《O型圈基础知识》PPT课件.ppt

O形 圈 基 础 知 识作 者 吴 丹 时 间 2011.4.16 一 、 概 述1.1 O形 圈 特 点 O形 圈 是 一 种 小 截 面 的 圆 环 形 密 封 元 件 ， 常 用 截 面 是 圆 形 。 主 要 材 料 为 合 成 橡胶 ， 在 液 压 工 程 中 是 用 的 最 多 、 最 普 遍 的 一 种 密 封 件 ， 主 要 做 静 密 封 及 滑 动 密封 用 。 与 其 他 密 封 件 比 有 如 下 特 点 ： a.密 封 性 好 ， 寿 命 长 。 b.单 圈 就 可 对 两 个 方 向 起 密 封 作 用 。 c.对 油 液 、 温 度 和 压 力 的 适 应 性 好 。 d.动 摩 擦 阻 力 小 。 e.体 积 小 ， 重 量 轻 ， 成 本 低 。f.密 封 部 位 结 构 简 单 ， 拆 装 方 便g.既 可 做 静 密 封 也 可 做 动 密 封 。h.尺 寸 和 沟 槽 已 被 标 准 化 ， 选 用 和 外 购 方 便 。 其 缺 点 是 ， 在 做 动 密 封 启 动 时 ， 摩 擦 阻 力 较 大 ， 约 为 动 摩 擦 力 的 3 4倍 ，在 高 压 下 易 被 挤 入 间 隙 。 1.2 表 示 方 法1 GB/T3452.1-1982的 表 示 方 法 内 径 d1 线 径 d2比 如 ：1） O形 圈 20 2.4 GB3452.1-82 20 代 表 O形 圈 内 径 为 20mm 2.4 代 表 O形 圈 的 截 面 直 径 是 2.4mm GB3452.1 代 表 的 是 标 准 号 ， 82 代 表 的 是 标 准 公 布 年 代 。2） 24002000 GB3452.1-82 2400 代 表 O形 圈 的 截 面 直 径 是 2.4mm 0200 代 表 O形 圈 内 径 为 20mm 1.2 表 示 方 法2 GB/T3452.1-2005的 表 示 方 法比 如 （ 1） O形 圈 7.5 1.8G GB/T3452.1 ， 7.5 内 径 1.8 断 面 直 径 G 系 列 （ G 通 用 O形 圈 ) （ A 宇 航 用 O形 圈 ） （ 2） A 0 0 7 5 G GB/T3452.1 A O形 圈 线 径 1.80mm B O形 圈 线 径 2.65mm C O形 圈 线 径 3.55mm D O形 圈 线 径 5.30mm E O形 圈 线 径 7.30mm 二 、 O形 圈 密 封 工 作 状 态2.1 静 密 封 用 O形 圈 的 作 用 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 。 像 这 种 借 介 质 本 身 来改 变 O形 圈 接 触 状 态 使 之 实 现 密 封 的 过 程 ， 称 为 “ 自 封 作 用 ” 。 O形 圈 预 密 封 P P P P3max P P3max 2.1 静 密 封 用 O形 圈 的 作 用 自 密 封 作 用 ： 由 于 预 密 封 作用 ， O形 圈 与 被 密 封 光 滑 面 和 沟 槽底 面 紧 密 接 触 。 这 样 当 流 体 通 过间 隙 进 入 沟 槽 时 只 能 对 O形 圈 的 一侧 面 起 作 用 。 当 流 体 压 力 较 大时 ， 把 O形 圈 推 向 沟 槽 另 一 侧 面 而挤 压 成 D形 ， 并 把 压 力 传 递 给 接 触给 接 触 面 。 O形 圈 的 自 封 是 有 限 的 ， 当 内 压 过 高 时 ， 会 出 现 O形 圈 的 “ 胶 料 挤 出 ” 现 象 。 即 密 封 部 位 因 有 间 隙 存 在 ， 受 高 压 作 用 的 O形 圈 在 间 隙 处 会 产 生 应 力 集中 ， 当 应 力 达 到 O形 圈 的 料 胶 不 能 承 受 时 ， 料 胶 就 会 被 挤 出 来 ， 此 时 虽 然 O形 圈 还 能 暂 时 维 持 密 封 ， 但 实 际 已 损 坏 。 因 此 要 严 格 选 型 。 2.2 动 密 封 用 O形 圈 的 作 用 O形 圈 在 动 密 封 中 ， 其 预 密 封 效 果 和 自 密 封 作 用 与 静 密 封 一 样 。 但 由 于 杆 运 动 时很 容 易 将 流 体 带 到 O形 圈 和 杆 之 间 ， 因 此 情 况 比 较 复 杂 。 工 作 中 ， 假 设 O形 圈 左 侧 作 用 着 介 质 压 力 P1（ 如 图 a） ， 若 将 O形 圈 与 杆 接 触 部位 放 大 （ 图 b） ， 其 接 触 表 面 实 际 是 凹 凸 不 平 的 ， 并 非 每 一 点 都 与 金 属 表 面 接 触 。 由于 自 封 作 用 ， O形 圈 对 杆 产 生 的 接 触 压 力 大 于 P 1而 得 到 密 封 。 但 当 杆 开 始 向 右 移 动 时附 着 在 杆 上 的 介 质 被 带 到 楔 形 狭 缝 （ 图 c） 。 由 于 流 体 动 压 效 应 这 部 分 介 质 的 压 力 比P1大 。 当 它 大 于 O形 圈 对 杆 的 接 触 力 时 ， 介 质 便 挤 入 O形 圈 的 第 一 个 凹 槽 处（ 图 d） ， 杆 继 续 向 右 移 动 时 介 质 不 断 地 进 入 下 一 个 凹 槽 ， 介 质 便 沿 着 杆 运 动 的 方 向泄 露 。 当 杆 向 左 运 动 时 ， 由 于 赶 运 动 方 向 与 杆 压 力 方 向 相 反 ， 故 不 易 泄 露 。 泄 漏 量是 随 着 介 质 的 粘 度 和 杆 的 运 动 速 度 提 高 而 增 大 的 ， 还 与 O形 圈 的 尺 寸 、 工 作 压 力 等 密切 相 关 。 a 压 力 作 用 于 O形 圈 一 侧b 接 触 部 位 放 大 图 c 油 被 带 到 楔 形 狭 缝d 油 被 挤 入 O形 圈 第 一 凹 槽往 复 运 动 中 橡 胶 O形 圈 的 泄 露back 2.3 O形 圈 的 密 封 形 式1 按 密 封 件 与 被 密 封 装 置 的 相 对 运 动 状 态 可 以 分 为 ： 静 密 封 、 往 复 动 密 封 、 转 动 密 封 和 开 关 密 封 。2 按 O形 圈 在 矩 形 沟 槽 中 压 缩 密 封 配 合 的 压 缩 量 大 小 （ 松 紧 程 度 ） 可 分 为 ： 压 紧 、 套 紧 、 液 动 、 气 动 和 转 动 5种 基 本 密 封 配 合 ， 以 及 在 端 面 倒 角 槽 中 挤 紧 密 封 配 合 。 此 外 还 有 滑 动 密 封 和 浮 动 密 封 两 种 特 殊 密 封 方 法 。3 按 被 密 封 件 的 结 构 可 分 为 ： 端 面 密 封 即 轴 向 密 封 、 角 密 封 （ 孔 端 面 倒 角 槽 密 封 、 轴 端 面 倒 角 槽 密 封 ） 、 圆 柱 密 封 即 径 向 密 封 （ 圆 柱 内 径 密 封 （ 活 塞 杆 密 封 ） 、 圆 柱 外 径 密 封 （ 活 塞 密 封 ） ） 、 圆 锥 面 密 封 和 球 面 密 封 。 三 、 O形 圈 的 设 计 应 用3.1 O形 圈 的 使 用 参 数 3.1.1 压 缩 率 压 缩 率 W通 常 用 下 式 表 示 ： W=（ d2-h） /d2 100% 式 中 d2 -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 。 3.1.1 压 缩 率 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 的 泄 漏 间 隙 是 径 向 间 隙 ， 轴 向 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 。 3.1.2 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 d2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 ： =(d+d2)/(d1+d2) 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 一 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 。密 封 形 式 密 封 介 质 拉 伸 量 （ %） 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 3 8 表 一 O型 圈 压 缩 率 与 拉 伸 量 的 限 取 范 围 3.2 O形 圈 的 安 装 沟 槽 O形 圈 压 缩 量 的 大 小 主 要 由 安 装 沟 槽 的 结 构 和 尺 寸 来 保 证 。 常 用 的 沟 槽 形 状有 矩 形 和 三 角 形 ， 一 般 情 况 三 角 形 仅 用 于 某 些 固 定 密 封 。 由 于 压 缩 量 不 同 所 以 静密 封 、 往 复 运 动 密 封 、 选 装 运 动 密 封 的 沟 槽 虽 形 状 相 似 ， 但 尺 寸 各 不 相 同 。3.2.1 槽 宽槽 宽 主 要 从 下 面 三 个 方 面 考 虑 ：1） 必 须 大 于 O形 圈 压 缩 变 形 后 的 最 大 直 径 。2） 必 须 考 虑 到 O形 圈 由 于 运 动 发 热 引 起 的 膨 胀 和 介 质 溶 胀 。3） 必 须 保 证 往 复 运 动 时 槽 内 有 一 定 的 空 间 使 O形 圈 滚 动 自 如 。 一 般 认 为 ， O形 圈 的 截 面 面 积 至 少 应 占 据 矩 形 截 面 面 积 的 85%， 在 许 多 场 合 下 取 槽 宽 为 O形 圈 截 面 直 径 的 1.5倍 。注 ： 沟 槽 太 窄 会 增 大 运 动 时 的 摩 擦 阻 力 ， O形 圈 磨 损 加 大 ， 易 损 ； 沟 槽 太 宽 使 得O形 圈 的 游 动 范 围 增 大 ， 也 易 磨 损 ， 且 在 静 密 封 的 脉 动 压 力 下 ， O形 圈 也 可 能 产 生 脉 动 游 动 出 现 异 常 磨 损 。 另 外 ， 当 内 压 很 高 时 必 须 用 挡 圈 ， 槽 宽 应 相 应 增 大 。 3.2 O形 圈 的 安 装 沟 槽3.2.2 槽 深 槽 深 是 O形 圈 能 否 良 好 工 作 的 关 键 尺 寸 ， 主 要 取 决 O形 圈 的 压 缩 变 形 量 。 此变 形 量 由 O形 圈 内 径 处 的 压 缩 变 形 量 （ 1） 和 O形 圈 外 径 处 的 压 缩 变 形 量 （ 2）组 成 ， 当 1=2时 ， O形 圈 截 面 与 槽 截 面 中 心 重 合 ， 两 种 心 愿 的 圆 周 相 等 ， 说明 O形 圈 安 装 时 未 受 到 拉 伸 ； 当 1 2时 ， O形 圈 截 面 中 心 的 周 长 小 于 沟 槽 中心 的 周 长 ， 说 明 O形 圈 以 拉 伸 状 态 在 沟 槽 内 ； 当 1 2时 ， O形 圈 截 面 周 长 大于 沟 槽 截 面 中 心 周 长 ， 此 时 O形 圈 以 周 向 压 缩 来 使 用 ， 拆 卸 时 ， O形 圈 会 出 现弹 跳 现 象 。 设 计 槽 深 时 应 首 先 确 定 O形 圈 的 使 用 方 式 ， 然 后 再 去 选 定 合 理 的 压 缩变 形 率 （ 详 见 表 一 ） 。 除 此 之 外 ， 也 要 考 虑 材 料 对 介 质 的 溶 胀 性 ， 材 料 本 身 的 膨 胀 性 等 相 关 因素 ， 需 考 虑 诸 多 设 计 因 素 。 但 国 家 对 于 沟 槽 的 结 构 已 经 给 出 相 关 标 准 。 3.2 O形 圈 的 安 装 沟 槽3.2.3 沟 槽 的 选 择 设 计1.沟 槽 的 安 装 形 式 a 径 向 活 塞 密 封 沟 槽 b 径 向 活 塞 杆 密 封 沟 槽 3.2.3 沟 槽 的 选 择 设 计1.沟 槽 的 安 装 形 式c 径 向 带 挡 圈 的 沟 槽 d 轴 向 沟 槽 说 明 ： 1） 一 般 情 况 ， 为 防 止 O形 圈 被 挤 入 间 隙 而 损 坏 ， 当 液 体 工 作 压 力 超 过 10MPa时 ， 固 定 密 封 当 液 体 压 力 超 过 32MPa时 ， 应 加 密 封 挡 圈 （ 如 图 c） ， 挡 圈 多 少 视 O形 圈 受 压 情 况 而 定 。 2） 轴 向 密 封 外 部 受 压 时 注 意 加 直 径 d8处 凸 台 ， 以 防 止 O形 圈 进 入 管 路 。 表 二 O形 圈 径 向 沟 槽 尺 寸O形 圈 截 面 直 径 d2 1.80 2.65 3.55 5.30 7.00沟 槽宽 度 气 动 密 封 2.2 3.4 4.6 6.9 9.3液 压 动 密 封或 静 密 封 b+0.25 2.4 3.6 4.8 7.1 9.59.5b1+0.25 3.8 5.0 6.2 9.0 12.3b2+0.25 5.2 6.4 7.6 10.9 15.1沟 槽深 度 t 活 塞 杆 密 封 ，（ 计 算 d3用 ） 液 压 动 密 封 1.42 2.16 2.96 4.48 5.95气 动 动 密 封 1.46 2.23 3.03 4.65 6.20静 密 封 1.38 2.07 2.74 4.19 5.67活 塞 杆 密 封 ，（ 计 算 d6用 ） 液 压 动 密 封 1.47 2.24 3.07 4.66 6.16气 动 动 密 封 1.57 2.37 3.24 4.86 6.43 静 密 封 1.42 2.15 2.85 4.36 5.89最 小 倒 角 长 度 Zmin 1.1 1.5 1.8 2.7 3.6槽 底 圆 角 半 径 r1 0.2-0.4 0.4-0.8 0.8-1.2槽 楞 圆 角 半 径 r2 0.1-0.3活 塞 杆 密 封 沟 槽 槽 底 最 大 直 径 d3max=d4+2t， d4活 塞 杆 直 径活 塞 杆 密 封 沟 槽 槽 底 最 小 直 径 d6min=d5max+2t， d5max活 塞 杆 最 大 直 径 3.2.3 沟 槽 的 选 择 设 计1.沟 槽 的 安 装 形 式 O形 圈 的 沟 槽 尺 寸 系 列 ， 中 国 已 制 定 有 标 准 ， 详 见 表 三 。表 三 密 封 用 沟 槽 尺 寸 及 压 缩 量 3.2.3 沟 槽 的 选 择 设 计3. O形 圈 沟 槽 加 工 要 求 为 避 免 划 伤 和 安 装 不 当 等 问 题 造 成 的 泄 露 ， O形 圈 在 安 装 时 对 沟 槽 及 相 关 部 件 的 精 度 都 有 一 定 要 求 。 首 先 ， 安 装 时 通 过 的 尖 叫 需 倒 钝 或 修 圆 ， 通 过 的 内 孔 应 倒 10 20 坡 口 。 其 次 ， 注 意 O形 圈 安 装 路 径 上 的 表 面 精 度 ， 轴 须 有 较 低 的 粗 糙 度 值 ， 必 要 时 需 涂 以 润 滑 剂 ， 对 于 安 装 沟 槽 及 配 合 表 面 精 度 的 要 求 详 见 表 四 。表 四 O形 橡 胶 密 封 沟 槽 各 配 合 偶 件 的 表 面 光 洁 度 3.3 O形 圈 的 材 料 选 用O形 圈 材 料 选 择 主 要 考 虑 以 下 几 点 ： 1） O形 圈 的 工 作 状 态 是 指 O形 圈 用 于 静 密 封 、 动 密 封 还 是 滑 动 密 封 。 2） 机 器 的 工 作 状 态 指 机 器 处 于 连 续 工 作 还 是 断 续 工 作 ， 并 考 虑 倒 每 次 断 续 时 间 的 长 短 ， 是 否 有 冲 击 载 荷 作 用 在 密 封 部 位 。 3） 工 作 介 质 的 情 况 工 作 介 质 是 气 体 还 是 液 体 ， 并 考 虑 其 物 理 和 化 学 性 能 。 4） 工 作 压 力 压 力 大 小 ， 波 动 幅 度 和 频 率 以 及 瞬 时 出 现 的 最 大 压 力 等 。 5） 工 作 温 度 包 括 瞬 时 出 现 的 温 度 以 及 冷 热 交 替 出 现 的 温 度 。 6） 价 格 与 来 源 。 一 般 来 说 耐 油 用 丁 腈 橡 胶 ， 耐 天 候 和 臭 氧 用 氯 丁 橡 胶 ， 耐 热 用 丙 烯 酸 酯 橡胶 或 氟 橡 胶 ， 耐 高 压 、 耐 磨 用 聚 氨 酯 橡 胶 ， 耐 寒 同 时 又 耐 油 用 共 聚 氯 醇 橡 胶 等 。各 种 胶 料 的 适 用 范 围 详 见 表 五 。 （ 其 他 见 附 件 ） 材 料 适 用 介 质 使 用 温 度 / 备 注运 动 用 静 止 用丁 腈 橡 胶 矿 物 油 ， 汽 油 ， 苯 80 -30 120氯 丁 橡 胶 空 气 ， 水 ， 氧 80 -40 120 运 动 用 应 注 意丁 基 橡 胶 动 、 植 物 油 ， 弱 酸 ， 碱 80 -30 110 永 久 变 形 大 ， 不 适 用矿 物 油丁 苯 橡 胶 碱 ， 动 、 植 物 油 ， 空 气 ， 水 80 -30 100 不 适 用 矿 物 油天 然 橡 胶 水 ， 弱 酸 ， 弱 碱 60 -30 90 不 适 用 矿 物 油 硅 橡 胶 高 、 低 温 油 ， 矿 物 油 ， 动 、植 物 油 ， 氧 ， 弱 酸 ， 弱 碱 -60 260 -60 260 不 适 用 蒸 汽 ， 运 动 部位 避 免 使 用氯 磺 化 聚 乙 烯 高 温 油 ， 氧 ， 臭 氧 100 -10 150 运 动 部 位 避 免 使 用聚 氨 酯 橡 胶 水 ， 油 60 -30 80 耐 磨 ， 但 避 免 高 速 使用氟 橡 胶 热 油 ， 蒸 汽 ， 空 气 ， 无 机 酸 ，卤 素 类 溶 剂 150 -20 200聚 四 氟 乙 烯 酸 ， 碱 ， 各 种 溶 剂 -100 260 不 适 用 运 动 部 位 表 五 O形 圈 密 封 材 料 使 用 规 范 谢 谢 大 家 ！