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O型圈密封结构设计.ppt

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密封 结构设计
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O型圈密封结构设计,1,2,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,Pw>Pseal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,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gmax 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,,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 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70-90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%=(d0-h)/d0。 ? ? ?a,有足够的密封接触面积 ? ? ?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do: ? ? ? ? ?b=( 4W^2+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。,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δ’和外径压缩量δ”构成。 ? ? ? ?δ’ δ”,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 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,Question?,

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