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,O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1,LiQiang2011-01-07,2,O型圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1、O型圈概述2、O型圈密封原理和要求3、O型圈材料特性及選擇4、O型圈密封的設(shè)計(jì)原則5、O型圈密封溝槽設(shè)計(jì)6、O型圈的性能7、O型圈失效8、O型圈的變形發(fā)展9、O型圈生產(chǎn)制造10、問題,3,1.0O型圈概述,O型圈是一種界面形狀為圓形的橡膠圈，是液壓氣動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的密封件,4,1.1O型圈特點(diǎn),特點(diǎn)：1尺寸小裝拆方便2動(dòng)靜密封均可用3靜密封幾乎沒有泄漏4單件使用雙向密封5動(dòng)摩擦力小6價(jià)格低,5,2.1O型圈密封原理,O型圈密封是一種擠壓型密封。當(dāng)密封件產(chǎn)生初始形變和應(yīng)力Pseal，Pw>Pseal時(shí)，將不會(huì)泄漏。Pm=P0+Pp，Pp=KP。Pm=P0+KPK為介質(zhì)壓力傳遞給O型圈壓力的系數(shù)（對(duì)橡膠，K=1；對(duì)無縫鋼管？復(fù)合密封圈？）因此，只要O型圈存在初始?jí)毫?，就可?shí)現(xiàn)無泄漏的絕對(duì)密封。O型圈密封是一種自密封結(jié)構(gòu)。,,,6,2.2O型圈密封壓縮變形率選擇,,理論上0壓縮也可實(shí)現(xiàn)密封，實(shí)際是不可能的。偏心工作載荷下，O型圈拉伸，變細(xì)，就可能泄漏低溫橡膠收縮，變細(xì)，可能泄漏（低溫會(huì)造成橡膠加速老化，失去補(bǔ)償能力）一般斷面有7%-30%的壓縮變形率，靜密封取大的壓縮率（15%-30%），動(dòng)密封取小的壓縮率（9-25%）,,,,,偏心,,,,,,7,2.3O型圈受內(nèi)壓、外壓選擇,,受內(nèi)壓O型圈外徑與溝槽外徑相同受外壓O型圈內(nèi)徑與溝槽內(nèi)徑相同防止出現(xiàn)在工作壓力下出現(xiàn)O型圈直徑變小。將O形圈安裝在溝槽內(nèi)時(shí)，要受到拉伸或壓縮。若拉伸和壓縮的數(shù)值過大，將導(dǎo)致O形圈截面過度增大或減小，因?yàn)槔?%相應(yīng)地使截面直徑W減小約0.5%。對(duì)于孔用（內(nèi)壓）密封，O形圈最好處于拉伸狀態(tài)，最大允許拉伸量為6%；對(duì)于軸用（內(nèi)壓）密封，O形圈最好延其周長(zhǎng)方向受壓縮，最大允許周長(zhǎng)壓縮量為3%。,,,受內(nèi)壓,受外壓,8,2.4O型圈擠出原理,,9,2.4O型圈允許擠出間隙,,最大允許擠出間隙gmax和系統(tǒng)壓力，O形圈截面直徑以及材料硬度有關(guān)。通常，工作壓力越高，最大允許擠出間隙gmax取值越小。如果間隙g超過允許范圍，就會(huì)導(dǎo)致O形圈擠出甚至損壞,當(dāng)壓力超過5MPa時(shí)，建議使用擋圈,,10,2.4O型圈允許擠出間隙,,11,2.5O型圈壓縮量選擇,液壓-氣動(dòng)-靜密封,液壓-動(dòng)密封,氣動(dòng)-動(dòng)密封,和材料有關(guān)的O形圈圓周方向的壓縮力,12,3.0O型圈材料特性,,13,3.1O型圈材料特性比較圖,,14,3.2O型圈材料特性排序,,15,3.3O型圈材料硬度,,16,3.4O型圈材料特性,,17,3.5O型圈材料耐化學(xué)性,,18,3.6O型圈材料耐溫性,,19,3.7O型圈材料選擇原則,,外界因素：1，工作狀態(tài)：動(dòng)密封，靜密封；連續(xù)工作，間斷工作等2，工作介質(zhì)：液體、氣體還是兩相流，及介質(zhì)的物理化學(xué)性能，與介質(zhì)相容性3，工作壓力：介質(zhì)工作壓力高低，壓力波幅，瞬時(shí)最大壓力4，工作溫度：瞬時(shí)溫度和冷熱交變溫度5，成本來源：成本低，來源廣,O型圈的硬度硬度：一般為70-90邵氏硬度，靜密封選低值70，旋轉(zhuǎn)密封取高值80，極少采用90。,20,4.0O型圈設(shè)計(jì)原則,通則：O型圈密封是擠壓式密封，設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為O型圈的壓縮和拉伸。O型圈直徑壓縮和拉伸。a，壓縮量過?。盒孤゜，壓縮量過大：應(yīng)力松弛引起泄漏c，拉伸量過大：界面直徑減少太大而引起泄漏,4.0壓縮率設(shè)計(jì)：W%=(d0-h)/d0。a，有足夠的密封接觸面積b，避免永久變形c，摩擦力盡量小圓柱靜密封：10%-15%，平面靜密封：15%-30%。往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封：10%-15%。旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封：內(nèi)徑比軸大3%-5%，外徑壓縮率為3%-8%。低摩擦用密封：一般為5%-8%，考慮介質(zhì)和溫度引起的膨脹，如超過15%，重新選材。,21,4.1O型圈設(shè)計(jì)原則,4.1拉伸率設(shè)計(jì)：W%=(d0+d)/(d0+d1)。O型圈裝入軸中后，一般會(huì)有拉伸，如果無拉伸，裝配時(shí)容易脫出，如拉伸過大，會(huì)導(dǎo)致O型圈截面積減少太多，出現(xiàn)泄漏。一般其拉伸量為1%-5%。,22,4.2O型圈設(shè)計(jì)原則,4.2接觸寬度設(shè)計(jì)：O形圈裝入密封溝槽后，其橫截面產(chǎn)生壓縮變形。變形后的寬度及其與密封面的接觸寬度都和O形圈的密封性能，其值過小會(huì)使密封性受到影響。O形圈變形后的寬度Bo（mm）與O形圈的壓縮率W和截面直徑do有關(guān)，可用下式計(jì)算Bo=（1/(1-W)-0.6W）do（W取10%~40%）O形圈與密封面的接觸面寬度b（mm）也取決于W和do：b=(4W^2+0.34W+0.31)do(W取10%~40%)一般情況，考慮到壓力脈動(dòng)和抽真空的需求，Bo應(yīng)接近于槽寬，對(duì)于氣體介質(zhì)的密封，Bo應(yīng)比槽寬小0.1-0.2mm；對(duì)于液體介質(zhì)的密封，Bo應(yīng)比槽寬小0.2-0.5mm。同時(shí)Bo不應(yīng)大于槽寬，否則承壓后可能會(huì)減小密封接觸寬度，同時(shí)減小密封接觸應(yīng)力而導(dǎo)致泄漏。有壓力脈動(dòng)時(shí)，槽寬過大會(huì)導(dǎo)致O型圈來回偏移，出現(xiàn)磨損；槽寬過小會(huì)導(dǎo)致O型圈填滿溝槽，導(dǎo)致阻力過大。,23,5.0O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.0O型圈溝槽設(shè)計(jì)：槽體積比O型圈體積大15%左右。設(shè)計(jì)參數(shù)：形狀，尺寸，精度，粗糙度，對(duì)于動(dòng)密封，需要計(jì)算相對(duì)運(yùn)動(dòng)間隙。原則：容易加工，尺寸合理，精度容易保證，拆裝方便。a，有壓縮3%-30%的壓縮。b，在介質(zhì)中膨脹，溫升膨脹。c，太窄磨損，太寬滾動(dòng)磨損。,24,5.1O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.2O型圈溝槽深度設(shè)計(jì)：槽深的設(shè)計(jì)決定O型圈的設(shè)計(jì)壓縮量，溝槽深度加上間隙小于O型圈自由狀態(tài)下O型圈的線徑。O型圈的壓縮量由內(nèi)徑壓縮量δ’和外徑壓縮量δ”構(gòu)成。δ’δ”,O型圈安裝時(shí)受拉伸；用于滑動(dòng)密封，如活塞密封。,5.3O型圈溝槽槽口和槽底圓角設(shè)計(jì)：槽口圓角：防止O型圈裝配時(shí)出現(xiàn)割傷和刮傷。R=0.1～0.2mm過大，過小會(huì)出現(xiàn)什么情況？（擠出和割傷）槽底圓角：防止出現(xiàn)應(yīng)力集中，動(dòng)：R=0.1～1.0mm，靜:R=d0/2mm，,25,5.3O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.4O型圈溝槽槽口和槽底圓角設(shè)計(jì)：槽口圓角：防止O型圈裝配時(shí)出現(xiàn)割傷和刮傷。R=0.1～0.2mm過大，過小會(huì)出現(xiàn)什么情況？（擠出和割傷）槽底圓角：防止出現(xiàn)應(yīng)力集中，動(dòng)：R=0.1～1.0mm，靜:R=d0/2mm，,5.5O型圈溝槽表面粗糙度設(shè)計(jì)：靜密封：Ra=6.3～3.2，動(dòng)密封：Ra=1.6，旋轉(zhuǎn)密封：軸凹槽：Ra=0.4或更小。A，采用什么樣的工藝來加工溝槽比較好。B，溝槽的粗糙度過大或過小會(huì)出現(xiàn)什么問題。,26,5.4O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.6O型圈擋圈設(shè)計(jì)：目的：防止O型圈在工作時(shí)出現(xiàn)間隙咬傷和擠出實(shí)效。使用：?jiǎn)蜗蚴軌?，一個(gè)擋圈；雙向受壓，兩個(gè)擋圈。,27,5.5O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.7O型圈溝槽型式和公差：詳見GB/T34523,28,5.6O型圈溝槽設(shè)計(jì),5.8O型圈密封常見型式：,軸向密封,徑向密封,接頭密封,悶塞密封,29,6.0O型圈性能,抗磨損,30,6.1O型圈性能,密封性能,31,6.2O型圈密封要求,穩(wěn)定性,32,6.3O型圈性能,抗擠出性,33,6.4O型圈性能,貼合性,34,7.0O型圈失效,7.0O型圈失效：O型圈常見的失效原因有材料問題、壓縮變形、間隙咬傷、扭曲現(xiàn)象、磨料磨損、表面粗糙度不當(dāng)和焦耳效應(yīng)等。壓縮變形，如右圖所示：,35,7.1O型圈失效,7.1O型圈失效：O型圈磨損，如右圖所示：,36,7.2O型圈失效,7.2O型圈失效：O型圈安裝損壞，如右圖所示：,37,7.3O型圈失效,7.3O型圈失效：O型圈爆破失效，如右圖所示：,38,7.4O型圈失效,7.4O型圈失效：O型圈熱損傷和氧化，如右圖所示：,39,7.5O型圈失效,7.5O型圈失效：O型圈扭曲滾轉(zhuǎn)損壞，如右圖所示：,40,7.6O型圈失效,7.6O型圈失效：O型圈擠出失效如右圖所示：,41,7.7O型圈失效,7.7O型圈失效：O型圈膨脹失效如右圖所示：,42,7.8O型圈失效,7.8O型圈失效：O型圈老化/氧化失效如右圖所示：,43,7.9O型圈失效,7.9O型圈失效：O型圈非典型失效如右圖所示：,44,8.0其他型式的密封圈,O型圈的常見的變形型式,45,9.0非標(biāo)O型圈制造,1，非標(biāo)O型圈計(jì)算和制造2，標(biāo)準(zhǔn)大批量O型圈如何生產(chǎn)？飛邊如何去除？,46,10Question？,