O型圈及其槽设计Word文档格式.docx
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c.尽量避免永久变形。
从以上这些因素不难发现,它们相互之间存在着矛盾。
压缩率大就可获得大的接触压力,但是过大的压缩率无疑会增大滑动摩擦力和永久变形。
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,要权衡个方面的因素。
一般静密封压缩率大于动密封,但其极值应小于30%和橡胶材料有关),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形圈密封压缩率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形圈的径还是外径又分受压和外压两种情况,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形圈的作用力方向是不同的,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%平面密封装置取W=15%~30%2.对于动密封
而言,可以分为三种情况:
a.往复运动密封一般取W=10%~15%b.
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0形圈的径要比轴径大3%~5%外径的压缩率W=3%~8%c.低摩擦运动用0形圈,为了减小摩擦阻力,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%超过这一围说明材料选
用不合适,应改用其他材料的0形圈,或对给定的压缩变形率予以修正。
压缩变形的具体数值,一般情况下,各国都根据自己的使用经验制订出标准或给出推荐值。
2)拉伸量
0形圈在装入密圭寸沟槽后,一般都有一定的拉伸量。
与压缩率不一样,拉伸量的大小对0形圈的密封性能和使用寿命也有很大的影响。
拉伸量大不但会导致0形圈安装困难,同时也会因截面直径do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:
a=(d+do)/(d1+do)
式中
d轴径(mm);
di0形圈的径(mm);
doO形圈的截面直径(mm)。
3)接触宽度
O形圈装入密封沟槽后,其横截面产生压缩变形。
变形后的宽度及其与轴的接触宽度都和0形圈的密封性能和使用寿命有关,其值过小会使密封性受到影响;
过大则增加摩擦,产生摩擦热,影响0形圈
的寿命。
0形圈变形后的宽度BO(mm)与0形圈的压缩率W和截面直径dO有关,可用下式计算
BO={1/(1-W)-0.6W}dO(W取10%~40%
0形圈与轴的接触面宽度b(mm)也取决于W和dO:
b=(4W2+0.34W+0.31)dO(W取10%~40%)
对摩擦力限制较高的0形圈密封,如气动密封、液压伺服控制元件密封,可据此估算摩擦力。
2、0形圈的设计
绝大多数的0形圈是用合成橡胶材料制成的。
合成橡胶0形圈的尺寸由国际标准(ISO3601/1)国家标准和组织标准等确定。
如有些国家将0形圈的尺寸系列分为P系列(运动用)、G系列(固定用)、V系列(真空用)和ISO系列(一般工业用)四个系列组成。
我国的
0形圈径、截面直径尺寸及公差由GB/T34542.1—1992规定。
密封装置的密封可靠性主要取决于0形圈的压缩量。
在一般的情况下,
这种压缩量都是很小的,只有十几微米到几十微米,这就要求0形
圈的尺寸公差具有很高的精度。
因此,0形圈需要采用高精度的模具进行加工,同时必须准确地掌握作为设计依据的0形圈材质的收缩
率。
一般只能通过实测,来获得0形圈的收缩率。
值得注意的是:
1)0形圈截面收缩率很小,一般不予考虑。
只有在其截面直径大于
8mm的情况下,才予以考虑
2)在配方和工艺条件一定的情况下,0形圈的收缩率会随着材质硬度的提咼而减小,也会随着其径的减小而提咼。
具有中等硬度(HS75±
5),以及中等大小(径d=40~70mm)的0形圈,其径的收缩率大约为1.5%
一般,在静密封场合,可选择截面较小的密封圈;
在动密封场合,应选择截面较大的密封圈。
通常,压力较高和间隙较大时,应选择较高硬度的材料;
也可以选择一般硬度的材料,再安装一个聚
四氟乙烯挡圈
3、0形密封圈密封沟槽设计
0形密封圈的压缩量与拉伸量是由密封沟槽的尺寸来保证的,0形密
圭寸圈选定后,其压缩量、拉伸量及其工作状态由沟槽决定,所以,沟槽设计与选择对密封装置的密封性和使用寿命的影响很大,沟槽设计
是0形圈密封设计的主要容。
密封沟槽设计包括确定沟槽的形状、
尺寸、精度和表面粗糙等,对动密封,还有确定相对运动间隙。
沟槽设计原则是:
加工容易,尺寸合理,精度容易保证,0形圈装拆较为
方便。
常见的槽形为矩形槽。
1)沟槽形状
矩形沟槽是液压气动用0形密封圈使用最多的沟槽形状。
这种沟槽的优点是加工容易,便于保证0形密封圈具有必要的压缩量。
除矩形沟槽外,还有V形、半圆形、燕尾形和三角形等型式的沟槽。
三
角形沟槽截面形状是以M为直角边的等边直角三角形。
截面积大约为0形圈截面面积的1.05~1.10倍。
三角形沟槽式密封装置在英国、美国、日本等国家均有应用。
设计的原则是0形密封圈径的公称尺寸相等。
密封沟槽即可开在轴上,也可开在孔上;
轴向密封则沟槽开在平面上。
2)槽宽的设计
密圭寸沟槽的尺寸参数取决于0形密圭寸圈的尺寸参数。
沟槽尺寸可按体积计算,通常要求矩形沟槽的尺寸比0形圈的体积大15%左右。
这是因为:
a.0形圈装入沟槽后,承受3%~30%勺压缩,而橡胶材料本身是不可压缩的,所以应有容纳0形圈变形部分的空间。
b.处于油液中的0形圈,除了存在由于油液的浸泡而可能引起的橡胶材料的膨胀外,还有可能存在随着液体工作温度的增高,而引起橡胶材料的膨胀现象。
所以沟槽必须留有一定的余量。
c.在运动状态下,能适应0形圈可能产生的轻微的滚动现象。
一般认为,装配后的0形密封圈与槽壁之间留有适当的间隙是必要的。
但是这个间隙不能过大,否则在交变压力的作用下就会变成有害的“游隙”,而增加0形圈的磨损。
槽不宜太窄,如果0形圈截面填满了槽的截面,那么运动时的摩擦阻力将会特别大,0形圈无法滚动,同时引起严重的磨损。
槽也不宜过宽,因为槽过宽时0形圈的游动围很大,也容易磨损。
特别是静密封时,如果工作压力是脉动的,那么静密封就不会静,它将在不适宜的宽槽以同样的脉动频率游动,出现异常磨损,使0形圈很快失
效。
0形圈的截面面积至少应占矩形槽截面面积的85%槽宽必须
大于0形圈压缩变形后的最大直径。
在许多场合下保证取槽宽为0
形圈截面直径的1.1~1.5倍。
当压很高时,就必须使用挡圈,这时槽宽也应相应加大。
工作方式不同,径向密圭寸或轴向密圭寸,动密圭寸或静密封,液压密封或气动密
封,密封沟槽尺寸不同。
我国0形圈密封圈与密封沟槽尺寸系列根据国家标准GB/T3452.3—1988),也可根据对根据对密封圈压缩量与拉伸量的要求计算设计沟槽尺寸。
3)槽深的设计
沟槽的深度主要取决于0形密封圈所要求的压缩率,沟槽的深度加上间隙,至少必须小于自由状态下的0形圈截面直径,以保证密封所需的0形圈压缩的变形量。
0形圈压缩变形量由0形圈径处的压缩变形量3'
和外径处的压缩变形量汀组成,即3=5+5'
'
。
当沪’时,形圈的截面中心与槽的截面中心重合,两中心圆的圆周相等,说明0形圈安装时未受到拉
伸。
如果3&
gt;
3’则0形圈截面中心圆的周长小于槽中心圆的周长,说明0形圈以拉伸状态装在槽;
若3’&
It;
3'
0贝形圈截面中心圆的周长大于槽的截面中心圆周长,此时,0形圈受周向压缩,拆卸时,
0形圈会出现弹跳现象。
设计槽深时,应首先确定0形圈的使用方
式,然后再去选定合理的压缩变形率。
4)槽口及槽底圆角的设计沟槽的外边口处的圆角是为了防止0形
圈装配时刮伤而设计的。
它一般采用较小的圆角半径,即r=0.1~0.2mm。
这样可以避免该处形成锋利的刃口,0形圈也不敢发生间隙挤出,并能使挡圈安放稳定。
沟槽槽底的圆角主要是为了避
免该处产生应力集中设计的。
圆角半径的取值,动密封沟槽可取R=0.3~1mm,静密封沟槽可取其0形圈截面直径的一半,即R=d/2。
5)间隙往复运动的活塞与缸壁之间必须有间隙,其大小与介质工作
压力和0形圈材料的硬度有关。
间隙太小,制造、加工困难;
间隙太大,0形圈会被挤入间隙而损坏。
一般压越大,间隙越小;
0形圈
材料硬度越大,间隙可放大。
当间隙值在曲线的左下方时,将不发生
间隙咬伤即“挤出”现象。
间隙的给定数值与零件的制造精度有很大关系。
6)槽壁粗糙度密封沟槽的表面粗糙度,直接影响着0形圈的密封
性和沟槽的工艺性。
静密封用0形圈工作过程中不运动,所以槽壁的粗糙度用Ra=6.3~3.2呵,对于往复运动用0形圈,因常在槽滚动,槽壁与槽底的粗糙程度应到低一些,要求在Ra=1.60g以下。
旋转
运动用的0形圈一般在沟槽是静止的,要求轴的粗糙度Ra=0.40呵
或者抛光。
4、挡圈
挡圈的作用在于防止0形圈发生“间隙咬伤”现象,提高其使用压力。
安有挡圈的0形圈在高压作用下,首先向挡圈靠拢。
随着压力的增加,0形圈与挡圈互相挤压。
由于它们是弹性体,两者同时发生变形,此变形首先向它们的上下两角扩展,直到压力超过10.5MPa。
这种变形一直在两者之间进行,而不致使挡圈发生“挤出”现象。
根据挡圈材料和结构形
式的不同,其承压能力提高的程度也不同
当压力足够大时,挡圈也会产生“挤出”现象。
0形圈使用挡圈后,工作压力可以大大提高。
静密封压力能提高到200~700MPa;
动密封压力也能提高到40MPa。
挡圈还有助于0形圈保持良好的润滑。
如果单向受压,则在承受侧用一个挡圈;
如果双向受压则用两个挡圈。
对于静密封,压在32MPa以下不用挡圈,超过此值用挡圈。
使用挡圈后虽可防止0形圈发生“间隙咬伤”现象,但会增加密封装置的摩擦阻力。
挡圈的材料有皮革、硬橡胶和聚四氟乙烯等,也有尼龙6和
尼龙1010的。
而以聚四氟乙烯挡圈最为常用。
聚四氟乙烯作为挡圈材料有下列有点。
1)工作精度高。
2)耐化学品性能优异,可用于几乎所有的介质。
3)无硬化破损现象。
4)使用温度围宽。
5)摩擦力小。
6)无吸水性。
7)在177C温度下不发生老化等。
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