O型圈设计参考ppt课件

O形圈基础知识 1 一 概述 1 1O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 2 1 2表示方法 1GB T3452 1 1982的表示方法内径d1 线径d2比如 1 O形圈20 2 4GB3452 1 8220代表O形圈内径为20mm2 4代表O形圈的截面直径是2 4mmGB3452 1代表的是标准号 82代表的是标准公布年代 2 24002000GB3452 1 822400代表O形圈的截面直径是2 4mm0200代表O形圈内径为20mm 3 1 2表示方法 2GB T3452 1 2005的表示方法比如 1 O形圈7 5 1 8GGB 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 A0 0 7 5 GGB T3452 1A O形圈线径1 80mmB O形圈线径2 65mmC O形圈线径3 55mmD O形圈线径5 30mmE O形圈线径7 30mm 4 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 5 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 6 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P1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 7 back 8 2 3O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 9 三 O形圈的设计应用 3 1O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 10 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 11 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 表一O型圈压缩率与拉伸量的限取范围 12 3 2O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 13 3 2O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 14 3 2O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 15 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 16 表二O形圈径向沟槽尺寸 17 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 18 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 19 3 3O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 20 表五O形圈密封材料使用规范 21 谢谢大家 22