O型圈密封结构设计PPT幻灯片课件

O型圈密封结构设计 1 LiQiang2011 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 0O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 1O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 1O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 PK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 2O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 3O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 4O型圈挤出原理 9 2 4O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 4O型圈允许挤出间隙 11 2 5O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 0O型圈材料特性 13 3 1O型圈材料特性比较图 14 3 2O型圈材料特性排序 15 3 3O型圈材料硬度 16 3 4O型圈材料特性 17 3 5O型圈材料耐化学性 18 3 6O型圈材料耐温性 19 3 7O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 0O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 1O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 2O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 0O型圈沟槽设计 5 0O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 1O型圈沟槽设计 5 2O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 和外径压缩量 构成 O型圈安装时受拉伸 用于滑动密封 如活塞密封 5 3O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 2mm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 0mm 静 R d0 2mm 25 5 3O型圈沟槽设计 5 4O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 2mm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 0mm 静 R d0 2mm 5 5O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 4O型圈沟槽设计 5 6O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 5O型圈沟槽设计 5 7O型圈沟槽型式和公差 详见GB T34523 28 5 6O型圈沟槽设计 5 8O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 0O型圈性能 抗磨损 30 6 1O型圈性能 密封性能 31 6 2O型圈密封要求 稳定性 32 6 3O型圈性能 抗挤出性 33 6 4O型圈性能 贴合性 34 7 0O型圈失效 7 0O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 1O型圈失效 7 1O型圈失效 O型圈磨损 如右图所示 36 7 2O型圈失效 7 2O型圈失效 O型圈安装损坏 如右图所示 37 7 3O型圈失效 7 3O型圈失效 O型圈爆破失效 如右图所示 38 7 4O型圈失效 7 4O型圈失效 O型圈热损伤和氧化 如右图所示 39 7 5O型圈失效 7 5O型圈失效 O型圈扭曲滚转损坏 如右图所示 40 7 6O型圈失效 7 6O型圈失效 O型圈挤出失效如右图所示 41 7 7O型圈失效 7 7O型圈失效 O型圈膨胀失效如右图所示 42 7 8O型圈失效 7 8O型圈失效 O型圈老化 氧化失效如右图所示 43 7 9O型圈失效 7 9O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 10Question