常用密封件设计规范.doc

Q/GOBO JS007-2002 常 用 密 封 件 設 計 規 範Seal Component Design Standard in Common Used2008-1-28發布 2008-2-1實施RD-BR007-03 14/15 目 錄 目錄-2前言-31.目的-42.適用范圍-43.密封概述-44.O-RING的密封結構設計-44.1. O-RING的工作范圍-44.2. O-RING的密封機理-44.3. O-RING的選擇-54.4. O-RING的溝槽結構設計-8表4-8活塞式結構用O-RING密封裝置設計方法步驟示例-11 5.膠密封- -14 6.墊密封- -15 7.油封密封-15前 言參考資料：1）.徐灝- 密封 . 北京 . 冶金出版社 . 1999.32）. 漢升油封 . 國際密封件采購指南3）.機械設計圖表便覽標準.增訂三版.眾文圖書股份有限公司出版.1992.11 機械設計手冊第2卷/機械設計手冊編委會編著.-3版.-北京機械工業出版社,2004.8附加說明:1).本標準由深圳成霖潔具股份有限公司開發部提出.2).本標准由開發部設保課/標訓課負責起草并解釋.3).由於時間倉促,本標準可能存在有待改善之處,懇請廣大同仁批評指正.另補充說明：增加的第13頁中的出水口底座，鐘仔底座及把手底座（Spout Base,Handle Body Base及Handle Base）與台面密封處O-Ring槽設計原則是以機型FR2B5000為代表的典型問題驗証結果得出的結論，希望大家借以參考。版本修訂說明：本次改版（1-4版）主要是對O-Ring密封溝槽部分內容進行了修改。1）.對原理敘述性文字內容進行了刪減：2）.給出了不同O-Ring截面的壓縮量(動靜密封通用) ，供設計參考試用；3）.規定了O-Ring密封溝槽尺寸及公差值，供設計參考試用；4）.給出了O-Ring密封溝槽尺寸的計算方法及公式 1目的統一規范密封件設計標准，方便開發人員進行密封結構設計。2適用范圍標准適用于成霖集團中國生產事業處所屬單位之產品。3.密封概述 本公司產品中的密封主要採用墊片靜密封、密封膠靜密封和成形填料（動靜）密封三大類，3.1. 墊片密封主要用橡膠平墊結構，主要用在水路的連接外密封，墊片的規格已標準化選用時請在標準中選。3.2. 密封膠主要用在不拆卸的細紋連接處。3.3. 成形填料密封：它是靠填料本身在機械壓緊力或介質壓力的自緊作用下產生彈塑性變形而堵塞流體泄漏通道的,其結構簡單緊湊,密封性能良好,品種規格多,工作參數范圍廣,是往復運動密封及靜密封的主要結構型式之一 。 成形填料密封按工作原理分為擠壓密封圈（O-Ring）及唇型密封圈兩類，材料主要是橡膠。4.O-RING密封結構 O-RING密封是應用最為廣的一種橡膠擠壓型填料密封，也是本公司產品中密封的主要形式。 4.1.O-RING的工作參數范圍 1)工作壓力：靜壓100Mpa或更高，動壓35Mpa.2)工作溫度：-60250oC4.2.O-RING的密封機理 O-RING的初始接觸壓力是不均勻的(圖4-1a),工作時在內壓作用下O-RING沿作用力方向移動,并改變其截面形狀,密封面上的接觸壓力也相應變化(圖4-1b),其最大值Pmax將大于介質內壓,所以不發生泄漏.這就是O-RING用作靜密封的密封機理.這是借介質本身壓力來改變O-RING接觸狀態使之實現密封的過程,稱為“自封作用”.為了實現自封作用,在安裝O-RING時應使它有一定的壓縮變形量. 較低的槽壁粗糙度較低時, 此變形量即使很小(在0.1mm左右)也能起自封作用;但是,如果槽壁的粗糙度很高而內壓很小時,就很難產生自封作用,此時,需要增大壓縮變形量;在溫度變化的情況下,需要把溫度影響的附加變形量考慮進去.從密封性來看,O-RING是非常理想的靜密封件,但是當它的硬度和壓縮變形率選擇不當時,則可能發生泄漏.一般來講,內壓越高,應選用硬度較高的O-RING.如果硬度不夠高,把它的壓縮變形率取大一些,也能獲得同樣的密封效果.O-RING用作往復運動密封件時,其預密封效果和自封作用與靜密封一樣.而且使用不同材料的O-RING,大多可以滿足各種介質和各種運動條件的要求. 圖 4 14.3. O-RING選擇選用原則是根據密封結構的功能要求、結構尺寸、認証要求等限制條件來綜合選擇，結構設計時盡量在公司現有O-Ring規格中選用，祥見（標準件及共用件中O-RING標準明細），無特殊要求的不要新增O-Ring物料。4.3.1.對O-Ring的橡膠材料要求：1)富有彈性和回彈性; 永久變形小2)有適當的機械強度,包括抗張強度、延伸率和抗撕裂強度等;3)性能穩定,在介質中不易溶脹,熱收縮效應(焦耳效應)小;4)易加工成型,并能保持精密的尺寸;5)不腐蝕接觸面,不污染介質; 6)摩擦系數小,耐磨性好 7)耐老化性好,經久耐用 顯然,任何一種材料要完全滿足上述要求是不可能的,但具有優異密封性能的材料能夠滿足上述大部分要求.4.3.2. O-RING材料選擇選擇O-RING的材料,主要考慮下列各點：1) O-RING的工作狀態.這是指O-RING用于靜密封還是動密封,是滑動還是轉動.2)機器的工作狀態.指機器處于連續工作狀態還是斷續工作狀態,并應考慮到每次斷續時間的長短,是否有沖擊載荷作用在密封部位處等因素.3)工作介質的情況:工作介質液體還是氣體,并考慮其物理和化學特性.4)工作壓力壓力大小,波動幅度和頻率以及瞬時出現的最大壓力等.5)工作溫度包括瞬時出現的溫度以及熱冷交變的溫度.6)價格與來源以及是否通過認証等.每種橡膠的配方不同,成分不同,對介質的適用性也不同(具體物性可參見表5-1),另外橡膠的硬度值也是需要考慮的,一般橡膠密封件之硬度為shore 705,但在內壓低,摩擦小的場合,硬度允許低于70,而在高壓下或轉動使用下,可以高于90,但很少使用.水龍頭產品中最常用的O-RING材料有丁晴橡膠(NBR),三元乙丙膠(EPDM), 硅矽橡膠(SI); 橡膠材料物性表見(附表4-1).對于要求有相關衛生認証的橡膠材料(包括O形密封圈)一定要選用取得認証的許可的供應商所提供的已取得認証的材料.NSF-美國藥物食品認証; 須通過NSF認証物料之材質匯總表見(表4-2).WRC-英國標准認証(相關標准為BS-6920等);須通過WRC認証物料之材質匯總表見(表4-3).QAS-Quality Assurance System 澳洲標准認証(相關標准為AS-4020; AS-3718等).須通過QAS認証物料之材質匯總表見(表4-4).K-KIWA/DVGW(荷蘭/德國) 認証;U-ACS 法國認証;E-En 歐洲認証.4.3.3 O-RING線徑及規格選擇1)O-RING線徑確定： 同樣的溫度及壓力的O-RING情況下,線徑愈粗,密封的可靠性愈高.在結構允許的條件下盡可能選擇線徑比較大的O-RING. 2)O-RING內徑確定：應根據結構尺寸和壓縮量及拉伸率來設計確定。 表4-1 橡膠材料物性表稱名要求等級丁晴橡膠NBR硅矽橡膠SI氟素橡膠VITON三元乙丙膠EPDM氯丁橡膠CR鐵氟龍PTFE聚氨脂橡膠PU抗臭氧性抗候性抗熱性(工作攝氏溫度)120250240150120280120耐化學性抗油性密水性耐寒性(工作攝氏溫度)-40-60-40-40-55-100-40耐磨性抗變形性機械性抗酸性張力強度電器特性抗水/蒸氣性抗燃性特佳 佳 普通 差表4-2 須通過NSF認証物料之材質匯總表材料供應商與水接觸面積(max)DCC#EPDM/CY-E37072-A-FDAChi-Yih Enterprises0.2 sq.in/LIA05196EPDM/CY-E36099-A-FDAChi-Yih Enterprises0.2 sq.in/LIA05195EPDM/CY-E38012-A-FDAChi-Yih Enterprises0.2 sq.in/LIA05194EPDM/CY-E37072-L-FDAChi-Yih Enterprises2 sq.in/LIA13246續表4-2 須通過NSF認証物料之材質匯總表材料供應商與水接觸面積(max)DCC#EPDM/CY-E38012-L-FDAChi-Yih Enterprises2 sq.in/LIA13247EPDM/CY-E36099-L-FDAChi-Yih Enterprises2 sq.in/LIA13245EP01390P Best Ring2 sq.in/LIA10907E7014FMFC Sealing Technology2 sq.in/LIA11423559 PE EPDM ERIKS MIDWEST0.7 sq.inIA05652S7008F(只能用在電子龍頭中)XiaMen Malfeng Seal Products CO.,LTD0.04 sq.inIA11967表4-3 須通過WRAS認証物料之材質匯總表材料供應商與水接觸面積(max)DCC#EPDM E7077PF, Shore hardness 70MFC Sealing TechnologyEP60PFChi-Yih Enterprises明成上次問這樣表達好不好還要與棋鈺確定一下EP70PFChi-Yih EnterprisesEP80PFChi-Yih Enterprises備注：文件中提到的這些材質,都只是material的WRAS證書,我們應用在龍頭的WRAS證書需是component,所以標準內需敘述,若這些塑膠材質有過水,零件還是需先取得component的證書(BS6920測試),才能應用於龍頭.表4-4 須通過QAS認証物料之材質匯總表材料供應商與水接觸面積(max)DCC#EPDM60PFChi-Yih EnterprisesEPDM70PFEPDM80PF備注：過水之O-RING除應符合NSF認可之供應商及材質外,還需要供應商提供一份依AS 3718或ASTM標准做測試之報告(格式詳如附件),該報告每種材質,每半年至一年內應更新一次.表4-5 O-RING規格及應用范圍O-RING規格范圍/mm應 用 范 圍孔用密封軸用密封d2(線徑)d1（內徑）動密封靜密封動密封靜密封1.80(1.78)3.754.504.875.0013.214.050.02.004.518.019.0752.6210.622.423.61502.6510.622.423.61503.5518.041.242.5200備注：為優先選用密封形式,在可以選用几種截面O-RING的情況下,應優先選用截面較大之O-RING.4.4. O-RING溝槽結構設計溝槽結構設計原則：溝槽設計包括確定槽的形狀、尺寸、精度和表面粗糙度等.對動密封,還要確定相對運動間隙.槽結構加工容易,尺寸給定合理,精度容易保証,O-RING裝拆較為方便等. 依據“國標GB/T3452.3-1988”和本公司實際情況，在本標準（表4-6、表4-7、表4-8）中規定了本公司水龙头圆柱面矩形沟槽（动静）密封尺寸及O-RING壓縮量（其中最小壓縮量是必須保証的）和溝槽尺寸計算公式，同時在Excel附件O-Ring密封附件給定了每一O-RING規格用的孔和軸的尺寸。4.4.1. 溝槽的形式. 公司柱面和平面密封O-RING槽結構主要是矩形截面形狀。4.4.2.O-RING槽寬 O-RING溝槽寬=1.2倍線徑4.4.3.O-RING槽深槽深直接影響O-RING的壓縮變形量.此變形量由O-RING內徑處的壓縮變形量E1和外徑處的壓縮變形量E2所組成,即E = E1+E2(圖4-3),當E1 = E2時, O-RING的截面中心與槽的截面中心相重合,說明O-RING安裝時未受到拉伸.若E1 E2,說明O-RING以拉伸狀態裝在槽內.若E1E2,此時O-RING是周向壓縮來使用,拆卸時, O-RING會出現彈跳現象.設計槽深時,應首先確定O-RING的使用方式,然后再去選定合理的壓縮變形率.一般應取圖4-3b的使用方式.但O-RING作活塞密封時，為使接觸面摩擦輕,多采用圖4-3c的使用方式.作轉軸密封時,為使內周接觸面摩擦輕而多采用圖4-3a的使用方式.通常推荐使用的壓縮變形率最低為8,最高為30. 圖4-3 圖4-4表4-6 孔或軸用O-RING裝配時導入角設計 （mm）線徑d21.01.51.781.92.02.42.623.03.534.05.336.0導角深L0.70.80.91.01.01.01.01.01.11.21.31.44-7 O-Ring壓縮量和沟槽尺寸（適合於動靜活塞式圓柱面密封設計參考）O-Ring(mm)沟槽尺寸(mm)壓縮量（參考）线径d2d2偏差槽宽B軸徑d3偏差孔徑d4偏差d3、d4公差之和挤压率min压缩量min(mm)1.00 0.07 1.20 0.050.050.10 15.0%0.15 1.50 0.07 1.80 0.080.080.16 14.0%0.21 1.78 0.08 2.14 0.10.10.20 14.0%0.25 1.80 0.08 2.16 0.10.10.20 14.0%0.25 1.90 0.08 2.28 0.10.10.20 14.0%0.26 2.00 0.08 2.40 0.110.110.22 13.0%0.27 2.40 0.08 2.88 0.110.110.22 11.7%0.28 2.62 0.09 3.14 0.110.110.22 11.3%0.30 2.65 0.09 3.18 0.110.110.22 11.3%0.30 3.00 0.09 3.60 0.130.130.26 9.4%0.33 3.53 0.10 4.24 0.150.150.30 9.4%0.33 3.55 0.10 4.26 0.150.150.30 9.4%0.33 4.00 0.15 4.80 0.150.150.30 9.4%0.37 5.30 0.15 6.36 0.150.150.30 8.6%0.46 5.33 0.15 6.40 0.150.150.30 8.6%0.46 6.00 0.15 7.20 0.150.150.30 8.6%0.52 注：在保証孔徑d4公差和軸徑d3公差之和不變的情況下，可以根據需要調節d4及d3的公差大小分配。4.4.4.活塞式結構用O-RING密封裝置設計 初步確定尺寸d4-選標準件O-Ring-由O-Ring確定d4-由最小壓縮量E計算槽底徑d3. 參照表4-8中的步驟進行設計驗算。表4-8 活塞式結構用O-RING密封裝置設計方法步驟（示例）設計實例：已知某水龍頭內本體與外本體裝配密封結構，水壓壓力10Mpa,工作溫度80，須通過NSF認証，外本體內孔徑d4=30 mm，設計此用O-RING圈密封裝置（參見圖4-5）項目符號單位公式及參數選擇說明配合孔內徑d4mmd4=30 +0.11已知確定O型圈材料EPDM/CY-E37072-A-FDA或E7014FNSF認証確定O型圈規格004081Nmm查表知: 063017N孔內徑范圍d4=31.3629.79規格為26.7*1.78, 004081N孔內徑范圍 d4=31.329.47規格為26*2.0 以上兩種O-Ring均適用於d4=30+0.1的尺寸要求，在結構允許的情況下線徑晝量選用大的O-Ring線徑， 故選：004081N O-Ring規格為：d1*d2=26*2.0依據：Excel附件O-Ring密封附件選最大溝槽底徑d3maxmm 按公式：E= (d12*d2)2d12d321/2-d4 / 2 得 d3 max=(d4 max+2*Emin)2-(d1+2*d2min)2+d12)1/2 =(30.11+2*0.23)2-(26+2*1.92)2+262)1/2 = 26.83 確定最小壓縮量E是計算的關鍵,在表4-7中有規定值。計算可用O-Ring密封附件中計算器最小溝槽底徑d3minmm d3 min=d4 max-公差 = 26.83- 0.11= 26.72溝槽底徑d3mmd3=26.83 0-0.11 （建義軸取負偏差，孔尺寸取正偏差）軸取負偏差溝槽寬度BmmB=（1.21.3）*d2 表選 B=2.4依據表4-7選槽底圓角半徑R1mmR1=0.2 0.4圖4-4槽口圓角半徑R2mmR2=0.1 0.2圖4-4倒角深度LminmmLmin=1.0依表4-6拉伸率 溝槽內直徑大於O-RING內直徑，使O-RING圈處於拉伸狀態安裝，其拉伸率為 = (d3+d2)/(d1+d2)=1.001.04 見圖4-4壓縮率校驗K 溝槽內外壁對O-RING的擠壓程度用壓縮率K表示， K=1-（d4-d3）/2d2 = 8%30% 計算可用O-Ring密封附件中計算器壓縮量經驗公式EmmE= (d12*d2)2d12d321/2-d4 / 2 注：當拉伸率1.04時的情況，要用此公式驗算壓縮量，其最小壓縮量必須達到表4-6中規定值。d2 d3 d4用最大或最小值計算(見圖4-4) 計算可用O-Ring密封附件中計算器d3/d4裝配之間的同軸度公差mm直徑50時，0.10，直徑50時，0.15 供參考間隙mm間隙取0.100.30 ,并選適當的尺寸公差0.050.10供參考注：表中計算是依一般工況（正常的動靜密封結構）如在結構設計中對O-Ring密封結構有特殊的功能要求（如有受力要偏心的擺動出水口結構），設計時要綜合結構因素設計壓縮量，以滿足功能結構為要旨。間隙;往復運動的活塞與缸壁(即軸、孔)之間必須有間隙,其大小與介質工作壓力和O-Ring材料的硬度有關.一般內壓越大,間隙越小;硬度越大,間隙越大.間隙的給定數值與零件的制造精度有較大關系,一般單邊間隙取0.100.30 mm,并選適當的尺寸公差0.050.10 mm. O-RING槽口及槽底圓角尺寸（圖4-4）槽底的圓角R根據使用經驗,圓角半徑可取R0.20.4 mm.槽口處的圓角是為了防止O-RING裝配時被刮傷而設計的.因為O-RING快到槽口時,由于其收縮力作用下,它很快滑入槽內,如果槽口無圓角,鋒利的棱角很容易刮傷O-Ring.但圓角太大時了容易使O-RING發生“擠出”現象.所以,一般半徑取得很小,僅為0.10.2 mm. 軸用O-RING裝配時導入角設計：因為設計時要考慮到O-RING劃傷,所以要注意倒角問題.見(圖4-4和表4-6). O-RING槽壁粗糙度靜密封用的O-RING在工作過程中不運動,所以槽壁的粗糙度用Ra =6.33.2m.對于往復運動用的O-RING,因其常在槽內滾動,槽壁與槽底的粗糙度應當低一些,要求在Ra =3.2m以下.旋轉運動用的O-RING一般是靜止的,要求軸的粗糙度要求在Ra =3.2m以下. 配合表面粗糙度要求在Ra =1.63.2m. 注：孔d4的公差和軸d3的公差，建義軸尺寸取負偏差，孔尺寸取正偏差下同4.4.3 端面(軸向)密封O-RING溝槽設計1) O-RING選擇,參照公司的O-RING標準件進行選擇.2）溝槽尺寸設計請參照下表4-9（國際）設計計算。表4-9 端面(軸向)密封O-RING溝槽(摘自GB/T3452.3-1988)4.5.底座與台板間的密封出水口底座,鐘仔底座及把手底座（Spout Base,Handle Body Base及Handle Base）與台面密封處O-RING槽設計.附參考圖如下（特殊說明）圖4-51) O-RING槽內徑d=O-Ring內徑名義尺寸O-RING內徑上偏差+（0.20.3）X2 注：此公式適用於O-RING線徑在1.782.62,O-RING內徑在4060之間,其它僅供參考， (單位：mm).O-RING槽內徑d尺寸原則：若底座安裝於陶瓷面盆上應考量陶瓷面盆安裝孔尺寸D及安裝孔口部圓角,依CSA/ASME A112.19.3-2000中的非強制性附錄A中的表A3A17中一般安裝孔口部圓角尺寸為R3R4,所以d應大於:dD+34(單位：mm).2)槽寬b= O-RING線徑尺寸（線徑尺寸進行圓整為小數後保留一位）,其上偏差為0,下偏差為-0.1,注：此公式適用於O-RING線徑在1.782.62,O-RING內徑在4060之間，其它僅供參考, (單位：mm).3) 槽深h= O-RING線徑-(0.20.4),注：此公式適用於O-RING線徑在1.782.62,O-RING內徑在4060之間,其它僅供參考, (單位：mm). 4) 槽口圓角r=0.1(單位：mm).比如公司常用端面密封如下：(供參考)表4-10O-Ring線徑1.781.81.922.42.622.83槽寬（b）1.81.81.92.02.42.62.83.0槽深（h）1.51.51.61.62.12.32.52.6槽口圓角(r)0.10.10.10.10.10.10.10.1以上b,h,三者上偏差為0,下偏差為-0.1；以上數據是以出水口底座，鐘仔底座及把手底座（Spout Base,Handle Body Base及Handle Base）與台面密封處O-RING槽設計驗証得出經驗結果,請各位自行參考.5.膠密封 膠密封是用密封膠塗敷或滲浸在兩結合面上,將兩結合面膠結在一起,從而堵塞泄漏縫隙,阻止泄漏的一種靜密封.密封膠是一種新型的高分子密封材料,它是粘稠物,能容易地填滿金屬兩個結合面之間的縫隙,從而有較好的密封性能.常用於機械產品結合面的密封,也可用於結合面較復雜的螺紋等部位,以防泄漏.5.1.膠密封用材料使用注意事項（後補）5.1.1.公司常用膠（詳見公司常用膠水標準）. 1）膠密封 常用的密封膠為樂泰(Loctitle)膠.具體品牌號及相關性能可參見說明書.紅(色)膠：用于緊固密封.如螺紋聯接,單槍白鐵球本體中的不鏽鋼殼與本體間以及插銷間均用紅膠密封.藍(色)膠：用于要拆卸的螺紋緊固密封.綠(色）膠：用於圓柱面配合的緊固密封.白膠：螺絲固定劑,用於金屬與塑膠螺紋連接緊固作用,此可拆卸作用.AB膠：此產品主要用於銅金屬與陶瓷粘合連接,表面6小時干,72小時達到最佳強度.黃(色)膠：如結構膠(326#),適用于銅母材的不可拆聯接,有WRC認証.絕氧固化時間為5分鐘.黑(色)膠：緊固性介