O型圈密封结构设计.ppt

,O型圈密封结构设计,1,Li Qiang 2011-01-07,2,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？,46,10 Question？,