O型橡胶密封圈,因其截面形状为O形的橡胶圈,故称O型圈。O型圈是液压、气动系统中使用最广泛的一种密封件。
O型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。
O型圈有良好的密封性能,既可用于静密封,也可用于动密封中;不仅可单独使用,而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的使用范围很宽,如果材料选择得当,可以满足各种介质和各种运动条件的要求。
O型圈是典型的挤压型密封。O型圈截面直径的压缩率和拉伸量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型密封圈有良好的密封效果很大程度上取决于O型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。
O型圈的压缩率
压缩率W通常用下式表示: W=(d0-h)/d0×100%
式中d0-----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型圈的压缩率时,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。
从以上这些因素不难发现,他们相互之间存在矛盾。压缩率大就可获得大的接触压力,但是过大的压缩率无疑就会增大滑动摩擦力和永久形。而压缩率过小则可能由于密封沟槽的同轴度误差和O型圈误差不符合要求,消失部分压缩量而引起泄漏。因此,在选择O型圈的压缩率时,要权衡各方面的因素。一般静密封压缩率大于动密封,但其极值应小于25%,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型圈压缩率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(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型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型圈的初始拉伸。上述不同形式的静密封,密封介质对O型圈的作用方向是不同的,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型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%,超过这一范围说明材料选用不合适,应改用其他材料的O型圈,或对给定的压缩变形率予以修正。
液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈)的安装注意事项
一、安装液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈)的要求
在安装液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈)之前,检查以下各项:
1.引入角是否按图纸加工 锐边是否倒角或倒圆;
2.内径是否去除毛刺 表面有无污染;
3.密封件和零件是否已涂抹润滑脂或润滑液(要保证弹性体的介质相容性,推荐用所密封的液体来润滑);
4.不得使用含固体添加剂的润滑脂,如二硫化钼、硫化锌。
二、手工安装液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈):
1.使用无锐边的工具;
2.保证液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈)不扭曲,不得过量拉伸O形圈(O型橡胶密封圈);
3.尽量使用辅助工具安装液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈),并保证正确定位;
4.对于用密封条粘接成的液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈),不得在连接处拉伸。
三、安装螺丝、花键等
1.当液压密封件O形圈(O型橡胶密封圈)拉伸后,要通过螺丝、花键、键槽等时,必须使用安装心轴。该心轴可以用较软、光滑的金属或塑料制成,不得有毛刺或锐边。
2.安装压紧螺丝时,应对称旋紧螺丝,不得按方向顺序旋紧。
一、O形密封圈选择应考虑的因素
1、工作介质和工作条件
在具体选取O形圈材料时,首先要考虑与工作介质的相容性。还须综合考虑其密封处的压力、温度、连续工作时间、运行周期等工作条件。若用在旋转场合,须考虑由于摩擦热引起的温升。不同的密封件材料,其物理性能和化学性能都不一样,见《橡胶密封件原料特性表》。
2、密封形式
按负载类型可分为静密封和动密封;按密封用途可分为孔用密封、轴用密封和旋转轴密封;按其安装形式又可分为径向安装和轴向安装。径向安装时,对于轴用密封,应使O形圈内径和被密封直径d2间的偏差尽可能地小;对于孔用
二、影响密封性能的其它因素
1、O形圈的硬度
O形圈材料硬度是评定密封性能最重要的指标。O形圈的硬度决定了O形圈的压缩量和沟槽最大允许挤出间隙。由于邵氏A70的丁腈密封都能满足大部分的使用条件,故如对密封材料不作特殊说明,一般提供邵氏A70的丁腈橡胶。
2、挤出间隙
最大允许挤出间隙gmax和系统压力,O形圈截面直径以及材料硬度有关。通常,工作压力越高,最大允许挤出间隙gmax取值越小。如果间隙g超过允许范围,就会导致O形圈挤出甚至损坏。
3、压缩永久变形
评定O形圈密封性能的另一指标即所选材料的压缩永久变形。在压力作用下,作为弹性元件的O形圈,产生弹性变形,随着压力增大,也会出现永久的塑性变形。压缩永久变形d可由下式确定:
b0-b2
d=————-×100%
b0-b1
式中:b0-原始厚度(即截面直径W)
b1-压缩状态下的厚度
b2-释放后的厚度
通常,为防止出现永久的塑性变形,O形圈允许的最大压缩量在静密封中约为30%,在动密封中约为20%。
■ 表2 最大允许挤出间隙gmax
压力
MPa O形圈截面直径W
1.782.623.535.337.00
邵氏硬度A70
≤3.500.080.090.100.130.15
≤7.000.050.070.080.090.10
≤10.500.030.040.050.070.08
邵氏硬度A80
≤3.500.100.130.150.180.20
≤7.000.080.090.100.130.15
≤10.500.050.070.080.090.10
≤14.000.030.040.050.070.08
≤17.500.020.020.030.030.04
邵氏硬度A90
≤3.500.130.150.200.230.25
≤7.000.100.130.150.180.20
≤10.500.070.090.100.130.15
≤14.000.050.070.080.090.10
≤17.500.040.050.070.080.09
≤21.000.030.040.050.070.08
≤35.000.020.030.030.040.04
※ 当压力超过5MPa时,建议使用挡圈。
※ 对静密封应用场合,推荐配合为H7/g6。
4、预压缩量
O形圈安装在沟槽里,为保证其密封性能,应预留一个初始压缩量。对于不同的应用场合,相对于截面直径W的预压缩量也不同。
通常,在静密封中约为15%-30%,而在动密封中约为9%-25%。具体可参照下述图表选择。
液压-气动-静密封
预压缩允许范围
液压-动密封
预压缩允许范围
气动-动密封
预压缩允许范围
和材料有关的O形圈
圆周方向的压缩力
5、拉伸与压缩
将O形圈安装在沟槽内时,要受到拉伸或压缩。若拉伸和压缩的数值过大,将导致O形圈截面过度增大或减小,因为拉伸1%相应地使截面直径W减小约0.5%。对于孔用密封,O形圈最好处于拉伸状态,最大允许拉伸量为6%;对于轴用密封,O形圈最好延其周长方向受压缩,最大允许周长压缩量为3%。
6、O形圈用作旋转轴密封
O形圈也可用作低速旋转运动及运行周期较短的旋转轴密封。当圆周速度低于0.5m/s时,O形圈选择可按正常设计标准;当圆周速度大于0.5m/s时,须考虑拉长的橡胶圈受热后会收缩这一现象,故选择密封圈使其内径比起被它密封的轴径约大2%,上述现象就可以避免。密封圈在沟槽中安装后,导致密封圈受到径向压缩,O形圈圈在沟漕中形成微量波纹状,从而改善了润滑条件。
7、安装压缩力
安装时,压缩力跟初始压缩的程度和材料硬度有关,图示为每厘米密封周长上的单位压缩力和截面直径间的关系,用以估算安装O形圈时所需的总力大小。
密封,应使其内径等于或略小于沟槽的直径d1。
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