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1、,O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1,Li Qiang 2011-01-07,2,O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,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(dòng)中應(yīng)用最廣泛的密封件,4,1.1 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,5,2.1 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

2、應(yīng)力Pseal，PwPseal時(shí)，將不會(huì)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(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)。,,,6,2.2 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%）,

3、,,,,偏心,,,,,,7,2.3 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,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

4、，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,當(dāng)壓力超過(guò)5MPa時(shí)，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(dòng)-靜密封,液壓-動(dòng)密封,氣動(dòng)-動(dòng)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

5、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。,20,4.0 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)?。盒孤? 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

6、,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。,21,4.1 O型圈設(shè)計(jì)原則,4.1 拉伸率設(shè)計(jì)： 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%。

7、,22,4.2 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 ( 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，

8、 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型圈填滿溝槽，導(dǎo)致阻力過(guò)大。,23,5.0 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，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。,24,5.1 O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.2 O型圈溝槽

9、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 ，,25,5.3 O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.4 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

10、，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。,26,5.4 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。,27,5.5 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 34523,28

11、,5.6 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,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 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(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：,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

12、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：,42,7.8 O型圈失效,7.8 O型圈失效： O型圈老化/氧化失效 如右圖所示：,43,7.9 O型圈失效,7.9 O型圈失效： O型圈非典型失效 如右圖所示：,44,8.0 其他型式的密封圈,O型圈的常見(jiàn)的變形型式,45,9.0 非標(biāo)O型圈制造,1，非標(biāo)O型圈計(jì)算和制造 2，標(biāo)準(zhǔn)大批量O型圈如何生產(chǎn)？飛邊如何去除？,46,10 Question？,