O形圈基礎(chǔ)知識 1 一 概述 1 1O形圈特點(diǎn)O形圈是一種小截面的圓環(huán)形密封元件 常用截面是圓形 主要材料為合成橡膠 在液壓工程中是用的最多 最普遍的一種密封件 主要做靜密封及滑動(dòng)密封用 與其他密封件比有如下特點(diǎn) a 密封性好 壽命長 b 單圈就可對兩個(gè)方向起密封作用 c 對油液 溫度和壓力的適應(yīng)性好 d 動(dòng)摩擦阻力小 e 體積小 重量輕 成本低 f 密封部位結(jié)構(gòu)簡單 拆裝方便g 既可做靜密封也可做動(dòng)密封 h 尺寸和溝槽已被標(biāo)準(zhǔn)化 選用和外購方便 其缺點(diǎn)是 在做動(dòng)密封啟動(dòng)時(shí) 摩擦阻力較大 約為動(dòng)摩擦力的3 4倍 在高壓下易被擠入間隙 2 1 2表示方法 1GB T3452 1 1982的表示方法內(nèi)徑d1 線徑d2比如 1 O形圈20 2 4GB3452 1 8220代表O形圈內(nèi)徑為20mm2 4代表O形圈的截面直徑是2 4mmGB3452 1代表的是標(biāo)準(zhǔn)號 82代表的是標(biāo)準(zhǔn)公布年代 2 24002000GB3452 1 822400代表O形圈的截面直徑是2 4mm0200代表O形圈內(nèi)徑為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 內(nèi)徑1 8 斷面直徑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形圈線徑1 80mmB O形圈線徑2 65mmC O形圈線徑3 55mmD O形圈線徑5 30mmE O形圈線徑7 30mm 4 二 O形圈密封工作狀態(tài) 2 1靜密封用O形圈的作用O型密封圈是一種擠壓型密封 擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發(fā)生彈性變形 在密封接觸面上造成接觸壓力 接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓 則不發(fā)生泄漏 反之則發(fā)生泄漏 像這種借介質(zhì)本身來改變O形圈接觸狀態(tài)使之實(shí)現(xiàn)密封的過程 稱為 自封作用 O形圈預(yù)密封 5 2 1靜密封用O形圈的作用 自密封作用 由于預(yù)密封作用 O形圈與被密封光滑面和溝槽底面緊密接觸 這樣當(dāng)流體通過間隙進(jìn)入溝槽時(shí)只能對O形圈的一側(cè)面起作用 當(dāng)流體壓力較大時(shí) 把O形圈推向溝槽另一側(cè)面而擠壓成D形 并把壓力傳遞給接觸給接觸面 O形圈的自封是有限的 當(dāng)內(nèi)壓過高時(shí) 會(huì)出現(xiàn)O形圈的 膠料擠出 現(xiàn)象 即密封部位因有間隙存在 受高壓作用的O形圈在間隙處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到O形圈的料膠不能承受時(shí) 料膠就會(huì)被擠出來 此時(shí)雖然O形圈還能暫時(shí)維持密封 但實(shí)際已損壞 因此要嚴(yán)格選型 6 2 2動(dòng)密封用O形圈的作用 O形圈在動(dòng)密封中 其預(yù)密封效果和自密封作用與靜密封一樣 但由于桿運(yùn)動(dòng)時(shí)很容易將流體帶到O形圈和桿之間 因此情況比較復(fù)雜 工作中 假設(shè)O形圈左側(cè)作用著介質(zhì)壓力P1 如圖a 若將O形圈與桿接觸部位放大 圖b 其接觸表面實(shí)際是凹凸不平的 并非每一點(diǎn)都與金屬表面接觸 由于自封作用 O形圈對桿產(chǎn)生的接觸壓力大于P1而得到密封 但當(dāng)桿開始向右移動(dòng)時(shí)附著在桿上的介質(zhì)被帶到楔形狹縫 圖c 由于流體動(dòng)壓效應(yīng)這部分介質(zhì)的壓力比P1大 當(dāng)它大于O形圈對桿的接觸力時(shí) 介質(zhì)便擠入O形圈的第一個(gè)凹槽處 圖d 桿繼續(xù)向右移動(dòng)時(shí)介質(zhì)不斷地進(jìn)入下一個(gè)凹槽 介質(zhì)便沿著桿運(yùn)動(dòng)的方向泄露 當(dāng)桿向左運(yùn)動(dòng)時(shí) 由于趕運(yùn)動(dòng)方向與桿壓力方向相反 故不易泄露 泄漏量是隨著介質(zhì)的粘度和桿的運(yùn)動(dòng)速度提高而增大的 還與O形圈的尺寸 工作壓力等密切相關(guān) 7 back 8 2 3O形圈的密封形式 1按密封件與被密封裝置的相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為 靜密封 往復(fù)動(dòng)密封 轉(zhuǎn)動(dòng)密封和開關(guān)密封 2按O形圈在矩形溝槽中壓縮密封配合的壓縮量大小 松緊程度 可分為 壓緊 套緊 液動(dòng) 氣動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)5種基本密封配合 以及在端面倒角槽中擠緊密封配合 此外還有滑動(dòng)密封和浮動(dòng)密封兩種特殊密封方法 3按被密封件的結(jié)構(gòu)可分為 端面密封即軸向密封 角密封 孔端面倒角槽密封 軸端面倒角槽密封 圓柱密封即徑向密封 圓柱內(nèi)徑密封 活塞桿密封 圓柱外徑密封 活塞密封 圓錐面密封和球面密封 9 三 O形圈的設(shè)計(jì)應(yīng)用 3 1O形圈的使用參數(shù)3 1 1壓縮率壓縮率W通常用下式表示 W d2 h d2 100 式中d2 O型圈在自由狀態(tài)下的截面直徑 mm h O型圈槽底與被密封表面的距離 溝槽深度 即O型圈壓縮后的截面高度 mm 在選取O形圈的壓縮率時(shí) 應(yīng)從如下3方面考慮 1 要有足夠的密封接觸面積 2 摩擦力盡量小 3 盡量避免永久變形 10 3 1 1壓縮率 O型密封圈壓縮率W的選擇應(yīng)考慮使用條件 靜密封或動(dòng)密封 靜密封又可分為徑向密封與軸向密封 徑向密封的泄漏間隙是徑向間隙 軸向密封的泄漏間隙是軸向間隙 軸向密封根據(jù)壓力介質(zhì)作用于O形圈的內(nèi)徑還是外徑又分受內(nèi)壓和受外壓兩種情況 內(nèi)壓增加的拉伸 外壓降低O形圈的初始拉伸 上述不同形式的靜密封 密封介質(zhì)對O形圈的作用方向是不同的 所以預(yù)壓力設(shè)計(jì)也不同 對于動(dòng)密封則要區(qū)分是往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封還是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封 1 靜密封 圓柱靜密封裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)式密封裝置一樣 一般取W 10 15 平面靜密封裝置取W 15 30 2 對于動(dòng)密封而言 可以分為三種情況 往復(fù)運(yùn)動(dòng)一般取W 10 15 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封在選取壓縮率時(shí)必須要考慮焦耳熱效應(yīng) 一般來說 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用O形圈的內(nèi)徑要比軸徑大3 5 外徑的壓縮率W 3 8 低摩擦運(yùn)動(dòng)用O型圈 為了減少摩擦阻力 一般均選取較小的壓縮率 即W 5 8 此外 還要考慮到介質(zhì)和溫度引起的橡膠材料膨脹 通常在給定的壓縮變形之外 允許的最大膨脹率為15 超過這一范圍說明材料選用不合適 應(yīng)改用其他材料的O形圈 或?qū)o定的壓縮變形率予以修正 11 3 1 2拉伸量 O型圈在裝入密封溝槽后 一般都有一定的拉伸量 與壓縮率一樣 拉伸量的大小對O型圈的密封性能和和使用壽命也有很大的影響 拉伸量大不但會(huì)導(dǎo)致O型圈安裝困難 同時(shí)也會(huì)因截面直徑d2發(fā)生變化而使壓縮率降低 以致引起泄漏 拉伸量a可用下式表示 d d2 d1 d2 式中d 軸徑 mm d1 O形圈內(nèi)徑 mm 拉伸量的取值范圍為1 5 如表一給出了O型圈拉伸量的推薦值 可根據(jù)軸徑的大小 按表選限取O型圈的拉伸量 表一O型圈壓縮率與拉伸量的限取范圍 12 3 2O形圈的安裝溝槽 O形圈壓縮量的大小主要由安裝溝槽的結(jié)構(gòu)和尺寸來保證 常用的溝槽形狀有矩形和三角形 一般情況三角形僅用于某些固定密封 由于壓縮量不同所以靜密封 往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封 選裝運(yùn)動(dòng)密封的溝槽雖形狀相似 但尺寸各不相同 3 2 1槽寬槽寬主要從下面三個(gè)方面考慮 1 必須大于O形圈壓縮變形后的最大直徑 2 必須考慮到O形圈由于運(yùn)動(dòng)發(fā)熱引起的膨脹和介質(zhì)溶脹 3 必須保證往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)槽內(nèi)有一定的空間使O形圈滾動(dòng)自如 一般認(rèn)為 O形圈的截面面積至少應(yīng)占據(jù)矩形截面面積的85 在許多場合下取槽寬為O形圈截面直徑的1 5倍 注 溝槽太窄會(huì)增大運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力 O形圈磨損加大 易損 溝槽太寬使得O形圈的游動(dòng)范圍增大 也易磨損 且在靜密封的脈動(dòng)壓力下 O形圈也可能產(chǎn)生脈動(dòng)游動(dòng)出現(xiàn)異常磨損 另外 當(dāng)內(nèi)壓很高時(shí)必須用擋圈 槽寬應(yīng)相應(yīng)增大 13 3 2O形圈的安裝溝槽 3 2 2槽深槽深是O形圈能否良好工作的關(guān)鍵尺寸 主要取決O形圈的壓縮變形量 此變形量由O形圈內(nèi)徑處的壓縮變形量 1 和O形圈外徑處的壓縮變形量 2 組成 當(dāng) 1 2時(shí) O形圈截面與槽截面中心重合 兩種心愿的圓周相等 說明O形圈安裝時(shí)未受到拉伸 當(dāng) 1 2時(shí) O形圈截面中心的周長小于溝槽中心的周長 說明O形圈以拉伸狀態(tài)在溝槽內(nèi) 當(dāng) 1 2時(shí) O形圈截面周長大于溝槽截面中心周長 此時(shí)O形圈以周向壓縮來使用 拆卸時(shí) O形圈會(huì)出現(xiàn)彈跳現(xiàn)象 設(shè)計(jì)槽深時(shí)應(yīng)首先確定O形圈的使用方式 然后再去選定合理的壓縮變形率 詳見表一 除此之外 也要考慮材料對介質(zhì)的溶脹性 材料本身的膨脹性等相關(guān)因素 需考慮諸多設(shè)計(jì)因素 但國家對于溝槽的結(jié)構(gòu)已經(jīng)給出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 14 3 2O形圈的安裝溝槽 3 2 3溝槽的選擇設(shè)計(jì)1 溝槽的安裝形式 a徑向活塞密封溝槽 b徑向活塞桿密封溝槽 15 3 2 3溝槽的選擇設(shè)計(jì) 1 溝槽的安裝形式 c徑向帶擋圈的溝槽 d軸向溝槽 說明 1 一般情況 為防止O形圈被擠入間隙而損壞 當(dāng)液體工作壓力超過10MPa時(shí) 固定密封當(dāng)液體壓力超過32MPa時(shí) 應(yīng)加密封擋圈 如圖c 擋圈多少視O形圈受壓情況而定 2 軸向密封外部受壓時(shí)注意加直徑d8處凸臺 以防止O形圈進(jìn)入管路 16 表二O形圈徑向溝槽尺寸 17 3 2 3溝槽的選擇設(shè)計(jì) 1 溝槽的安裝形式O形圈的溝槽尺寸系列 中國已制定有標(biāo)準(zhǔn) 詳見表三 表三密封用溝槽尺寸及壓縮量 18 3 2 3溝槽的選擇設(shè)計(jì) 3 O形圈溝槽加工要求為避免劃傷和安裝不當(dāng)?shù)葐栴}造成的泄露 O形圈在安裝時(shí)對溝槽及相關(guān)部件的精度都有一定要求 首先 安裝時(shí)通過的尖叫需倒鈍或修圓 通過的內(nèi)孔應(yīng)倒10 20 坡口 其次 注意O形圈安裝路徑上的表面精度 軸須有較低的粗糙度值 必要時(shí)需涂以潤滑劑 對于安裝溝槽及配合表面精度的要求詳見表四 表四O形橡膠密封溝槽各配合偶件的表面光潔度 19 3 3O形圈的材料選用 O形圈材料選擇主要考慮以下幾點(diǎn) 1 O形圈的工作狀態(tài)是指O形圈用于靜密封 動(dòng)密封還是滑動(dòng)密封 2 機(jī)器的工作狀態(tài)指機(jī)器處于連續(xù)工作還是斷續(xù)工作 并考慮倒每次斷續(xù)時(shí)間的長短 是否有沖擊載荷作用在密封部位 3 工作介質(zhì)的情況工作介質(zhì)是氣體還是液體 并考慮其物理和化學(xué)性能 4 工作壓力壓力大小 波動(dòng)幅度和頻率以及瞬時(shí)出現(xiàn)的最大壓力等 5 工作溫度包括瞬時(shí)出現(xiàn)的溫度以及冷熱交替出現(xiàn)的溫度 6 價(jià)格與來源 一般來說耐油用丁腈橡膠 耐天候和臭氧用氯丁橡膠 耐熱用丙烯酸酯橡膠或氟橡膠 耐高壓 耐磨用聚氨酯橡膠 耐寒同時(shí)又耐油用共聚氯醇橡膠等 各種膠料的適用范圍詳見表五 其他見附件 20 表五O形圈密封材料使用規(guī)范 21 謝謝大家 22