专业知识详解

1垫片

垫片是一种能产生塑性变形，并具有一定强度的材料制成的圆环。大多数垫片是从非金属板裁下来的，或由专业工厂按规定尺寸制作。其材料为石棉橡胶板、石棉板、聚乙烯板等，也有用薄金属板（白铁皮、不锈钢）将石棉等非金属材料包裹起来制成的金属包垫片，还有一种是用薄钢带与石棉带一起绕制而成的缠绕式垫片。普通橡胶垫片适用于温度低于120℃的场合；石棉橡胶垫片适用于水蒸气温度低于450℃、油类温度低于350℃、压力低于5MPa的场合，对于一般的腐蚀性介质，最常用的是耐酸石棉板。在高压设备及管道中，采用铜、铝、10号钢、不锈钢制成透镜型或其他形状的金属垫片。高压垫片与密封面的接触宽度非常窄（线接触），密封面与垫片的加工光洁度较高。

2垫片的作用

对于垫片，我们首先想到的是在拧螺母时加的那种垫片，通常圆形薄板垫片的中间会开一个漏洞，常用的这种垫片有两种，弹簧垫片和平垫片。这个垫片有什么作用呢？为什么要加这个垫片呢？平垫片的作用是增大螺母的接触面积，使其受力往螺钉的四周分散，可以防止因为拧螺钉时的转动和压紧过程而损坏被紧固件，比如导线、箱体表面；同时也使小螺钉可以用在较大的孔里。弹性垫片有两重作用，除了分散力以外，拧紧螺母以后，弹簧垫片给螺母一个弹力，抵紧螺母，使其不易脱落。其实垫片更多用于两个物体之间的机械密封。原因很简单，机械加工表面不可能完美，垫片可以填补机械加工的不规则性。其通常由片状材料制成，如垫纸、橡胶、硅橡胶、金属、软木及毛毡，特定应用的垫片还可能含有石棉。

本实例中的垫片属于油泵密封垫片，一般都是冲压加工出来的。在非标件和特殊用途的情况下，也可以通过线切割来加工，其成本也自然会高很多。油泵垫片因其材料成本低、结构简单、位置不显眼而不常被人们重视，可往往就是这不起眼的垫片会引起油泵不出油的故障。

油泵把油抽上来主要依靠油泵里的叶片形成的真空腔，即油泵中的转子在转动过程中，通过叶片在进油口处形成的真空腔。对于新安装的油泵应该使油泵和管道中都灌上油，使之充满油液，这样叶片之间的空间也就充满了油液（现在新技术的油泵有的不用在油泵里加油）。开机后，两个叶片之间形成的这个充满油液的腔在随转子转动的过程中，由于叶片缩回到转子的键槽内而把油液排出；继续旋转后，再次伸出时形成的这个腔就是既没有油液也没有空气的真空腔。由于油罐中的油液与大气相通，因此油面大气压强为一个大气压，这样油面与真空腔之间就形成了气压差，在这个气压差的作用下，管道内的油液上移，油就被抽上来了。在油被抽上来的过程中，垫片起到了密封的作用，保证了真空腔的形成，油液便可顺利地被抽上来。因此，高压腔以下的油路任何一个位置的垫片（如泵垫、过滤器顶盖垫、波纹管两端的垫片等）若破损或位置不正都会影响真空腔的形成，从而可能导致油泵出现不出油的故障。

3油泵垫片失效的主要原因

油泵垫片失效的原因主要有以下几点。

（1）油泵作用在密封垫片上的压力不足

由于密封面上总是存在着微观的凹凸不平，加工时还可能在密封面上加工出若干环形沟槽，若保证密封，就必须对密封垫片施加足够大的压力，使其发生弹性或塑性变形以填充这些间隙。各种垫片材质压紧力的大小通常在密封垫片生产厂家样本或产品说明书中给出，也可通过实验决定。由于油泵装配时达不到垫片所需的压紧力，或由于在长期运行中的振动使压紧螺栓松动而使压紧力降低，以及由于垫片材质的老化变形而丧失垫片原来的弹性，都会使垫片失效而产生泄漏。

（2）油泵垫片的材质不够好

油泵垫片材质的内部组织或厚度不均匀，或使用了带有裂缝或褶皱的垫片以致垫片本身形成了间隙，当作用在垫片上的力使垫片所产生的弹性变形不足以完全填充这些间隙时，泄漏也就不可避免了。

（3）油泵垫片的材质与所输送的介质不相适应

油泵所输送化工产品的化学性质具有多样性，而且为提高燃油的燃烧值或改变其燃烧后的生成物而在燃油中加入了一些少量的添加剂往往会使燃油的某些性质发生变化，所以选择和输送介质相适的垫片材质并非易事，因而也经常发生由于不相适应而使垫片发生侵蚀，进而导致产生泄漏的现象。

4垫片的选择原则

对于要求不高的场合，可凭经验选取垫片，不合适时再进行更换。但对于那些要求严格的场合，例如易爆、剧毒、可燃气体以及强腐蚀性的液体设备、反应罐和输送管道系统等，应根据工作压力、工作温度、密封介质的腐蚀性及结合密封面的形式来选用垫片。一般情况下，常温低压时，选用非金属软密封垫；高温中压时，选用金属与非金属组合密封垫或金属密封垫；在温度和压力有较大波动的情况下，选用弹性好的或自紧式密封垫；在低温、腐蚀性介质或真空条件下，应考虑具有特殊性能的密封垫。

5法兰连接垫片

这里需要说明的是法兰情况对垫片选择的影响。关于法兰，我们将在另外一个实例中详细介绍，法兰形式不同，要求使用的垫片也不同。光滑面法兰一般只用于低压，配软质的薄密封垫；在高压下，如果法兰的强度足够，也可以用光滑面法兰，但应该用厚软质垫，或者用带内加强环或加强环的缠绕密封垫。金属垫片不适用这种场合，因为这时要求的压紧力过大，会导致螺栓有较大的变形，使法兰不易封严。如果要用金属垫片，则应将光滑面缩小，使其与垫片的接触面积减小。这样，在螺栓张力相同的情况下，缩小后的窄光滑面的压紧应力就会增大。

另外，法兰表面的粗糙度对密封效果影响很大，特别是采用非软质垫片时，密封表面粗糙度值大是造成泄露的主要原因之一。例如，车削法兰面的刀纹是螺旋线，使用金属垫片时，如果粗糙度值较大，垫片就不能堵死刀纹所形成的螺旋槽，在压力作用下，介质就会顺着这条沟槽泄露出来。软质密封垫对法兰面的光洁程度要求低很多，这是因为它容易变形，能够堵死加工刀纹，从而防止了泄露。对软质垫片，法兰面过于光滑反而不利，因为此时发生界面泄露阻力变小了。所以，垫片不同，所要求的法兰表面粗糙度也不相同。

以上仅对我们学过但容易被忽略的垫片做了简单的介绍，机械设计中这种小部件影响全局的情况比较多，希望引起重视与注意。本实例所绘垫片属于模具上面的定位圈，广义上也属于法兰。

任务2 绘制联动夹持器垫片