《o型圈基础知识》由会员分享,可在线阅读,更多相关《o型圈基础知识(22页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、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34倍, 在高压下易被挤入间隙。
2、,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 7.51.8G GB/T3452.1 , 7.5内径 1.8断面直径 G (G通用O形圈 ) (A宇航用O
3、形圈) (2)A 0075G GB/T3452.1 AO形圈线径1.80mm BO形圈线径2.65mm CO形圈线径3.55mm DO形圈线径5.30mm EO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,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。
4、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P
5、1(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。,back,2.3 O形圈的密
6、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)
7、/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
8、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
9、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。,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
10、,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
11、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12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12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
12、 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
13、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,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1020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
14、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),表五 O形圈密封材料使用规范,谢谢大家!,