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O型圈沟槽设计
  发布时间:2013-1-15  阅读:2586
O型圈的概述与沟槽尺寸
 
 
 
 
O型橡胶圈密封圈简称O型圈,是一种截面形状为圆形的橡胶圈。O型密封圈是液压、气动系统中使用最广泛的一种密封件。O型圈有良好的密封性能,既可用于静密封,也可用于动密封中;不仅可单独使用,而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的使用范围很宽,如果材料选择得当,可以满足各种介质和各种运动条件的要求。
        O型密封圈是一种挤压型密封,挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形,在密封接触面上造成接触压力,接触压力大于被密封介质的内压,则不发生泄漏,反之则发生泄漏。
(二)压缩率现拉伸量
 
 
 
日期:2007-4-16 查看:737
  O型密封圈是典型的挤压型密封。O型圈截面直径的压缩率和拉伸量是密封设计的主要内容,对密封性能和使用寿命有重要意义。O型密封圈有良好的密封效果很大程度上取决于O型圈尺寸与沟槽尺寸的正确匹配,形成合理的密封圈压缩量与拉伸量。
 
  2.1.压缩率
 
      压缩率W通常用下式表示:
 
                             W=(d0-h)/d0 ×100%
 
  式中d0-----O型圈在自由状态下的截面直径(mm);
 
     h------O型圈槽底与被密封表面的距离(沟槽深度),即O型圈压缩后的截面高度(mm)
 
在选取O形圈的压缩率时,应从如下3方面考虑:
 
  1.要有足够的密封接触面积;
 
  2.摩擦力尽量小;
 
  3.尽量避免永久变形。
 
  从以上这些因素不难发现,他们相互之间存在矛盾。压缩率大就可获得大的接触压力,但是过大的压缩率无疑就会增大滑动摩擦力和永久形。而压缩率过小则可能由于密封沟槽的同轴度误差和O形圈误差不符合要求,消失部分压缩量而引起泄漏。因此,在选择O形圈的压缩率时,要权衡各方面的因素。一般静密封压缩率大于动密封,但其极值应小于25%,否则压缩应力明显松弛,将产生过大的永久变形,在高温工况中尤为严重。
 
  O型密封圈压缩率W的选择应考虑使用条件,静密封或动密封;静密封又可分为径向密封与轴向密封;径向密封(或称圆柱静密封)的泄漏间隙是径向间隙,轴向密封(或称平面静密封)的泄漏间隙是轴向间隙。轴向密封根据压力介质作用于O形圈的内径还是外径又分受内压和受外压两种情况,内压增加的拉伸,外压降低O形圈的初始拉伸。上述不同形式的静密封,密封介质对O形圈的作用方向是不同的,所以预压力设计也不同。对于动密封则要区分是往复运动密封还是旋转运动密封。
 
  1.静密封:圆柱静密封装置和往复运动式密封装置一样,一般取W=10%~15%;平面静密封装置取W=15%~30%。
 
  2.对于动密封而言,可以分为三种情况;往复运动一般取W=10%~15%。旋转运动密封在选取压缩率时必须要考虑焦耳热效应,一般来说,旋转运动用O形圈的内径要比轴径大3%-5%,外径的压缩率W=3%-8%。低摩擦运动用O型圈,为了减少摩擦阻力,一般均选取较小的压缩率,即W=5%-8%,此外,还要考虑到介质和温度引起的橡胶材料膨胀。通常在给定的压缩变形之外,允许的最大膨胀率为15%,超过这一范围说明材料选用不合适,应改用其他材料的O形圈,或对给定的压缩变形率予以修正。
 
  2.2  拉伸量
 
  O型圈在装入密封沟槽后,一般都有一定的拉伸量。与压缩率一样,拉伸量的大小对O型圈的密封性能和和使用寿命也有很大的影响。拉伸量大不但会导致O型圈安装困难,同时也会因截面直径d0发生变化而使压缩率降低,以致引起泄漏。拉伸量a可用下式表示:
 
          α=(d+d0)/(d1+d0)
 
  式中d-----轴径(mm);d1----O形圈内径(mm)。
 
  拉伸量的取值范围为1%-5%。如表给出了O型圈拉伸量的推荐值,可根据轴径的大小,按表选限取O型圈的拉伸量。O型圈压缩率与拉伸量的先取范围
 
密封形式
密封介质
拉伸量α(%)
压缩率w(%)
静密封
液压油
1.03~1.04
15~25  
空气
<1.01
15~25 
往复运动
液压油
1.02
12~17
空气
<1.01
12~17
旋转运动
液压油
0.95~1
3~8
各种O形圈橡胶材料的硬度与工作压力的关系
硬度(邵氏A)/ 度
50±5
60±5
70±5
80±5
90±5
工作压力静密封/Mpa        ≤
0.5
1
10
20
50
工作压力(往复运动,往复速度≤0.2m/s)/Mpa
0.5
1
8
16
24
 注:旋转运动工作压力一般不超过0.4 Mpa,硬度选择在(70±5)度;超出0.4 Mpa则按特殊密封装置设计。
 
日本JISB 2406-1991 推荐的O形圈密封的最大间隙/mm
工作压力/MPa
硬度(邵氏A)/度
≤0.4
4.0~6.3
6.3~10
10~16
16~25
70
0.35
0.30
0.15
0.07
0.03
90
0.65
0.60
0.50
0.30
0.17
 
美国SAEJ120A-1968 推荐的O形圈的最大封间隙值/mm
硬度(邵氏A)
/度
工作压力/MPa
70
80
90
0
0.254
0.254
0.254
1.72
0.254
0.254
0.254
3.45
0.203
0.254
0.254
6.89
0.127
0.203
0.254
10.34
0.076
0.127
0.203
13.79
 
0.102
0.127
20.68
 
0.076
0.102
34.47
 
 
0.076
 
 
O形圈的截面直径和轴的转速关系
转速/m/s
O形圈截面直径/mm
转速/m/s
O形圈截面直径/mm
2.03
3.53
7.62
1.78
3.05
2.62
 
 
 
NBR胶料硬度与耐压能力之间的关系
 
硬度(邵氏A)/ 度
拉伸强度/ MPa
伸长率/%
适用压力范围/ MPa
 
 
80
22
400
2
 
 
85
27
306
20
 
 
90
25
120
50
 
(四)密封沟槽的形状
 
 
 
 
安装O形圈的各种沟槽形状
沟槽形状
名  称
应           用
矩形沟槽
这是一种既适于运动密封,也适于固定密封的常用的沟槽形式。
V形沟槽
只适用于固定密封。若用作运动密封,则磨擦阻力很大,易挤进间隙,造成损伤。
半圆形沟槽
可用于旋转密封,但一般不用。
 
燕尾形沟槽(梯形沟槽)
用于磨擦力要求很低有场合。因沟槽加工费高,一般不采用。
三角形沟槽
推荐用于固定密封的场合。
 
 
O形橡胶密封沟槽各配合偶件的表面光洁度
表     面
应  用  场  合
压  力  状  况
表 面 光 洁 度
沟槽的底面和侧面
密态密封
非交变和无脉冲
Ra3.2μm
交变或脉冲
Ra1.6μm
动态密封
非交变和无脉冲
配合表面
密态密封
非交变和无脉冲
Ra1.6μm
交变或脉冲
Ra0.8μm
动态密封
 
Ra0.4μm
注:沟槽的光洁度、沟槽接触的表面粗糙度对密封效果和耐久性有很大的影响
 
(五)配合沟槽与密封圈尺寸参数
 
 
 
 
 
日期:2007-4-16 查看:585
 
密封用沟槽尺寸及压缩量
O形圈断面尺寸公差
1.9±0.08
2.4±0.08
3.1±0.10
3.5±0.10
5.7±0.15
8.6±0.16
轴向固定密封
压 缩 量
0.60~0.40
0.70~0.50
0.85~0.55
0.90~0.65
1.3~0.9
1.6~1.0
沟槽尺寸
a
1.3~1.5
1.7~1.9
2.25~2.55
2.60~2.85
4.40~4.80
7.00~2.60
b
2.5
3.2
4.2
4.7
7.5
11.2
R≤
0.4
0.7
0.8
运   动   用
    压 缩 量
0.47~0.28
0.47~0.27
0.54~0.30
0.60~0.32
0.85~0.45
1.06~0.68
沟 槽 尺 寸
a
1.43~1.62
1.93~2.13
2.65~2.80
2.90~3.18
4.85~5.25
7.54~7.92
b
不加挡圈
2.5
3.2
4.2
4.7
7.5
11.2
加一个挡圈
3.9
4.4
5.2
6.0
9.0
13.2
加二个挡圈
5.4
6.0
7.0
7.8
11.5
17.2
R≤
0.4
0.7
0.8
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
注:  a表示沟槽的高度;  b表示沟槽的宽度;   R表示沟槽的倒角处
 
 
 
 
 
(六)O型圈的使用安装与泄漏
 
 
 
日期:2007-4-16 查看:832
   5.1 O型圈的使用
  O型圈在多种液压、气动件管接头、圆筒面及法兰面等结合处被广泛使用。对于在运动过程中使用的O型圈,当工作压力大于9.8Mpa时,如单向受压,就在O型圈受压力方向的另一侧设置一个挡圈;如双向受压,则在O型圈两侧各放一个挡圈。为了减小摩擦力,也可采用楔型挡圈。当压力液体从左方施加作用时,右方挡圈被推起,左方挡圈不与被密封表面接触,因此摩擦力减小。总的来说,采用挡圈会增大密封装置的摩擦力,而楔型挡圈对减小这种摩擦力具有十分重要的意义。对于固定用的O型圈,当工作压力大于32Mpa时,也需要使用挡圈。
 
O形橡胶密圈的橡胶硬度与沟槽最大间隙及工作压力关系
工作压力,MPa
≤3.5
3.5~7.0
7.0~10.3
10.3~13.7
13.7~20.6
最大间隙(C)
硬度(邵氏A)70
0.20
0.125
0.075
0.05
0.02
最大间隙(C)
硬度(邵氏A)80
0.35
0.30
0.25
0.20
0.125
 
O形橡胶密封圈在不同压力下挤入间隙的情况
               
 
    5.2  O型圈的安装
   O型圈的安装质量对其密封性和使用寿命均有重要的影响。泄漏问题往往是因为安装不良而造成的。
 
     安装过程中不允许出现O型圈被划伤和位置安装不正,以及O型圈被扭曲等情况。装配前,密封沟槽、密封配合面必须严格清洗;同时对O型圈装配中要通过的表面涂敷润滑脂。
 
  为了防止O型圈在安装时被尖角和螺纹等锐边切伤或划伤,应在安装的轴端和孔端留有15º~30º的引入角。当O型圈需通过外螺纹时,应使用专用的薄壁金属导套,套住外螺纹;如果O型圈需通过孔口时,应使孔口倒成相应的斜角形状,以防O型圈被划伤。坡口的斜角一般为a=120º~140º
 
 
O形橡胶密封圈泄漏原因及改进意见
常见疵病
产   生   原   因
改   进   意   见
泄  漏
1、  安装时损坏即配偶件的棱角过孔时划伤;
 
2、压缩量过小;
1、安装时将壳体的端部加工为倒角,以保证安装时O形橡胶密封圈不受剪切而损坏;
2、适当的增加压缩量;
大 泄 漏
1、  O形橡胶密封圈失去弹性;
2、  O形橡胶密封圈表面遭受严重磨擦损坏;
3、  O形橡胶密封圈过度收缩;
4、  O形橡胶密封圈受密封介质腐蚀、溶胀;
5、  间隙值过大,O形橡胶密封圈被挤出;
6、  O形橡胶密封圈断面直径单边粗细不一致,造成运动时扭曲破坏;
1、  提高O形橡胶密封圈材料性能,延长使用使用寿命;
2、  适当提高O形橡胶密封圈胶料硬度,减少磨擦系数;
3、  动态使用时,O形橡胶密封圈内径应比轴径稍大;
4、  提高O形橡胶密封圈胶料的耐油性;
5、  减小间隙值
6、  加强O形橡胶密封圈模型的尺寸控制和产品检验;
 
O形橡胶密封圈早期损坏
1、  O形橡胶密封圈过度拉伸,过早发生断裂
2、  安装时损坏
3、  压缩量过大,严重磨擦或剪切
4、  选用O形橡胶密封圈或沟槽尺寸不妥
1、  动态使用时,O形橡胶密封圈内径应比轴径稍大;
2、  安装时才用金属导套
3、  减小压缩量;
4、  正确选用O形橡胶密封圈和沟槽的配合
低温泄漏
O形橡胶密封圈在低温下失去弹性
提高O形橡胶密封圈胶料的耐寒性
过度磨擦
1、  压缩量过大;
2、  O形橡胶密封圈溢出或耐油差,过度溶胀;
1、  减少压缩量或矫正沟槽尺寸提高金属表面的光洁度
2、  采用挡圈防止O形橡胶密封圈溢出或提高O形橡胶密封圈材料的耐油性;
(七)胶料物理机械性能
 
 
 
 
日期:2007-4-16 查看:488
 
O形橡胶密封圈胶料物理机械性能
性    能
A     组
B    组
硬度(邵氏A)
拉伸强度, MPa     ≥
扯断伸长率,   % ≥
60±5
9
300
70±5
11
220
80±5
11
150
88+5-4
10
100
60±5
9
300
70±5
11
220
80±5
11
150
88+5-4
10
100
压缩永久变形, % ≤
100℃×24h
125℃×24h
 
35
 
35
 
35
 
35
 
40
 
40
 
40
 
40
执 空 气 老 化 试 验
硬度变化:
100℃×24h≤
125℃×24h≤
 
+10
 
+10
 
+10
 
+10
 
+10
 
+10
 
+10
 
+10
拉伸强度变化率,%≤
100℃×24h
125℃×24h
 
-15
 
-15
 
-20
 
-20
 
-15
 
-15
 
-20
 
-20
扯断伸长变化率,%≤
100℃×24h
125℃×24h
 
-35
 
-35
 
-35
 
-35
 
-40
 
-35
 
-35
 
-40
耐 液 体 试 验
1号标准油(100℃×24h)
硬度变化
体积变化率,%
 
-3,+7
-7,+6
 
-3,+7
-7,+6
 
-3,+7
-7,+6
 
-3,+7
-7,+6
 
 
 
 
3号标准油(100℃×24h)
硬度变化
体积变化率,%
 
-10,0
0,+15
 
-10,0
0,+15
 
-10,0
0,+15
 
-10,0
0,+15
 
 
 
 
1号标准油(125℃×24h)
硬度变化
体积变化率,%
 
 
 
 
 
-5,+10
-8,+6
 
-5,+10
-8,+6
 
-5,+10
-8,+6
 
-5,+10
-8,+6
3号标准油(125℃×24h)
硬度变化
体积变化率,%
 
 
 
 
 
-15,0
0,+20
 
-15,0
0,+20
 
-15,0
0,+20
 
-15,0
0,+20
脆性温度, ℃≤
-40
-40
-40
-40
-30
-30
-30
-30
 
(八)执行标准
 
 
 
 
 
日期:2007-4-16 查看:532
 
标    准
O型橡胶截面直径  W
美国标准 AS 568
1.78   2.62   3.53   5.33   7.00
英国标准 BS 1516
日本标准 JIS B2401
1.90   2.4    3.1    3.5    5.7    8.4
国际标准 ISO 3601/1
1.8   2.65   3.55  5.30  7.00
德国标准 DIN 3771/1
中国标准 GB 3452.1
优先的米制尺寸
1.0    1.5    2.0    2.5    3.0
3.5    4.0    4.5    5.0    5.5
6.0    7.0    8.0    10.0   12.0
 
 
 
 
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