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O型密封圈的选型与使用

分享一篇关于O形圈详细的知识,O形密封圈的选型过程及步骤。密封件的合理选取对液压元器件的性能和使用寿命起着很重要的作用。结合东莞力拓长期从事这方面的工作中积累的一些经验与体会,对O型密封圈在动静密封场合的设计原则、选型、预压缩量、沟槽尺寸、装配注意事项等作了详细叙述,供同行参考。

  O型圈具有良好的密封性,密封压力在1.33×10-5Pa到100MPa范围内,因其具有结构简单、性能可靠、价格低廉、易于选配等优点,被广泛应用在各种动、静密封场合。

1、设计要点

  1.1、O型圈尺寸和材料硬度的选择

  1)尺寸选择原则

  (1)O型圈的截径d2的选择原则。图1为O型圈的尺寸图。为了达到最好的密封效果,O型圈的截径d2应尽可能选大些。

O型圈尺寸图

图1 O型圈尺寸图

  在动密封应用场合中,考虑到尺寸公差因素,对同一内径d1,推荐选用较大的截径。在静密封应用场合中,选用较大截径比选用较小截径更加安全可靠。

  (2)O型圈的内径d1的选择原则。O型圈内径d1的选择原则请参照文中1.3和1.9的相关内容。下面推荐表1所示的数据,供选择O型圈尺寸时参考。

表1 O型圈尺寸选择的参考数据

O型圈尺寸选择的参考数据

  2)材料及硬度选择原则

  O型圈材料的硬度取决于工作压力、间隙值和应用场合(动、静密封)以及密封零部件的表面加工质量。对于标准化应用场合,推荐材料硬度为邵尔A70,而在高压(20MPa以上)或承受脉冲压力工况时,则材料的硬度需相应提高。

  1.2、O型圈安装后的初始压缩量

  O型圈在安装沟槽中的初始压缩量(预压缩量)是至关重要的,根据不同的应用场合,O型圈的初始压缩量建议如下:

O型圈的初始压缩量

  静密封:当油液压力在30MPa以下时,选(15~20)%;当压力在30~60MPa的范围时,选(20~25)%;当压力在60~100MPa的范围时,选(25~30)%。动密封:当油液压力在1MPa以下时,选(5~10)%;当压力在1~15MPa的范围时,选(10~15)%;当压力在15~30MPa的范围时,选(15~20)%。

  1.3、拉伸和挤压

  O型圈安装时允许有一定程度的拉伸和挤压量,这种情况不会影响其密封效果。在用于径向孔密封场合时,O型圈安装时将会受到拉伸,即d3>d1。推荐拉伸量:取(2~5)%。在径向轴密封场合时,O型圈安装时将会受到挤压,即da>d6。推荐挤压量:取(1~3)%。

  O型圈拉伸和挤压量计算公式如下:

  式中d1———O型圈内径(mm);da———da=d1+2d2,其中d2表示O型圈截径(mm);d3———径向孔密封中沟槽底径(mm);d6———径向轴密封中沟槽底径(mm);δ1———拉伸量;δ2———挤压量。

  1.4、安装沟槽的填满率

  O型圈安装沟槽常用的矩形面积应大于O型圈截面积约为25%。

  这样,当O型圈与化学物质接触而引起体积增大及缩小时,安装沟槽就有足够的空间来适应。同样,介质的压力作用于O型圈表面,使之提高所需接触压力以达到较好的密封效果。

  安装沟槽填满率的计算方法为:

安装沟槽填满率的计算方法

  1.5、安装沟槽的圆角

  矩形安装沟槽是常用的一种形式,其侧面可加工成0°~5°的倾斜度,若采用挡圈,则侧面必须是垂直的,如图2所示。O型圈截径d2与倒角r1、r2的关系见表2。

矩形安装沟槽

图2 矩形安装沟槽

表2 O型圈截径与倒角关系

O型圈截径与倒角关系






一、O形圈常用材料

O型密封圈——详细选型过程及步骤

   
二、O形常用密封形式

  密封圈分为活塞杆密封、旋转密封、活塞密封、端面密

  
三、O形密封圈的选型规则

  1、O形密封圈的尺寸图
 

O型密封圈——详细选型过程及步骤

  
2、径向安装O形圈选型(静态和动态运动)

O型密封圈——详细选型过程及步骤

  
活塞密封

  选择适当规格的O形圈时,应该保证其内径d1至少等于或者小于沟槽内径d3;O形圈被用作活塞密封,主O形圈内径d1.在动态工况下应该会被拉伸2%至5%的幅度,并且在静态工况下拉伸率在2%和8%之间

  
活塞杆密封

  选择适当规格的O形圈时,应该保证其外径(d1+2*d2)至少等于或者大于沟槽外径d6;

  当选择的O型圈直径d1大于250 mm时, O型圈外径将不能超过沟槽外径的3%;

  当选择的O型圈直径d1小于250mm时, O型圈外径将不能超过沟槽外径的5%。

  
3、轴向安装O型圈选型(静态)

O型密封圈——详细选型过程及步骤

  
    O型圈用作静态轴向密封,那么当选择O型圈大小时,就应该考虑压力的方向。如果O型圈受压,设计沟槽时就应该考虑施加压力的情况, O型圈接触的沟槽壁总是会远离受压的一侧。

  
       如果存在外部压力,选择O型圈时,其内径d1就要比内沟槽直径d8小大约1%至3%。

  如果存在内部压力,选择O型圈时,其外径(d1+2*d2)就要和外沟槽直径d7相等或者大约1%至2%。

  
4、轴向梯形沟槽安装O型圈选型(静态)

O型密封圈——详细选型过程及步骤

  
     梯形沟槽仅用于特殊情况下,例如在顶部安装的场合下,为了能够固定住O型圈。其安装尺寸归纳在表中。梯形沟槽仅推荐用于横截面直径为3.53 mm的O型圈, O形圈内径等于平均沟槽直径减去O型圈横截面直径。
 

O型密封圈——详细选型过程及步骤

  
5、旋转密封O型圈选型

  在某些短运行周期的应用中, O形圈能够被用作密封轴上的旋转密封件。同时,应该注意以下几点:

  
   (1)旋转密封工作原理是基于拉伸的弹性密封圈受热会发生收缩(焦尔效应)。根据常规的设计标准, O形圈内径d1将略小于轴径,由于摩擦而产生的热量将使密封圈产生更大的收缩,这样会使旋转轴上的压力增大而无法形成润滑油膜,导致摩擦力更大,结果就是磨损增加,密封圈提前失效。

  
  (2)选择密封圈的规格时,其内径应该比所需密封的轴径约大2 ~ 5%。当安装在沟槽中时,密封圈径向压缩,并被沟槽压向旋转轴。因此,密封圈在沟槽中稍微呈现波纹状,有助于润滑。

  
(3)O形圈的安装必须符合旋转密封件的工作原理。

  
四、O型密封圈沟槽设计规则
 

O型密封圈——详细选型过程及步骤
O型密封圈——详细选型过程及步骤
O型密封圈——详细选型过程及步骤

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