密封结构设计
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1、O型 圈 密 封 结 构 设 计 1 xxxxx20 xx-xx-xx 2 O型 圈 密 封 结 构 设 计1、 O型 圈 概 述2、 O型 圈 密 封 原 理 和 要 求3、 O型 圈 材 料 特 性 及 选 择4、 O型 圈 密 封 的 设 计 原 则5、 O型 圈 密 封 沟 槽 设 计6、 O型 圈 的 性 能7、 O型 圈 失 效8、 O型 圈 的 变 形 发 展9、 O型 圈 生 产 制 造10、 问 题 3 1.0 O型 圈 概 述 O型 圈 是 一 种 界 面 形 状 为 圆 形 的 橡 胶 圈 , 是 液 压 气 动 中 应 用 最 广 泛 的 密 封 件 4 1.1 O型
2、圈 特 点 特 点 : 1尺 寸 小 装 拆 方 便2动 静 密 封 均 可 用3静 密 封 几 乎 没 有 泄 漏4单 件 使 用 双 向 密 封5动 摩 擦 力 小6价 格 低 5 2.1 O型 圈 密 封 原 理 O型 圈 密 封 是 一 种 挤 压 型 密 封 。 当 密 封 件 产 生 初 始 形 变 和 应 力 Pseal, PwPseal时 , 将 不 会 泄 漏 。 Pm=P0+Pp, Pp=K P。 Pm=P0+K P K为 介 质 压 力 传 递 给 O型 圈 压 力 的 系 数 ( 对 橡 胶 , K=1; 对 无 缝 钢 管 ? 复 合 密 封 圈 ? ) 因 此 ,
3、只 要 O型 圈 存 在 初 始 压 力 , 就 可 实 现 无 泄 漏 的 绝 对 密 封 。 O型 圈 密 封 是 一 种 自 密 封 结 构 。 6 2.2 O型 圈 密 封 压 缩 变 形 率 选 择 理 论 上 0压 缩 也 可 实 现 密 封 , 实 际 是 不 可 能 的 。 偏 心 工 作 载 荷 下 , O型 圈 拉 伸 , 变 细 , 就 可 能 泄 漏 低 温 橡 胶 收 缩 , 变 细 , 可 能 泄 漏 ( 低 温 会 造 成 橡 胶 加 速 老 化 , 失 去 补 偿 能 力 )一 般 断 面 有 7%-30%的 压 缩 变 形 率 , 静 密 封 取 大 的 压
4、缩 率 ( 15%-30%) , 动 密 封 取 小 的 压 缩 率 ( 9-25%)偏 心 7 2.3 O型 圈 受 内 压 、 外 压 选 择 受 内 压 O型 圈 外 径 与 沟 槽 外 径 相 同 受 外 压 O型 圈 内 径 与 沟 槽 内 径 相 同 防 止 出 现 在 工 作 压 力 下 出 现 O型 圈 直 径 变 小 。将 O 形 圈 安 装 在 沟 槽 内 时 , 要 受 到 拉 伸 或 压 缩 。 若 拉 伸 和 压 缩 的 数 值 过 大 , 将 导 致 O形 圈 截 面 过 度 增 大 或减 小 , 因 为 拉 伸 1%相 应 地 使 截 面 直 径 W 减 小 约
5、0.5%。 对 于 孔 用 ( 内 压 ) 密 封 , O形 圈 最 好 处 于 拉 伸 状 态 ,最 大 允 许 拉 伸 量 为 6%; 对 于 轴 用 ( 内 压 ) 密 封 , O 形 圈 最 好 延 其 周 长 方 向 受 压 缩 , 最 大 允 许 周 长 压 缩 量 为3%。 受 内 压 受 外 压 8 2.4 O型 圈 挤 出 原 理 9 2.4 O型 圈 允 许 挤 出 间 隙 最 大 允 许 挤 出 间 隙 gmax 和 系 统压 力 , O 形 圈 截 面 直 径 以 及 材 料 硬度 有 关 。 通 常 , 工 作 压 力 越 高 , 最大 允 许 挤 出 间 隙 gma
6、x 取 值 越 小 。 如果 间 隙 g 超 过 允 许 范 围 , 就 会 导 致 O 形 圈 挤 出 甚 至 损 坏 ,当 压 力 超 过 5MPa时 , 建 议 使 用 挡 圈 材 料 硬 度 压 力 MPa O形 圈 截 面 直 径 W 1.78 2.62 3.53 5.33 7.00 邵 氏 硬 度 A70 3.50 0.08 0.09 0.10 0.13 0.15 7.00 0.05 0.07 0.08 0.09 0.10 10.50 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 邵 氏 硬 度 A80 3.50 0.10 0.13 0.15 0.18 0.20 7.00 0.
7、08 0.09 0.10 0.13 0.15 10.50 0.05 0.07 0.08 0.09 0.10 14.00 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 17.50 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 邵 氏 硬 度 A90 3.50 0.13 0.15 0.20 0.23 0.25 7.00 0.10 0.13 0.15 0.18 0.20 10.50 0.07 0.09 0.10 0.13 0.15 14.00 0.05 0.07 0.08 0.09 0.10 17.50 0.04 0.05 0.07 0.08 0.09 21.00 0.03 0.04 0.0
8、5 0.07 0.08 35.00 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 10 2.4 O型 圈 允 许 挤 出 间 隙 11 2.5 O型 圈 压 缩 量 选 择液 压 -气 动 -静 密 封 液 压 -动 密 封 气 动 -动 密 封 和 材 料 有 关 的 O形 圈 圆 周 方 向 的 压 缩 力 12 3.0 O型 圈 材 料 特 性 13 3.1 O型 圈 材 料 特 性 比 较 图 14 3.2 O型 圈 材 料 特 性 排 序 15 3.3 O型 圈 材 料 硬 度 16 3.4 O型 圈 材 料 特 性 17 3.5 O型 圈 材 料 耐 化 学 性 18 3.6
9、O型 圈 材 料 耐 温 性 19 3.7 O型 圈 材 料 选 择 原 则外 界 因 素 :1, 工 作 状 态 : 动 密 封 , 静 密 封 ; 连 续 工 作 , 间 断 工 作 等2, 工 作 介 质 : 液 体 、 气 体 还 是 两 相 流 , 及 介 质 的 物 理 化 学 性 能 , 与 介 质 相 容 性3, 工 作 压 力 : 介 质 工 作 压 力 高 低 , 压 力 波 幅 , 瞬 时 最 大 压 力4, 工 作 温 度 : 瞬 时 温 度 和 冷 热 交 变 温 度5, 成 本 来 源 : 成 本 低 , 来 源 广O型 圈 的 硬 度 硬 度 :一 般 为 70-
10、90邵 氏 硬 度 , 静 密 封 选 低 值 70, 旋 转 密 封 取 高 值 80, 极 少 采 用 90。 20 4.0 O型 圈 设 计 原 则通 则 :O型 圈 密 封 是 挤 压 式 密 封 , 设 计 主 要 内 容 为 O型 圈 的 压 缩 和 拉 伸 。O型 圈 直 径 压 缩 和 拉 伸 。 a, 压 缩 量 过 小 : 泄 漏 b, 压 缩 量 过 大 : 应 力 松 弛 引 起 泄 漏 c, 拉 伸 量 过 大 : 界 面 直 径 减 少 太 大 而 引 起 泄 漏4.0 压 缩 率 设 计 : W%=(d 0-h)/d0。 a, 有 足 够 的 密 封 接 触 面
11、积 b, 避 免 永 久 变 形 c, 摩 擦 力 尽 量 小 圆 柱 静 密 封 : 10%-15%, 平 面 静 密 封 : 15%-30%。 往 复 运 动 密 封 : 10%-15%。 旋 转 动 密 封 : 内 径 比 轴 大 3%-5%, 外 径 压 缩 率 为 3%-8%。 低 摩 擦 用 密 封 : 一 般 为 5%-8%, 考 虑 介 质 和 温 度 引 起 的 膨 胀 , 如 超 过 15%, 重 新 选 材 。 21 4.1 O型 圈 设 计 原 则4.1 拉 伸 率 设 计 : W%=(d0+d)/(d0+d1)。 O型 圈 装 入 轴 中 后 , 一 般 会 有 拉
12、伸 , 如 果 无 拉 伸 ,装 配 时 容 易 脱 出 , 如 拉 伸 过 大 , 会 导 致 O型 圈 截 面 积减 少 太 多 , 出 现 泄 漏 。 一 般 其 拉 伸 量 为 1%-5%。 22 4.2 O型 圈 设 计 原 则4.2 接 触 宽 度 设 计 : O形 圈 装 入 密 封 沟 槽 后 , 其 横 截 面 产 生 压 缩 变 形 。 变 形 后 的 宽 度 及其 与 密 封 面 的 接 触 宽 度 都 和 O形 圈 的 密 封 性 能 , 其 值 过 小 会 使 密 封 性 受到 影 响 。 O形 圈 变 形 后 的 宽 度 Bo( mm) 与 O形 圈 的 压 缩 率
13、 W和 截 面 直 径 do有 关 ,可 用 下 式 计 算 Bo=( 1/(1-W)-0.6W) do ( W取 10%40%) O形 圈 与 密 封 面 的 接 触 面 宽 度 b( mm) 也 取 决 于 W和 d o: b=( 4W2+0.34W+0.31)do ( W取 10%40%) 一 般 情 况 , 考 虑 到 压 力 脉 动 和 抽 真 空 的 需 求 , Bo应 接 近 于 槽 宽 ,对 于 气 体 介 质 的 密 封 , Bo应 比 槽 宽 小 0.1-0.2mm; 对 于 液 体 介 质 的 密 封 , Bo应 比 槽 宽 小 0.2-0.5mm。 同 时 Bo不 应
14、大 于 槽 宽 , 否 则 承 压 后 可 能 会 减 小 密 封 接 触 宽 度 , 同时 减 小 密 封 接 触 应 力 而 导 致 泄 漏 。 有 压 力 脉 动 时 , 槽 宽 过 大 会 导 致 O型 圈 来 回 偏 移 , 出 现 磨 损 ; 槽 宽过 小 会 导 致 O型 圈 填 满 沟 槽 , 导 致 阻 力 过 大 。 bBo 23 5.0 O型 圈 沟 槽 设 计5.0 O型 圈 沟 槽 设 计 : 槽 体 积 比 O型 圈 体 积 大 15%左 右 。 设 计 参 数 : 形 状 , 尺 寸 , 精 度 , 粗 糙 度 , 对 于 动 密 封 , 需 要 计 算 相 对
15、运 动 间 隙 。 原 则 : 容 易 加 工 , 尺 寸 合 理 , 精 度 容 易 保 证 , 拆 装 方 便 。 a, 有 压 缩 3%-30%的 压 缩 。 b, 在 介 质 中 膨 胀 , 温 升 膨 胀 。 c, 太 窄 磨 损 , 太 宽 滚 动 磨 损 。 24 5.1 O型 圈 沟 槽 设 计5.2 O型 圈 沟 槽 深 度 设 计 : 槽 深 的 设 计 决 定 O型 圈 的 设 计 压 缩 量 , 沟 槽 深 度 加 上 间 隙 小 于 O型 圈 自 由 状 态 下 O型 圈 的 线 径 。 O型 圈 的 压 缩 量 由 内 径 压 缩 量 和 外 径 压 缩 量 ” 构
16、 成 。 ” ,O型 圈 安 装 时 受 拉 伸 ; 用 于 滑 动 密 封 , 如 活 塞 密 封 。 5.3 O型 圈 沟 槽 槽 口 和 槽 底 圆 角 设 计 : 槽 口 圆 角 : 防 止 O型 圈 装 配 时 出 现 割 伤 和 刮 伤 。 R=0.1 0.2 mm 过 大 , 过 小 会 出 现 什 么 情 况 ? ( 挤 出 和 割 伤 ) 槽 底 圆 角 : 防 止 出 现 应 力 集 中 , 动 : R=0.1 1.0 mm , 静 :R=d0/2 mm , 25 5.3 O型 圈 沟 槽 设 计5.4 O型 圈 沟 槽 槽 口 和 槽 底 圆 角 设 计 : 槽 口 圆
17、角 : 防 止 O型 圈 装 配 时 出 现 割 伤 和 刮 伤 。 R=0.1 0.2 mm 过 大 , 过 小 会 出 现 什 么 情 况 ? ( 挤 出 和 割 伤 ) 槽 底 圆 角 : 防 止 出 现 应 力 集 中 , 动 : R=0.1 1.0 mm , 静 :R=d0/2 mm , 5.5 O型 圈 沟 槽 表 面 粗 糙 度 设 计 : 静 密 封 : Ra=6.3 3.2, 动 密 封 : Ra=1.6 , 旋 转 密 封 : 轴 凹 槽 : Ra=0.4或 更 小 。A, 采 用 什 么 样 的 工 艺 来 加 工 沟 槽 比 较 好 。 B, 沟 槽 的 粗 糙 度 过
18、 大 或 过 小 会 出 现 什 么 问 题 。 26 5.4 O型 圈 沟 槽 设 计5.6 O型 圈 挡 圈 设 计 : 目 的 : 防 止 O型 圈 在 工 作 时 出 现 间 隙 咬 伤 和 挤 出 实 效 。 使 用 : 单 向 受 压 , 一 个 挡 圈 ; 双 向 受 压 , 两 个 挡 圈 。 27 5.5 O型 圈 沟 槽 设 计5.7 O型 圈 沟 槽 型 式 和 公 差 : 详 见 GB/T 34523 28 5.6 O型 圈 沟 槽 设 计5.8 O型 圈 密 封 常 见 型 式 : 轴 向 密 封径 向 密 封 接 头 密 封闷 塞 密 封 29 6.0 O型 圈 性
19、 能 抗 磨 损 30 6.1 O型 圈 性 能 密 封 性 能 31 6.2 O型 圈 密 封 要 求 稳 定 性 32 6.3 O型 圈 性 能 抗 挤 出 性 33 6.4 O型 圈 性 能 贴 合 性 34 7.0 O型 圈 失 效7.0 O型 圈 失 效 : O型 圈 常 见 的 失 效 原 因 有 材料 问 题 、 压 缩 变 形 、 间 隙 咬 伤 、扭 曲 现 象 、 磨 料 磨 损 、 表 面 粗糙 度 不 当 和 焦 耳 效 应 等 。 压 缩 变 形 , 如 右 图 所 示 : 35 7.1 O型 圈 失 效7.1 O型 圈 失 效 : O型 圈 磨 损 , 如 右 图
20、所 示 : 36 7.2 O型 圈 失 效7.2 O型 圈 失 效 : O型 圈 安 装 损 坏 , 如 右 图 所 示 : 37 7.3 O型 圈 失 效7.3 O型 圈 失 效 : O型 圈 爆 破 失 效 , 如 右 图 所 示 : 38 7.4 O型 圈 失 效7.4 O型 圈 失 效 : O型 圈 热 损 伤 和 氧 化 , 如 右 图所 示 : 39 7.5 O型 圈 失 效7.5 O型 圈 失 效 : O型 圈 扭 曲 滚 转 损 坏 , 如 右 图所 示 : 40 7.6 O型 圈 失 效7.6 O型 圈 失 效 : O型 圈 挤 出 失 效如 右 图 所 示 : 41 7.7
21、 O型 圈 失 效7.7 O型 圈 失 效 : O型 圈 膨 胀 失 效如 右 图 所 示 : 42 7.8 O型 圈 失 效7.8 O型 圈 失 效 : O型 圈 老 化 /氧 化 失 效如 右 图 所 示 : 43 7.9 O型 圈 失 效7.9 O型 圈 失 效 : O型 圈 非 典 型 失 效如 右 图 所 示 : 44 8.0 其 他 型 式 的 密 封 圈 O型 圈 的 常 见 的 变 形 型 式 45 9.0 非 标 O型 圈 制 造 1, 非 标 O型 圈 计 算 和 制 造2, 标 准 大 批 量 O型 圈 如 何生 产 ? 飞 边 如 何 去 除 ? 46 10 Question?
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