O型圈密封知识全.docx
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O型圈密封知识全
O型圈密封知识-全
(一)O型圈的概述与密封原理
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
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0.4Mpa,硬度选择在(70±5)度;超出0.4Mpa则按特殊密封装置设计。
日本JISB2406-1991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
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
5.1O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
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
标 准
O型橡胶截面直径 W
美国标准AS568
1.78 2.62 3.53 5.33 7.00
英国标准BS1516
日本标准JISB2401
1.90 2.4 3.1 3.5 5.7 8.4
国际标准ISO3601/1
1.8 2.65 3.55 5.30 7.00
德国标准DIN3771/1
中国标准GB3452.1
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