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文檔簡介

1、,O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計,1,Li Qiang 2011-01-07,2,O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計,1、O型圈概述 2、O型圈密封原理和要求 3、O型圈材料特性及選擇 4、O型圈密封的設(shè)計原則 5、O型圈密封溝槽設(shè)計 6、O型圈的性能 7、O型圈失效 8、O型圈的變形發(fā)展 9、O型圈生產(chǎn)制造 10、問題,3,1.0 O型圈概述,O型圈是一種界面形狀為圓形的橡膠圈,是液壓氣動中應(yīng)用最廣泛的密封件,4,1.1 O型圈特點,特點: 1尺寸小裝拆方便 2動靜密封均可用 3靜密封幾乎沒有泄漏 4單件使用雙向密封 5動摩擦力小 6價格低,5,2.1 O型圈密封原理,O型圈密封是一種擠壓型密封。當密封件產(chǎn)生初始形變和

2、應(yīng)力Pseal,PwPseal時,將不會泄漏。 Pm=P0+Pp,Pp=KP。 Pm=P0+KP K為介質(zhì)壓力傳遞給O型圈壓力的系數(shù)(對橡膠,K=1;對無縫鋼管?復(fù)合密封圈?) 因此,只要O型圈存在初始壓力,就可實現(xiàn)無泄漏的絕對密封。 O型圈密封是一種自密封結(jié)構(gòu)。,6,2.2 O型圈密封壓縮變形率選擇,理論上0壓縮也可實現(xiàn)密封,實際是不可能的。 偏心 工作載荷下,O型圈拉伸,變細,就可能泄漏 低溫 橡膠收縮,變細,可能泄漏(低溫會造成橡膠加速老化,失去補償能力) 一般斷面有7%-30%的壓縮變形率,靜密封取大的壓縮率(15%-30%),動密封取小的壓縮率(9-25%),偏心,7,2.3 O型圈

3、受內(nèi)壓、外壓選擇,受內(nèi)壓 O型圈外徑與溝槽外徑相同 受外壓 O型圈內(nèi)徑與溝槽內(nèi)徑相同 防止出現(xiàn)在工作壓力下出現(xiàn)O型圈直徑變小。 將 O 形圈安裝在溝槽內(nèi)時,要受到拉伸或壓縮。若拉伸和壓縮的數(shù)值過大,將導(dǎo)致O形圈截面過度增大或減小,因為拉伸1%相應(yīng)地使截面直徑W 減小約0.5%。對于孔用(內(nèi)壓)密封,O形圈最好處于拉伸狀態(tài),最大允許拉伸量為6%;對于軸用(內(nèi)壓)密封,O 形圈最好延其周長方向受壓縮,最大允許周長壓縮量為3%。,受內(nèi)壓,受外壓,8,2.4 O型圈擠出原理,9,2.4 O型圈允許擠出間隙,最大允許擠出間隙gmax 和系統(tǒng)壓力,O 形圈截面直徑以及材料硬度有關(guān)。通常,工作壓力越高,最大

4、允許擠出間隙gmax 取值越小。如果間隙g 超過允許范圍,就會導(dǎo)致O 形圈擠出甚至損壞,當壓力超過5MPa時,建議使用擋圈,10,2.4 O型圈允許擠出間隙,11,2.5 O型圈壓縮量選擇,液壓-氣動-靜密封,液壓-動密封,氣動-動密封,和材料有關(guān)的O形圈圓周方向的壓縮力,12,3.0 O型圈材料特性,13,3.1 O型圈材料特性比較圖,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型圈材料耐化學(xué)性,18,3.6 O型圈材料耐溫性,19,3.7 O型圈材料選擇原則,外界因素: 1,工作狀態(tài):動密封,靜密封;連續(xù)工作,間斷工作等 2

5、,工作介質(zhì):液體、氣體還是兩相流,及介質(zhì)的物理化學(xué)性能,與介質(zhì)相容性 3,工作壓力:介質(zhì)工作壓力高低,壓力波幅,瞬時最大壓力 4,工作溫度:瞬時溫度和冷熱交變溫度 5,成本來源:成本低,來源廣,O型圈的硬度硬度: 一般為70-90邵氏硬度,靜密封選低值70,旋轉(zhuǎn)密封取高值80,極少采用90。,20,4.0 O型圈設(shè)計原則,通則: O型圈密封是擠壓式密封,設(shè)計主要內(nèi)容為O型圈的壓縮和拉伸。 O型圈直徑壓縮和拉伸。 a,壓縮量過?。盒孤?b,壓縮量過大:應(yīng)力松弛引起泄漏 c,拉伸量過大:界面直徑減少太大而引起泄漏,4.0 壓縮率設(shè)計: W%=(d0-h)/d0。 a,有足夠的密封接觸面積 b,避免

6、永久變形 c,摩擦力盡量小 圓柱靜密封:10%-15%,平面靜密封:15%-30%。 往復(fù)運動密封:10%-15%。 旋轉(zhuǎn)動密封:內(nèi)徑比軸大3%-5%,外徑壓縮率為3%-8%。 低摩擦用密封:一般為5%-8%,考慮介質(zhì)和溫度引起的膨脹, 如超過15%,重新選材。,21,4.1 O型圈設(shè)計原則,4.1 拉伸率設(shè)計: W%=(d0+d)/(d0+d1)。 O型圈裝入軸中后,一般會有拉伸,如果無拉伸,裝配時容易脫出,如拉伸過大,會導(dǎo)致O型圈截面積減少太多,出現(xiàn)泄漏。 一般其拉伸量為1%-5%。,22,4.2 O型圈設(shè)計原則,4.2 接觸寬度設(shè)計: O形圈裝入密封溝槽后,其橫截面產(chǎn)生壓縮變形。變形后的

7、寬度及其與密封面的接觸寬度都和O形圈的密封性能,其值過小會使密封性受到影響。 O形圈變形后的寬度Bo(mm)與O形圈的壓縮率W和截面直徑do有關(guān),可用下式計算 Bo=(1/(1-W)-0.6W)do (W取10%40%) O形圈與密封面的接觸面寬度b(mm)也取決于W和do: b=( 4W2+0.34W+0.31)do ( W取10%40%) 一般情況,考慮到壓力脈動和抽真空的需求,Bo應(yīng)接近于槽寬,對于氣體介質(zhì)的密封,Bo應(yīng)比槽寬小0.1-0.2mm;對于液體介質(zhì)的密封, Bo應(yīng)比槽寬小0.2-0.5mm。 同時Bo不應(yīng)大于槽寬,否則承壓后可能會減小密封接觸寬度,同時減小密封接觸應(yīng)力而導(dǎo)致泄

8、漏。 有壓力脈動時,槽寬過大會導(dǎo)致O型圈來回偏移,出現(xiàn)磨損;槽寬過小會導(dǎo)致O型圈填滿溝槽,導(dǎo)致阻力過大。,23,5.0 O型圈溝槽設(shè)計,5.0 O型圈溝槽設(shè)計: 槽體積比O型圈體積大15%左右。 設(shè)計參數(shù):形狀,尺寸,精度,粗糙度,對于動密封,需要計算相對運動間隙。 原則:容易加工,尺寸合理,精度容易保證,拆裝方便。 a,有壓縮3%-30%的壓縮。 b,在介質(zhì)中膨脹,溫升膨脹。 c,太窄磨損,太寬滾動磨損。,24,5.1 O型圈溝槽設(shè)計,5.2 O型圈溝槽深度設(shè)計: 槽深的設(shè)計決定O型圈的設(shè)計壓縮量,溝槽深度加上間隙小于O型圈自由狀態(tài)下O型圈的線徑。 O型圈的壓縮量由內(nèi)徑壓縮量和外徑壓縮量”構(gòu)

9、成。 ”,O型圈安裝時受拉伸;用于滑動密封,如活塞密封。,5.3 O型圈溝槽槽口和槽底圓角設(shè)計: 槽口圓角:防止O型圈裝配時出現(xiàn)割傷和刮傷。R=0.10.2 mm 過大,過小會出現(xiàn)什么情況?(擠出和割傷) 槽底圓角:防止出現(xiàn)應(yīng)力集中, 動:R=0.11.0 mm ,靜:R=d0/2 mm ,,25,5.3 O型圈溝槽設(shè)計,5.4 O型圈溝槽槽口和槽底圓角設(shè)計: 槽口圓角:防止O型圈裝配時出現(xiàn)割傷和刮傷。R=0.10.2 mm 過大,過小會出現(xiàn)什么情況?(擠出和割傷) 槽底圓角:防止出現(xiàn)應(yīng)力集中, 動:R=0.11.0 mm ,靜:R=d0/2 mm ,,5.5 O型圈溝槽表面粗糙度設(shè)計: 靜密

10、封:Ra=6.33.2, 動密封:Ra=1.6 , 旋轉(zhuǎn)密封:軸凹槽:Ra=0.4或更小。 A,采用什么樣的工藝來加工溝槽比較好。 B,溝槽的粗糙度過大或過小會出現(xiàn)什么問題。,26,5.4 O型圈溝槽設(shè)計,5.6 O型圈擋圈設(shè)計: 目的:防止O型圈在工作時出現(xiàn)間隙咬傷和擠出實效。 使用:單向受壓,一個擋圈;雙向受壓,兩個擋圈。,27,5.5 O型圈溝槽設(shè)計,5.7 O型圈溝槽型式和公差:詳見 GB/T 34523,28,5.6 O型圈溝槽設(shè)計,5.8 O型圈密封常見型式:,軸向密封,徑向密封,接頭密封,悶塞密封,29,6.0 O型圈性能,抗磨損,30,6.1 O型圈性能,密封性能,31,6.2

11、 O型圈密封要求,穩(wěn)定性,32,6.3 O型圈性能,抗擠出性,33,6.4 O型圈性能,貼合性,34,7.0 O型圈失效,7.0 O型圈失效: O型圈常見的失效原因有材料問題、壓縮變形、間隙咬傷、扭曲現(xiàn)象、磨料磨損、表面粗糙度不當和焦耳效應(yīng)等。 壓縮變形,如右圖所示:,35,7.1 O型圈失效,7.1 O型圈失效: O型圈磨損,如右圖所示:,36,7.2 O型圈失效,7.2 O型圈失效: O型圈安裝損壞,如右圖所示:,37,7.3 O型圈失效,7.3 O型圈失效: O型圈爆破失效,如右圖所示:,38,7.4 O型圈失效,7.4 O型圈失效: O型圈熱損傷和氧化,如右圖所示:,39,7.5 O型圈失效,7.5 O型圈失效: O型圈扭曲滾轉(zhuǎn)損壞,如右圖所示:,40,7.6 O型圈失效,7.6 O型圈失效: O型圈擠出失效 如右圖所示:,41,7.7 O型圈失效,7.7 O型圈失效: O型圈膨脹失效 如右圖所示

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