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O型密封圈及其槽的设计
O 型密封圈及其槽的设计
O 形圈密封是典型的挤压型密封。O 形圈截面直径的压缩率和拉
伸是密封设计的主要内容,对密封性能和使用寿命有重要意义。O 形
圈一般安装在密封沟槽内起密封作用。O 形密封圈良好的密封效果很
大程度上取决于O 形圈尺寸与沟槽尺寸的正确匹配,形成合理的密封
圈压缩量与拉伸量。密封装置设计加工时,若使O 形圈压缩量过小,
就会引起泄漏;压缩量过大则会导致O 形密封圈橡胶应力松弛而引起
泄漏。同样,O 形圈工作中拉伸过度,也会加速老化而引起泄漏。世
界各国的标准对此都有较严格的规定。
1、O 形圈密封的设计原则
1)压缩率
压缩率W 通常用下式表示:
W= (do-h)/do%
式中 do——O 形圈在自由状态下的截面直径(mm)
h ——O 形圈槽底与被密封表面的距离,即O 形圈压缩后的截
面高度(mm)。
在选取O 形圈的压缩率时,应从如下三个方面考虑:
a.要有足够的密封接触面积
b.摩擦力尽量小
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 形圈的内径还是外径又分
受内压和外压两种情况,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 O 形圈的内径要比轴径大 3%~5% ,外径的压缩率
W=3%~8% 。
c.低摩擦运动用O 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。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
O 形圈在装入密封沟槽后,一般都有一定的拉伸量。与压缩率不
一样,拉伸量的大小对O 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O 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α 可用下式表示:
α =(d+do)/ (d1+do )
式中
d——轴径(mm);
d1——O 形圈的内径(mm);
do——O 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O 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O 形圈的寿
命。
O 形圈变形后的宽度BO (mm)与O 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%)
O 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O 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、O 形圈的设计
绝大多数的 O 形圈是用合成橡胶材料制成的。合成橡胶 O 形圈
的尺寸由国际标
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