O型圈密封的设计.pdf

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1、255 模 压 密 封 圈 1 2 2O 形圈 挡圈及X形圈 1 O 形圈 O形圈作为密封材料 结构简单 安装容易 密封没有方向性 而且具有广阔的使用压 力范围 具有非常优异的特性 其用途可应用于从半导体 核能相关设备 到液压 空压设备等各种行业中 另一方面 根据各种流体而选用的材料或是沟槽设计等的错误使用方法 而导致耐久 性受到明显影响的情况也较多 在使用时需要细心注意 a O形圈的止漏原理 O形圈的止漏原理如图1 2 14的A所示 将O形圈安装在密封槽内 施加8 30 的挤压 在低压的情况下 O形圈可以依靠自身的弹性 直接密封 如果压力增加 如B所示 O 形圈被推向密封槽的一侧 O形变形为

2、D形 增加接触面压力 进行密封 如果压力进一 步提高 如C所示 从密封槽的游隙挤出 O形圈自身被损坏 破坏密封功能 作为这种 高压情况的应对措施 可以通过使用挡圈防止挤出 图1 2 15表示随着工作压力的增加 O形圈的变形情况 如图1 2 15的D所示在压力6 3MPa 64kgf cm2 左右时 发生挤出 E 作为高压用 使用了挡圈 O形圈即使因高工作压力而被推向一侧 也不会发生挤出 因 此 O形圈在工作压力6 9MPa 70kgf cm2 以上时应使用挡圈 图 1 2 14O 形圈的止漏原理技 制 O形圈设计好的O形圈沟槽不承受压力时 不承受压力时止漏状态 止漏状态挤出 压 力 过大的 压

3、力 256 图 1 2 15因各压力而导致的 O 形圈变化状况技 制 使用了挡圈时 压力 257 模 压 密 封 圈 b O形圈的硬度 压力及游隙的关系 在没有使用挡圈时 O形圈的挤出会明显影响O形圈的寿命 从O形圈沟槽挤出的现象 主要是与游隙有关 此外 流体的压力 橡胶材质的硬度也是 原因之一 根据JIS B 2406 1991 O形圈安装沟槽部分的形状 尺寸 规定如下 甲 运动用及固定用 圆筒面 的沟槽的游隙 在使用状态下 当游隙 2g 小于表1 2 2的值时 不使用挡圈也可以 但是当超过表 1 2 2的值时 应并用挡圈 表 1 2 2不使用挡圈时的直径游隙 2g 的最大值技 制 压力 单

4、位mm 注 1 弹簧硬度 根据JIS K 6301 的 5 2 2 的 A型 JIS A 决定 参考 B 2406 1991 解说引用 游隙 O形圈从沟槽部位的挤出 主要与游隙 2g 有关 此外 还受流体压力 橡胶材料的 硬度的影响 游隙的极限如表1 2 2所示 O形圈从沟槽部位挤出的游隙极限值如表1 2 2中给出的是实验性的值 该数值 在日本 作为参考值毫无问题地被使用至今 表1 2 2的压力范围 是根据ISO 3322中使用的液压相关的压力等级而给出的 关于支 持其它压力的实际游隙极限值的具体情况 如解说图 图1 2 16 中所示 可以参考并计 算得出 O形圈的硬度 弹簧硬度Hs 1 游隙

5、 2g 使用压力 以上以上以上以上 258 图 1 2 16O 形圈的挤出极限曲线技 制 流 体 压 力 参考 纯 PTFE 挡圈 有挤出现象 无挤出现象 肖氏硬度 A 最大直径游隙 备注 1 试验条件 未使用挡圈 因流体压力而导致的气缸膨胀为0 从0至图示压力 以150转 分的转速旋转10万转后的结果 2 当考虑到因流体压力而导致气缸膨胀时 必须采用图中值的75 以下的游隙 259 模 压 密 封 圈 c O形圈的压缩量与压缩力的关系 图 1 2 17O 形圈截面技 制图 1 2 18O 形圈的压缩量与 压缩力 技 制 技 制技 制 技 制技 制 O形圈 中心直径 压缩量 肖氏硬度 A 50

6、 中心圆周 中心直径 单位长度的压缩力 kg mm 压缩量 肖氏硬度 A 50 中心圆周 中心直径 单位长度的压缩力 kg mm 压缩量 中心圆周 中心直径 单位长度的压缩力 kg mm 压缩量 肖氏硬度 A 50 中心圆周 中心直径 单位长度的压缩力 kg mm 压缩量 中心圆周 中心直径 单位长度的压缩力 kg mm 肖氏硬度肖氏硬度 图 1 2 20O 形圈的压缩量与 压缩力 图 1 2 22O 形圈的压缩量与 压缩力 图 1 2 19O 形圈的压缩量与压 缩力 图 1 2 21O 形圈的压缩量与压 缩力 260 d 华尔卡O 形圈的规格 规格 种类 按 材 料 区 分 按 用 途 区

7、分 一般矿物液压油用 燃料用 动 植 物 油 用 耐热用 耐 热 耐 油 用 制冷液用 一般机器用汽车用航空用 华尔卡SG 规格 1 1 种 A 1 种 B 2 种 3 种 4种 C 4种D P 运动用 G 固定用 V 真空用 ISO 一般工业用 丁腈橡胶 NBR 丁腈橡胶 NBR 氟橡胶 FKM 氟硅橡胶 FVMQ 丙烯橡胶 EPDM 丁二烯橡胶 SBR 硅橡胶 VMQ 氟橡胶 FKM 丙烯酸橡胶 ACM 固定用 1种A 2 种 3 种 4 种 C 4 种 D 4 种 E 5 种 运动用 固定用 丁腈橡胶 NBR 丁腈橡胶 NBR 氟橡胶 FKM 氟硅橡胶 FVMQ 丙烯橡胶 EPDM 丁二

8、烯橡胶 SBR 硅橡胶 VMQ 氟橡胶 FKM 运动用 固定用 注 1 华尔卡 SG系列 是适应设备小型化的需求 特别将线径较细的 O 形圈系列化而成 261 模 压 密 封 圈 e O形圈橡胶材料的种类与特点 适用规格 与JIS规格相当的其它编号 1种A 1 种 B 2 种 3 种 4 种 C 4 种 D 一般工业用 4种 E 1 种 2 种 橡胶种类 丁腈橡胶 丁腈橡胶 NBR 丁腈橡胶 丁二烯橡胶 硅橡胶 氟橡胶 丁腈橡胶 丁腈橡胶 特级橡胶 氟橡胶 氟硅橡胶 ARMOR系列 丙烯橡胶 氯丁橡胶 CR 丙烯酸橡胶 丁基橡胶 聚氨脂橡胶 硬度 材料标号用 途 及 特 点 具有耐油 耐热 耐

9、磨损性 是液空压用的 标准材料 与 B0570基本相同的 耐压性优异的材料 煤油 汽油等优异的一般燃料油用材料 乙二醇 制动油及动植物油用的材料 在合成橡胶中 表现出最优异的耐热 耐寒 性的材料 表现出优异的耐热 耐矿物油性 压缩永久 变形小的优异材料 具有耐油 耐热 耐磨损性 是液空压用的 标准材料 耐寒性优异的丁腈橡胶 耐油性 耐汽油性特别优异的丁腈橡胶 耐热 耐油 高强度 耐磨损性优异的材料 耐酸性优异的材料 与 D0270 基本相同的 耐压性优异的材料 耐热水 耐碱性优异的材料 比 D0270 耐寒性优异的材料 对于从低温到高温的燃料油 矿物油等性能 优异的材料 液晶 半导体制造装置用

10、密封材料 耐等离 子性 纯粹性 非粘附性优异的材料 耐蒸汽 耐植物油 制动油 耐难燃性液压 油性能优异的 3 种材料 耐氟里昂 耐气候性优异的材料 比丁腈橡胶耐高温 耐油性优异的材料 水道不锈钢管的接头密封用的耐热水 耐蒸 汽性优异的材料 与 F0075 基本相同的 耐压性优异的材料 耐油 高强度 耐磨损性最优异的材料 华尔卡 注 1 关于特殊材料 由于未备有模具 所以在订购时请加以确认 日本水道 协会 种 类 标 准 材 料 主 要 特 殊 材 料 1 262 f O形圈的公制及英制规格 O形圈的公制规格如表1 2 3所示 当需要英制的尺寸时 应使用AS568 表 1 2 3公制规格技 制

11、规格编号及名称 O形圈 O 形圈安装沟槽部位的形状 尺寸 O 形圈用挡圈 汽车用 O形圈 真空装置用法兰 263 模 压 密 封 圈 g O形圈的使用方法 甲 沟槽的表面粗糙度 降低与O形圈接触部分的摩擦阻力 同时 为了充分发挥防漏功能 提高O形圈的使用寿 命 表面加工应尽量提高精度 JIS对于一般用作了表1 2 5 JIS B 2406 对航空用作 了表1 2 6 MIL G 5514F 的规定 表 1 2 5运动用及固定用 圆筒面 与固定用 平面 JIS B 2406 沟槽部位的表面 粗糙度 技 制 单位 m 设备部分用途承受压力方 沟槽的侧面及 底面 O 形圈的密封 部位的接触面 O 形

12、圈安装用 倒角部位 固定用 运动用 固定用 运动用 无脉动 平面 圆筒面 有脉动 使用挡圈时 不使用挡圈时 无脉动 有脉动 表面粗糙度 参考 Rmax 设备部分 表面粗糙度 中心线平均粗糙度 气缸内径或活塞杆最大 密封圈滑动的直径面 O形圈沟槽直径 运动用密封最大 固定用密封最大 不使用挡圈时的 O形圈沟槽侧面 运动用密封最大 固定用密封最大 使用挡圈时的最大 O形圈沟槽侧面 备注表面粗糙度符号 S与 a 的关系无法统一定义 不过对于规则的平滑面 S 4a是成立的 表 1 2 6表面粗糙度 MIL G 5514F 技 制 264 乙 O 形圈的沟槽尺寸 作为法兰密封垫片的使用方法 一般采用如图

13、1 2 23 图1 2 24 图1 2 25所示的使用方法 此时 当流体的压力施加到 O形圈内侧时 取沟槽外径等于O形圈的公称外径 而当施加以外压时 则取沟槽内径 等于O形圈的公称内径 沟槽的深度及幅度按照JIS B 2406的规定 表1 2 7为参考 此外 表1 2 8给出了以英制的O形圈作为密封垫片使用时的沟槽尺寸 另外 表1 2 9中 给出了一般工业用 ISO O形圈的沟槽尺寸 以作参考 图 1 2 23外压用技 制图 1 2 24内压用技 制 图 1 2 25内压用 O 形圈未拉入内侧时 技 制 表 1 2 7公制的O形圈作为密封垫 片使用时的沟槽尺寸 JIS B 2406 技 制表1

14、 2 8英制的O形圈作为密封 垫片使用时的沟槽尺寸 技 制 单位 mm单位 mm O形圈的线径 槽的深度 h 槽的幅度 b 底半径 r1 O形圈的线径 槽的深度 h 槽的幅度 b 底半径 r1 265 模 压 密 封 圈 作为运动用及固定用 圆筒面 的使用方法 作为运动用及圆筒面用 在JIS B 2406及MIL G 5514 F中以图1 2 26 图1 2 27给出 了O形圈安装沟槽部分的形状 以表1 2 10 表1 2 11给出了其尺寸表 不过 根据经 验 对于固定用圆筒面 推荐使用表1 2 12 表1 2 13的沟槽尺寸 表1 2 14 表1 2 15给出了将一般工业用 ISO O形圈用

15、于运动用及固定用圆筒面时的 沟槽尺寸 以作参考 此外 为了进一步确保密封 也有采用表1 2 16 表1 2 17作为 O形圈不旋转的运动用沟槽尺寸 但这不是一般性的使用方法 是用于即使摩擦阻力增大 使用寿命缩短 也不得不使 用的场合 例如 压力在49MPa 500kgf cm 以下 需承受震振的场合或滑动速度非常缓慢的场 合 采用该沟槽尺寸 另外 超高压用49MPa 196MPa 500 2000kgf cm 液压起重机等 或作为空压气缸 用 低压用 一般压缩量3 5 而使用O形圈时 需特别注意沟槽的设计 表 1 2 9一般工业用 ISO O形圈作为密封垫片使用时的沟槽尺寸 参考 技 制 单位

16、mm O形圈的线径 槽的深度 h 槽的幅度 b 底半径 r1 266 凸形密封部位的气缸内径 气缸外径 凸形密封部位的沟槽外径 气缸内径 活塞外径 活塞的沟槽外径 活塞杆外径 活塞杆穴内径 活塞杆的密封部位沟槽内径 凹形密封部位的轴套外径 凹形密封部位的外壳外径 凹形密封部位的沟槽内径 图 1 2 26JIS B 2406 O 形圈安装沟槽部分的形状技 制 运动用一体槽 固定用 圆筒面 分割槽 注 1 E是偏心量 表示尺寸K的最大值与最小值的差 为同心度的2倍 游隙 3 4 两侧均是 1 降低角度 槽的详细图 2 半径 表中此两面表示在界限内是 同轴 注 1 沟漕角度为0 时 能够得到比较良好的效果 2 槽和邻接支撑面之间的最大振摆 参照槽的详细图 3 使用固定用O形圈密封时 请参照 JIS W 2006 3 5 4项 4 直径游隙是指气缸内径和与其相嵌合的部件的全尺寸差 游隙 3 4 图 1 2 27MIL G 5514F 航空用 O 形圈的安装沟槽部分的形状技 制 267 模 压 密 封 圈 表 1 2 10公制的O形圈用于运动用及 固定用圆筒面时的沟槽尺寸 JIS B 2406