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样子很简单,设计却不简单——O型密封圈及其槽的设计

作者:天津一诺成科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-10-31 20:08:00 来源:网络

O形圈密封是典型的挤压型密封。O形圈截面直径的压缩率和拉伸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形圈一般安装在密封沟槽内起密封作用。O形密封圈良好的密封效果很大程度上取决于O形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。密封装置设计加工时,若使O形圈压缩量过小,就会引起泄漏;压缩量过大则会导致O形密封圈橡胶应力松弛而引起泄漏。同样,O形圈工作中拉伸过度,也会加速老化而引起泄漏。世界各国的标准对此都有较严格的规定。

1、O形圈密封的设计原则

1)压缩率

压缩率W通常用下式表示:

W= (do-h)/do%

式中do——O形圈在自由状态下的截面直径(mm)

h ——O形圈槽底与被密封表面的距离,即O形圈压缩后的截面高度(mm)。

在选取O形圈的压缩率时,应从如下三个方面考虑:

a.要有足够的密封接触面积

b.摩擦力尽量小

c.尽量避免永久变形。

从以上这些因素不难发现,它们相互之间存在着矛盾。压缩率大就可获得大的接触压力,但是过大的压缩率无疑会增大滑动摩擦力和永久变形。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,要权衡个方面的因素。一般静密封压缩率大于动密封,但其极值应小于30%(和橡胶材料有关),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 形圈密封压缩率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形圈的作用力方向是不同的,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%;平面密封装置取W=15%~30%。

2.对于动密封而言,可以分为三种情况:

a.往复运动密封一般取W=10%~15%。

b.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%。

c.低摩擦运动用O形圈,为了减小摩擦阻力,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。压缩变形的具体数值,一般情况下,各国都根据自己的使用经验制订出标准或给出推荐值。

2)拉伸量

O形圈在装入密封沟槽后,一般都有一定的拉伸量。与压缩率不一样,拉伸量的大小对O形圈的密封性能和使用寿命也有很大的影响。拉伸量大不但会导致O形圈安装困难,同时也会因截面直径do发生变化而使压缩率降低,以致引起泄漏。拉伸量α可用下式表示:

α=(d+do)/(d1+do)

式中

d——轴径(mm);

d1——O形圈的内径(mm);

do——O形圈的截面直径(mm)。

3)接触宽度

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轴的接触宽度都和O形圈的密封性能和使用寿命有关,其值过小会使密封性受到影响;过大则增加摩擦,产生摩擦热,影响O形圈的寿命。

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形圈与轴的接触面宽度b(mm)也取决于W和dO:

b=( 4W2+0.34W+0.31)dO ( W取10%~40%)

对摩擦力限制较高的O形圈密封,如气动密封、液压伺服控制元件密封,可据此估算摩擦力。



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