形圈（T形沟槽组合鼓形圈和直沟槽组合鼓形圈），其是由聚氨酯耐磨环和橡胶弹性圈组成。

由于在GB/T 36520.1—2018中规定的双向组合鼓形圈的耐磨环（密封滑环）为聚氨酯材料，而不是“塑料圈”，因此只能称为组合密封件而不能称为同轴密封件。

③轴用阶梯形同轴密封件。其是一种活塞杆密封的单向密封件，由截面为阶梯形密封滑环与弹性体为O形圈组合而成。其温度范围取决于O形圈密封材料性能。

2.唇形橡胶密封圈

唇形橡胶密封圈具有至少一个挠性的密封（防尘）凸起部分，并且作用于唇部一侧的流体压力保持其另一侧与相配表面接触贴紧形成密封。更直白地描述为，在它们的截面轮廓中，都包含一个或多个角形的带有腰部的所谓唇口（或称为刃口）。按其（横）截面形状命名的唇形橡胶密封圈有Y形橡胶密封圈、Yx形橡胶密封圈、V形橡胶密封圈、U形橡胶密封圈、L形橡胶密封圈、J形橡胶密封圈和A（B、C）型（橡胶）防尘圈等，其中Yx形橡胶密封圈没有被GB/T 5719标准定义。

上述几种唇形密封圈的截面形状如图1-4所示。

（1）Y形橡胶密封圈 Y形橡胶密封圈（以下简称Y形圈）有等高唇Y形圈和不等高唇（高低唇）Y形圈[5]；根据其截面宽窄（截面的高度与宽度比例不同），又有宽截面Y形圈，窄截面Y形圈。一般宽截面等高唇Y形圈简称为Y形圈；窄截面等高唇Y形圈称为EY形圈。

Y形圈是一种单向密封圈，等高唇Y形圈有轴、孔通用的，也有同不等高唇Y形圈一样分轴用、孔用两种，尽管等高唇Y形圈轴用、孔用的截面形状区别不大，但确实应区分轴用、孔用的。例如，活塞用Y形圈——孔用等高唇Y形圈标记为Y80×65×9.5，表示密封沟槽外径为80mm、内径为65mm、轴向长度为9.5mm；活塞杆用Y形圈——轴用等高唇Y形密封圈标记为Y70×85×9.5，表示密封沟槽内径为70mm、外径为85mm、轴向长度为9.5mm，具体可参见GB/T 10708.1。

Y形圈的使用寿命和密封性能均高于O形圈。由于Y形圈的唇部比单一的V形圈宽，所以它的密封性能更好。Y形圈的动、静摩擦力变化小，在液压缸密封系统的往复运动密封装置中最为常用，但由于是单向密封，如要用于活塞这类需要双向密封的场合就要使用一对背对背安装的Y形圈，因此增加了轴向尺寸，并且安装也有一定困难，有时不得已还要把沟槽做成分离（开）式的。

Y形圈的特点是，使用单个密封圈只能实现单向密封，并且可用于较苛刻的工作条件。往复运动速度0.5m/s，间隙f为0.2mm时，工作压力范围为0～15MPa，间隙f为0.1mm时，工作压力范围为0～20MPa；往复运动速度0.15m/s，间隙f为0.2mm时，工作压力范围为0～20MPa，间隙f为0.1mm时，工作压力范围为0～25MPa。一般用于制造Y形圈的密封材料为丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氟橡胶，这三种密封材料的Y形圈产品在-20～80℃温度范围内使用都没有问题。

关于Y形圈是否需要加装支撑环和挡圈问题，GB/T 10708.1—2000《往复运动橡胶密封圈结构尺寸系列 第1部分：单向密封橡胶密封圈》中没有提及，但有的参考文献中介绍，当压力波动很大时，等高唇Y形圈需要使用支撑环，而不等高唇Y形圈不需要使用支撑环。对使用丁腈橡胶制造的Y形密封圈，当工作压力范围为14～31.5MPa时，需要使用挡圈；使用聚氨酯橡胶制造的Y形圈，当工作压力范围为31.5～70MPa时，需要使用挡圈。Y形圈使用支撑环作者没有经验，但使用挡圈却有实践经验，就是比照Yx形圈使用挡圈条件决定是否设置挡圈的，即当工作压力＞16MPa时就考虑加装挡圈，工作压力≥25MPa时就加装挡圈，实际效果很好。

（2）Yx形密封圈 Yx形密封圈（以下简称Yx圈）也是一种唇形橡胶密封圈，分轴用、孔用两种，分别符合JB/ZQ 4265—2006《轴用Yx形密封圈》和JB/ZQ 4264—2006《孔用Yx形密封圈》。这两个标准分别规定了Yx形圈的型式、密封沟槽的尺寸和极限偏差。Yx形圈适于在温度（范围）-20～80℃、工作压力≤31.5MPa条件下使用。

Yx形圈的截面高度比厚度大1倍或还多，使用时不易在沟槽内翻转，即使在工作压力和运动速度变化较大时，也不需要加装支撑环。使用Yx形圈时，一般不设挡圈。当工作压力＞16MPa时，或者在运动副有较大偏心量及间隙较大的情况下，可在密封圈支承面放置一个挡圈。需要说明的是，有的参考文献将GB/T 2879—2005《液压缸活塞和活塞杆动密封 沟槽尺寸与公差》中所规定的沟槽当作Yx形圈规定使用的沟槽，这是不正确的。

（3）V形橡胶密封圈 V形橡胶密封圈（以下简称V形圈）是唇形橡胶密封圈的典型形式，也是唇形橡胶密封圈中应用最早和最广泛的一种。根据GB/T 17446—2012《流体传动系统及元件 词汇》中定义的术语，现将其归类为“填料密封件”。其特点是耐压和耐磨性好，可根据压力大小重叠数个一起使用，但缺点是体积大、摩擦阻力大，并且必须采用分离（开）式密封沟槽，一般还需密封沟槽长度尺寸可调。在液压缸中主要用于活塞和活塞杆的往复运动密封，既可密封孔（活塞密封），又可密封轴（活塞杆密封），但它很少用于旋转密封和静密封。V形圈很少单独使用，它通常与压环和弹性密封圈或支撑环叠合使用，称为V形组合密封圈。在具体使用中，通常由1～6个V形圈叠加在一起并与压环和支撑环（或弹性密封圈）组成一个V形组合密封圈，构成一道或多道密封，具有很好的密封效果。这样一个V形组合密封圈的工作压力可达60MPa或更高。V形圈的工作压力，橡胶V形圈一般为31.5MPa，夹布橡胶V形圈可达60MPa或更高；工作温度范围为-30～100℃或更高。

作者提示：

1）在GB/T 17446—2012中给出的术语“填料密封件”的定义为“由一个或多个相配的可变形件组成的密封装置，通常承受可调整的轴向压缩以获得有效的径向密封。”在JB/T 6612—2008中给出的术语“压紧式填料”的定义为“质地柔软，在填料箱中经轴向压缩，产生径向弹塑变形以堵塞间隙的填料。”在JB/T 6612—2008中将V形圈归类为“唇形填料”而不是“压紧式填料”。

2）在芬纳集团的《HALLITE流体动力密封件》2019年版产品样本和派克汉尼汾公司《派克液压密封件》2021年版产品样本中已经没有V形组合密封圈了。

（4）U形橡胶密封圈 U形橡胶密封圈（以下简称U形圈）是现在液压缸密封中使用最广泛的密封圈之一，也是一种唇形橡胶密封圈，无论是用于活塞或活塞杆密封都能获得良好的密封效果。

奇怪的是，作者在编写本书第1版时几乎查遍了现行的国内标准，也没有找到U形圈，只是在GB/T 5719—2006《橡胶密封制品 词汇》中有一个U形圈定义，而国外密封件制造商产品样本中却鲜见Y形圈。U形圈也同Y形圈一样，有等高唇和不等高唇两种，一般等高唇U形圈轴、孔通用，也就是说可用于活塞密封，也可用于活塞杆密封；不等高唇U形圈分活塞密封和活塞杆密封。

在GB/T 36520.1—2018中规定了活塞往复运动聚氨酯单体U形密封圈；在GB/T 36520.2—2018中规定了活塞杆往复运动聚氨酯单体U形密封圈。

为了改善润滑条件，降低摩擦力，延长使用寿命，还有一种所谓双唇U形圈（作者认为应该称为双封U形圈）。为了提高U形圈的抗挤出能力，还有在U形圈底部嵌有塑料挡圈的U形圈，以及既具有双唇又嵌有塑料挡圈的U形圈。

U形圈是截面为U形的橡胶密封圈。在其U形内嵌有O形圈或其他形状的弹性体（橡胶）成为另一种型式的U形圈。这种U形圈密封在低温、低压工作介质中性能更好，抗冲击，耐高压且密封性能稳定，本书将其归类为非典型U形圈，或者可称为（预）加载U形圈。