《O型圈基礎知識》PPT課件.ppt

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1、O形 圈 基 礎 知 識作 者 吳 丹 時 間 2011.4.16 一 、 概 述1.1 O形 圈 特 點 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 密封 用 。 與 其 他 密 封 件 比 有 如 下 特 點 ： a.密 封 性 好 ， 壽 命 長 。 b.單 圈 就 可 對 兩 個 方 向 起 密 封 作 用 。 c.對 油 液 、 溫 度 和 壓 力 的 適 應 性 好

2、 。 d.動 摩 擦 阻 力 小 。 e.體 積 小 ， 重 量 輕 ， 成 本 低 。f.密 封 部 位 結 構 簡 單 ， 拆 裝 方 便g.既 可 做 靜 密 封 也 可 做 動 密 封 。h.尺 寸 和 溝 槽 已 被 標 準 化 ， 選 用 和 外 購 方 便 。 其 缺 點 是 ， 在 做 動 密 封 啟 動 時 ， 摩 擦 阻 力 較 大 ， 約 為 動 摩 擦 力 的 3 4倍 ，在 高 壓 下 易 被 擠 入 間 隙 。 1.2 表 示 方 法1 GB/T3452.1-1982的 表 示 方 法 內 徑 d1 線 徑 d2比 如 ：1） O形 圈 20 2.4 GB3452.

3、1-82 20 代 表 O形 圈 內 徑 為 20mm 2.4 代 表 O形 圈 的 截 面 直 徑 是 2.4mm GB3452.1 代 表 的 是 標 準 號 ， 82 代 表 的 是 標 準 公 布 年 代 。2） 24002000 GB3452.1-82 2400 代 表 O形 圈 的 截 面 直 徑 是 2.4mm 0200 代 表 O形 圈 內 徑 為 20mm 1.2 表 示 方 法2 GB/T3452.1-2005的 表 示 方 法比 如 （ 1） O形 圈 7.5 1.8G GB/T3452.1 ， 7.5 內 徑 1.8 斷 面 直 徑 G 系 列 （ G 通 用 O形 圈

4、 ) （ A 宇 航 用 O形 圈 ） （ 2） A 0 0 7 5 G GB/T3452.1 A O形 圈 線 徑 1.80mm B O形 圈 線 徑 2.65mm C O形 圈 線 徑 3.55mm D O形 圈 線 徑 5.30mm E O形 圈 線 徑 7.30mm 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

5、封 介 質 的 內 壓 ， 則 不 發(fā) 生 泄 漏 ， 反 之 則 發(fā) 生 泄 漏 。 像 這 種 借 介 質 本 身 來改 變 O形 圈 接 觸 狀 態(tài) 使 之 實 現(xiàn) 密 封 的 過 程 ， 稱 為 “ 自 封 作 用 ” 。 O形 圈 預 密 封 P P P P3max P P3max 2.1 靜 密 封 用 O形 圈 的 作 用 自 密 封 作 用 ： 由 于 預 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 流 體 通 過間 隙 進 入 溝 槽 時 只 能 對 O形 圈 的 一側 面 起 作 用 。 當 流 體 壓 力 較

6、大時 ， 把 O形 圈 推 向 溝 槽 另 一 側 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 內 壓 過 高 時 ， 會 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 產 生 應 力 集中 ， 當 應 力 達 到 O形 圈 的 料 膠 不 能 承 受 時 ， 料 膠 就 會 被 擠 出 來 ， 此 時 雖 然 O形 圈 還 能 暫 時 維 持 密 封 ， 但 實 際 已 損 壞 。 因 此 要 嚴

7、 格 選 型 。 2.2 動 密 封 用 O形 圈 的 作 用 O形 圈 在 動 密 封 中 ， 其 預 密 封 效 果 和 自 密 封 作 用 與 靜 密 封 一 樣 。 但 由 于 桿 運 動 時很 容 易 將 流 體 帶 到 O形 圈 和 桿 之 間 ， 因 此 情 況 比 較 復 雜 。 工 作 中 ， 假 設 O形 圈 左 側 作 用 著 介 質 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 際 是 凹 凸 不 平 的 ， 并 非 每 一 點 都 與 金 屬 表 面 接 觸 。 由于 自 封 作 用 ， O

8、形 圈 對 桿 產 生 的 接 觸 壓 力 大 于 P 1而 得 到 密 封 。 但 當 桿 開 始 向 右 移 動 時附 著 在 桿 上 的 介 質 被 帶 到 楔 形 狹 縫 （ 圖 c） 。 由 于 流 體 動 壓 效 應 這 部 分 介 質 的 壓 力 比P1大 。 當 它 大 于 O形 圈 對 桿 的 接 觸 力 時 ， 介 質 便 擠 入 O形 圈 的 第 一 個 凹 槽 處（ 圖 d） ， 桿 繼 續(xù) 向 右 移 動 時 介 質 不 斷 地 進 入 下 一 個 凹 槽 ， 介 質 便 沿 著 桿 運 動 的 方 向泄 露 。 當 桿 向 左 運 動 時 ， 由 于 趕 運 動 方

9、 向 與 桿 壓 力 方 向 相 反 ， 故 不 易 泄 露 。 泄 漏 量是 隨 著 介 質 的 粘 度 和 桿 的 運 動 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 。 a 壓 力 作 用 于 O形 圈 一 側b 接 觸 部 位 放 大 圖 c 油 被 帶 到 楔 形 狹 縫d 油 被 擠 入 O形 圈 第 一 凹 槽往 復 運 動 中 橡 膠 O形 圈 的 泄 露back 2.3 O形 圈 的 密 封 形 式1 按 密 封 件 與 被 密 封 裝 置 的 相 對 運 動 狀 態(tài) 可 以 分 為 ： 靜 密 封 、 往 復 動

10、密 封 、 轉 動 密 封 和 開 關 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 、 氣 動 和 轉 動 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 密 封 和 浮 動 密 封 兩 種 特 殊 密 封 方 法 。3 按 被 密 封 件 的 結 構 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 ）

11、、 圓 柱 密 封 即 徑 向 密 封 （ 圓 柱 內 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 。 三 、 O形 圈 的 設 計 應 用3.1 O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 (m

12、m) 在 選 取 O形 圈 的 壓 縮 率 時 ,應 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 。 3.1.1 壓 縮 率 O型 密 封 圈 壓 縮 率 W的 選 擇 應 考 慮 使 用 條 件 ， 靜 密 封 或 動 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 壓 力 介 質 作 用 于 O形 圈 的 內 徑

13、 還 是 外 徑 又 分 受 內 壓和 受 外 壓 兩 種 情 況 ， 內 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 對 O形 圈 的 作 用 方 向 是 不 同 的 ， 所 以 預 壓 力 設 計 也 不 同 。對 于 動 密 封 則 要 區(qū) 分 是 往 復 運 動 密 封 還 是 旋 轉 運 動 密 封 。 1 靜 密 封 ： 圓 柱 靜 密 封 裝 置 和 往 復 運 動 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

14、 于 動 密 封 而 言 ， 可 以 分 為 三 種 情 況 ； 往 復 運 動 一 般 取 W=10% 15%。 旋 轉 運 動 密 封 在 選 取 壓 縮 率 時 必 須 要 考 慮 焦 耳 熱 效 應 ， 一 般 來 說 ， 旋 轉 運 動 用 O 形 圈 的 內 徑 要 比 軸 徑 大 3%-5%， 外 徑 的 壓 縮 率 W=3%-8%。 低 摩 擦 運 動 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 和 溫 度 引 起 的 橡 膠 材 料 膨 脹 。 通 常 在 給

15、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 改 用 其 他 材 料 的 O形圈 ， 或 對 給 定 的 壓 縮 變 形 率 予 以 修 正 。 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 導 致O型 圈 安 裝 困 難 ， 同 時 也 會 因 截 面 直 徑

16、 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 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 軸 徑 的 大 小 ， 按 表 選 限 取 O型 圈 的 拉 伸 量 。密 封 形 式 密 封 介 質 拉 伸 量 （ %） 壓 縮 率 w（ %） 靜 密 封 液 壓 油 1.03 1.04 15 25 空 氣 1.01 15 25 往 復

17、運 動 液 壓 油 1.02 12 17 空 氣 1.01 12 17 旋 轉 運 動 液 壓 油 0.95 3 8 表 一 O型 圈 壓 縮 率 與 拉 伸 量 的 限 取 范 圍 3.2 O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 構 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 運 動 密 封 、 選 裝 運 動 密 封 的 溝 槽 雖 形 狀 相 似 ， 但 尺 寸

18、各 不 相 同 。3.2.1 槽 寬槽 寬 主 要 從 下 面 三 個 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 動 發(fā) 熱 引 起 的 膨 脹 和 介 質 溶 脹 。3） 必 須 保 證 往 復 運 動 時 槽 內 有 一 定 的 空 間 使 O形 圈 滾 動 自 如 。 一 般 認 為 ， O形 圈 的 截 面 面 積 至 少 應 占 據 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 增 大

19、運 動 時 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 范 圍 增 大 ， 也 易 磨 損 ， 且 在 靜 密 封 的 脈 動 壓 力 下 ， O形 圈 也 可 能 產 生 脈 動 游 動 出 現(xiàn) 異 常 磨 損 。 另 外 ， 當 內 壓 很 高 時 必 須 用 擋 圈 ， 槽 寬 應 相 應 增 大 。 3.2 O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 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 徑 處 的

20、壓 縮 變 形 量 （ 1） 和 O形 圈 外 徑 處 的 壓 縮 變 形 量 （ 2）組 成 ， 當 1=2時 ， 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 未 受 到 拉 伸 ； 當 1 2時 ， 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 ； 當 1 2時 ， O形 圈 截 面 周 長 大于 溝 槽 截 面 中 心 周 長 ， 此 時 O形 圈 以 周 向 壓 縮 來 使 用 ， 拆 卸 時 ， O形 圈 會 出 現(xiàn)彈 跳

21、現(xiàn) 象 。 設 計 槽 深 時 應 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 的 溶 脹 性 ， 材 料 本 身 的 膨 脹 性 等 相 關 因素 ， 需 考 慮 諸 多 設 計 因 素 。 但 國 家 對 于 溝 槽 的 結 構 已 經 給 出 相 關 標 準 。 3.2 O形 圈 的 安 裝 溝 槽3.2.3 溝 槽 的 選 擇 設 計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 3.

22、2.3 溝 槽 的 選 擇 設 計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 液 體 工 作 壓 力 超 過 10MPa時 ， 固 定 密 封 當 液 體 壓 力 超 過 32MPa時 ， 應 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 注 意 加 直 徑 d8處 凸 臺 ， 以 防 止 O形 圈 進 入 管 路 。 表 二 O形 圈 徑 向 溝 槽 尺 寸

23、O形 圈 截 面 直 徑 d2 1.80 2.65 3.55 5.30 7.00溝 槽寬 度 氣 動 密 封 2.2 3.4 4.6 6.9 9.3液 壓 動 密 封或 靜 密 封 b+0.25 2.4 3.6 4.8 7.1 9.59.5b1+0.25 3.8 5.0 6.2 9.0 12.3b2+0.25 5.2 6.4 7.6 10.9 15.1溝 槽深 度 t 活 塞 桿 密 封 ，（ 計 算 d3用 ） 液 壓 動 密 封 1.42 2.16 2.96 4.48 5.95氣 動 動 密 封 1.46 2.23 3.03 4.65 6.20靜 密 封 1.38 2.07 2.74 4.

24、19 5.67活 塞 桿 密 封 ，（ 計 算 d6用 ） 液 壓 動 密 封 1.47 2.24 3.07 4.66 6.16氣 動 動 密 封 1.57 2.37 3.24 4.86 6.43 靜 密 封 1.42 2.15 2.85 4.36 5.89最 小 倒 角 長 度 Zmin 1.1 1.5 1.8 2.7 3.6槽 底 圓 角 半 徑 r1 0.2-0.4 0.4-0.8 0.8-1.2槽 楞 圓 角 半 徑 r2 0.1-0.3活 塞 桿 密 封 溝 槽 槽 底 最 大 直 徑 d3max=d4+2t， d4活 塞 桿 直 徑活 塞 桿 密 封 溝 槽 槽 底 最 小 直 徑

25、 d6min=d5max+2t， d5max活 塞 桿 最 大 直 徑 3.2.3 溝 槽 的 選 擇 設 計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 準 ， 詳 見 表 三 。表 三 密 封 用 溝 槽 尺 寸 及 壓 縮 量 3.2.3 溝 槽 的 選 擇 設 計3. O形 圈 溝 槽 加 工 要 求 為 避 免 劃 傷 和 安 裝 不 當 等 問 題 造 成 的 泄 露 ， O形 圈 在 安 裝 時 對 溝 槽 及 相 關 部 件 的 精 度 都 有 一 定 要 求 。 首 先 ， 安 裝 時 通 過 的 尖 叫 需 倒 鈍 或

26、 修 圓 ， 通 過 的 內 孔 應 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 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 3.3 O形 圈 的 材 料 選 用O形 圈 材 料 選 擇 主 要 考 慮 以 下 幾 點 ： 1） O形 圈 的 工 作 狀 態(tài) 是 指 O形 圈 用 于 靜 密 封 、 動 密 封 還 是 滑 動 密 封

27、。 2） 機 器 的 工 作 狀 態(tài) 指 機 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 間 的 長 短 ， 是 否 有 沖 擊 載 荷 作 用 在 密 封 部 位 。 3） 工 作 介 質 的 情 況 工 作 介 質 是 氣 體 還 是 液 體 ， 并 考 慮 其 物 理 和 化 學 性 能 。 4） 工 作 壓 力 壓 力 大 小 ， 波 動 幅 度 和 頻 率 以 及 瞬 時 出 現(xiàn) 的 最 大 壓 力 等 。 5） 工 作 溫 度 包 括 瞬 時 出 現(xiàn) 的 溫 度 以 及 冷 熱 交 替 出 現(xiàn) 的 溫 度 。 6） 價 格 與 來 源

28、 。 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 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 ） 材 料 適 用 介 質 使 用 溫 度 / 備 注運 動 用 靜 止 用丁 腈 橡 膠 礦 物 油 ， 汽 油 ， 苯 80 -30 120氯 丁 橡 膠 空 氣 ， 水 ， 氧 80 -40 120 運 動 用 應 注 意丁 基 橡 膠 動 、

29、 植 物 油 ， 弱 酸 ， 堿 80 -30 110 永 久 變 形 大 ， 不 適 用礦 物 油丁 苯 橡 膠 堿 ， 動 、 植 物 油 ， 空 氣 ， 水 80 -30 100 不 適 用 礦 物 油天 然 橡 膠 水 ， 弱 酸 ， 弱 堿 60 -30 90 不 適 用 礦 物 油 硅 橡 膠 高 、 低 溫 油 ， 礦 物 油 ， 動 、植 物 油 ， 氧 ， 弱 酸 ， 弱 堿 -60 260 -60 260 不 適 用 蒸 汽 ， 運 動 部位 避 免 使 用氯 磺 化 聚 乙 烯 高 溫 油 ， 氧 ， 臭 氧 100 -10 150 運 動 部 位 避 免 使 用聚 氨 酯 橡 膠 水 ， 油 60 -30 80 耐 磨 ， 但 避 免 高 速 使用氟 橡 膠 熱 油 ， 蒸 汽 ， 空 氣 ， 無 機 酸 ，鹵 素 類 溶 劑 150 -20 200聚 四 氟 乙 烯 酸 ， 堿 ， 各 種 溶 劑 -100 260 不 適 用 運 動 部 位 表 五 O形 圈 密 封 材 料 使 用 規(guī) 范 謝 謝 大 家 ！