O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (2)

1、O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1Li Qiang2011-01-07O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)原則5、O型圈密封溝槽設(shè)計(jì)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(wèn)題21.0 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(dòng)中應(yīng)用最廣泛的密封件31.1 O型圈特點(diǎn)特點(diǎn)：1尺寸小裝拆方便2動(dòng)靜密封均可用3靜密封幾乎沒(méi)有泄漏4單件使用雙向密封5動(dòng)摩擦力小6價(jià)格低42.1 O型圈密封原理 O型圈密封是一種擠壓型密封。當(dāng)密封件產(chǎn)生初始形變和應(yīng)力Pseal，PwPseal時(shí)，將不會(huì)泄漏。 Pm=P0+P

2、p，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(duì)橡膠，K=1；對(duì)無(wú)縫鋼管？復(fù)合密封圈？） 因此，只要O型圈存在初始?jí)毫?，就可?shí)現(xiàn)無(wú)泄漏的絕對(duì)密封。 O型圈密封是一種自密封結(jié)構(gòu)。52.2 O型圈密封壓縮變形率選擇 理論上0壓縮也可實(shí)現(xiàn)密封，實(shí)際是不可能的。 偏心 工作載荷下，O型圈拉伸，變細(xì)，就可能泄漏 低溫 橡膠收縮，變細(xì)，可能泄漏（低溫會(huì)造成橡膠加速老化，失去補(bǔ)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(dòng)密封取小的壓縮率（9-25%）偏心62.3 O型圈受內(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

3、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(shí)，要受到拉伸或壓縮。若拉伸和壓縮的數(shù)值過(guò)大，將導(dǎo)致O形圈截面過(guò)度增大或減小，因?yàn)槔?%相應(yīng)地使截面直徑W 減小約0.5%。對(duì)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(duì)于軸用（內(nèi)壓）密封，O 形圈最好延其周長(zhǎng)方向受壓縮，最大允許周長(zhǎng)壓縮量為3%。受內(nèi)壓受外壓72.4 O型圈擠出原理82.4 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，最大允許擠出間隙gmax 取值越小。如果間隙g 超過(guò)允許范圍，就會(huì)導(dǎo)致O 形圈擠出甚至損壞,

4、當(dāng)壓力超過(guò)5MPa時(shí)，建議使用擋圈 材料硬度壓力MPa O形圈截面直徑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 0.08 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 0.0

5、2 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 0.05 0.07 0.08 35.00 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 92.4 O型圈允許擠出間隙102.5 O型圈壓縮量選擇液壓-氣動(dòng)-靜密封液壓-動(dòng)密封氣動(dòng)-動(dòng)密封和材料有關(guān)的

6、O形圈圓周方向的壓縮力113.0 O型圈材料特性123.1 O型圈材料特性比較圖133.2 O型圈材料特性排序143.3 O型圈材料硬度153.4 O型圈材料特性163.5 O型圈材料耐化學(xué)性173.6 O型圈材料耐溫性183.7 O型圈材料選擇原則外界因素：1，工作狀態(tài)：動(dòng)密封，靜密封；連續(xù)工作，間斷工作等2，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(shí)最大壓力4，工作溫度：瞬時(shí)溫度和冷熱交變溫度5，成本來(lái)源：成本低，來(lái)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。194

7、.0 O型圈設(shè)計(jì)原則通則：O型圈密封是擠壓式密封，設(shè)計(jì)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(guò)小：泄漏 b，壓縮量過(guò)大：應(yīng)力松弛引起泄漏 c，拉伸量過(guò)大：界面直徑減少太大而引起泄漏4.0 壓縮率設(shè)計(jì)： W%=(d0-h)/d0。 a，有足夠的密封接觸面積 b，避免永久變形 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(yùn)動(dòng)密封：10%-15%。 旋轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)15%，重新選材。204.1 O型圈設(shè)計(jì)原則4.1 拉伸率設(shè)計(jì)：

8、W%=(d0+d)/(d0+d1)。 O型圈裝入軸中后，一般會(huì)有拉伸，如果無(wú)拉伸，裝配時(shí)容易脫出，如拉伸過(guò)大，會(huì)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%。214.2 O型圈設(shè)計(jì)原則4.2 接觸寬度設(shè)計(jì)： 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(guò)小會(huì)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(jì)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

9、( W取10%40%) 一般情況，考慮到壓力脈動(dòng)和抽真空的需求，Bo應(yīng)接近于槽寬，對(duì)于氣體介質(zhì)的密封，Bo應(yīng)比槽寬小0.1-0.2mm；對(duì)于液體介質(zhì)的密封， Bo應(yīng)比槽寬小0.2-0.5mm。 同時(shí)Bo不應(yīng)大于槽寬，否則承壓后可能會(huì)減小密封接觸寬度，同時(shí)減小密封接觸應(yīng)力而導(dǎo)致泄漏。 有壓力脈動(dòng)時(shí)，槽寬過(guò)大會(huì)導(dǎo)致O型圈來(lái)回偏移，出現(xiàn)磨損；槽寬過(guò)小會(huì)導(dǎo)致O型圈填滿(mǎn)溝槽，導(dǎo)致阻力過(guò)大。bBo225.0 O型圈溝槽設(shè)計(jì)5.0 O型圈溝槽設(shè)計(jì)： 槽體積比O型圈體積大15%左右。 設(shè)計(jì)參數(shù)：形狀，尺寸，精度，粗糙度，對(duì)于動(dòng)密封，需要計(jì)算相對(duì)運(yùn)動(dòng)間隙。 原則：容易加工，尺寸合理，精度容易保證，拆裝方便。 a

10、，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(dòng)磨損。 235.1 O型圈溝槽設(shè)計(jì)5.2 O型圈溝槽深度設(shè)計(jì)： 槽深的設(shè)計(jì)決定O型圈的設(shè)計(jì)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)成。 ”,O型圈安裝時(shí)受拉伸；用于滑動(dòng)密封，如活塞密封。 5.3 O型圈溝槽槽口和槽底圓角設(shè)計(jì)： 槽口圓角：防止O型圈裝配時(shí)出現(xiàn)割傷和刮傷。R=0.10.2 mm 過(guò)大，過(guò)小會(huì)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(dòng)：R=0.11.0 mm ，靜:R=d0/2 mm ， 245.3 O型圈溝槽設(shè)計(jì)5.4

11、 O型圈溝槽槽口和槽底圓角設(shè)計(jì)： 槽口圓角：防止O型圈裝配時(shí)出現(xiàn)割傷和刮傷。R=0.10.2 mm 過(guò)大，過(guò)小會(huì)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(dòng)：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(jì)： 靜密封：Ra=6.33.2， 動(dòng)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(lái)加工溝槽比較好。B，溝槽的粗糙度過(guò)大或過(guò)小會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。 255.4 O型圈溝槽設(shè)計(jì)5.6 O型圈擋圈設(shè)計(jì)： 目的：防止O型圈在工作時(shí)出現(xiàn)間隙咬傷和擠出實(shí)效。 使用：?jiǎn)蜗蚴軌?，一個(gè)擋圈；雙向受壓，兩個(gè)擋圈。 265.

12、5 O型圈溝槽設(shè)計(jì)5.7 O型圈溝槽型式和公差：詳見(jiàn) GB/T 34523 275.6 O型圈溝槽設(shè)計(jì)5.8 O型圈密封常見(jiàn)型式： 軸向密封徑向密封接頭密封悶塞密封286.0 O型圈性能抗磨損 296.1 O型圈性能密封性能 306.2 O型圈密封要求穩(wěn)定性 316.3 O型圈性能抗擠出性 326.4 O型圈性能貼合性 337.0 O型圈失效7.0 O型圈失效： O型圈常見(jiàn)的失效原因有材料問(wèn)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(dāng)和焦耳效應(yīng)等。 壓縮變形，如右圖所示： 347.1 O型圈失效7.1 O型圈失效： O型圈磨損，如右圖所示： 357.2 O型圈失效7.2 O型圈失效： O型圈安裝損壞，如右圖所示： 367.3 O型圈失效7.3 O型圈失效： O型圈爆破失效，如右圖所示： 377.4 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： 387.5 O型圈失效7.5 O型圈失效： O型圈扭曲滾轉(zhuǎn)損壞，如