你需要了解的O型圈密封知识

文章来源:互联网 点击数:585 发布时间:2016-10-25
你需要了解的O型圈密封知识

(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0.4 Mpa,硬度选择在(70±5)度;超出0.4 Mpa则按特殊密封装置设计。

日本JISB 2406-1991 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

   5.1 O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 AS 568

1.78   2.62   3.53   5.33   7.00

英国标准 BS 1516

日本标准 JIS B2401

1.90   2.4    3.1    3.5    5.7    8.4

国际标准 ISO 3601/1

1.8   2.65   3.55  5.30  7.00

德国标准 DIN 3771/1

中国标准 GB 3452.1

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

 

 

                       

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