密封的选型与设计课件_1

O RING密封的选型与设计 目录 O RING密封的使用与介绍O RING密封的选型与设计O RING密封设计实例应用 O RING密封可用于对油 水 空气 酸 碱 有机溶剂 真空等的密封 属于接触式密封 按使用状态分为静态密封和动态密封 1 用于制作O RING的常见主体材料 天然橡胶 NR 丁腈橡胶 NBR 三元乙丙橡胶 EPDM 氟橡胶 FKM 氢化丁腈橡胶 HNBR 硅橡胶 QM 丙烯酸酯橡胶 ACM 丁基橡胶 IIR 氯丁橡胶 CR 丁苯橡胶 SBR 等等 O RING密封的使用与介绍 2 使用压力O RING密封所能达到的最高密封压力 动态35MPa 静态100MPa3 使用温度范围 O RING密封的使用与介绍 4 使用介质O RING密封圈耐介质性能 重量变化 体积变化 是由橡胶的主体材料所决定 不同橡胶由于其主链结构和侧基的不同 耐介质的性能差异很大 一般来说 极性橡胶耐非极性介质的性能优良 非极性橡胶耐极性介质的性能优良 丁腈橡胶 氟橡胶 丙烯酸酯橡胶等极性较高的橡胶耐非极性的矿物油性能都很优异 而三元乙丙橡胶等非极性耐极性的酯类介质性能非常优异 在考虑橡胶耐介质的同时 还应特别注意介质中的添加剂 有些添加剂对橡胶性能的影响非常大 如齿轮油中添加硫或含硫添加剂 就会加速丁腈橡胶的老化 也就是说丁腈橡胶不能适应含这种添加剂的介质 只能选用其他橡胶 如氟橡胶 丙烯酸酯橡胶 各种橡胶适用介质的情况如下表 O RING密封的使用与介绍 O RING密封的使用与介绍 O RING密封的使用与介绍 5 安装注意事项 为了防止O RING安装时被划伤 沟槽的棱角处应采用倒角或圆角设计 O RING安装经过螺纹等部位时则需要使用护套或倒环使其能平滑进入沟槽 安装时不要过度拉伸O RING 以免其截面尺寸受到影响 不要让O RING发现扭转 O RING表面要涂抹润滑油 注意 橡胶材料的耐介质性能及系统的要求 使用前要注意产品的储存期 储存期从产品生产之日算起 超过储存期的产品尽可能不要使用 如需使用 则应先进性能检测 合格后方可使用 O RING密封的使用与介绍 6 储存注意事项 严格控制储存温度 一般应在30 以下 最好在15 以免温度过高使制品老化 性能下降 控制湿度 相对湿度应不大于80 储存室或制品表面不得有湿气凝结 避免使用高紫外线光源和日光直射 避免储存在臭氧浓度较高或有有机溶剂挥发的环境中 特别注意储存过程中不得使橡胶密封制品产生形变 不应堆放或扭曲放置 不同橡胶产品储存期见下表 注 1 初始储存期 从制造之日起适当包装的橡胶制品在样品需要检验或重新试验之前在规定条件下可以储存的最长时间 2 扩展储存期 适当包装的橡胶制品在初始储存期之后需要进行进一步检验或重新试验之前可以储存的时间 O RING密封的使用与介绍 O RING密封是由O型密封圈 密封槽和密封面三部分组成的 因此 O RING密封的设计是指密封圈的选型 密封槽的设计 密封间隙 公差与配合的设计 1 选型与设计需考虑的因素 密封圈的设计需要考虑密封圈的材料 硬度 通常指邵氏硬度 规格 通常用内径 线径表示 公差 拉伸率和压缩率等因素 密封槽的设计需要考虑密封槽的型式 尺寸 密封槽填充率及密封面的加工精度等因素 密封圈与密封面的配合需要考虑密封装配间隙 同轴度 偏心量 等因素 O RING密封的选型与设计 O RING密封的选型与设计 2 O RING密封圈的选型在设计O形密封圈时首先应清楚O形圈的使用条件及使用环境 合理的选材和尺寸设计是保证密封的重要前提 O形密封圈的截面直径d和截面压缩率是衡量O形密封圈密封性能和寿命的重要参数指标 截面压缩率的表示见下右图所示 截面压缩率 d2 t d2式中d2 O形圈自由状态下的截面直径插图t O形圈槽底与被密封表面的距离对于O形圈截面压缩率 过程装备密封技术 的推荐值如下表 原则上 压力高时 截面压缩率取较大值 压力低时 取较小值 同时 应考虑到压力的变化 密封介质的种类 工作温度及其变化 机加工精度及O形圈材料等因素 对于往复运动和旋转运动 影响密封的因素比较多 密封表面摩擦力 流体粘度 压力 频率 转数 行程等都可能造成泄漏 摩擦对动密封的影响非常大 应尽可能减小摩擦力 影响摩擦力的主要因素有 橡胶硬度 压缩量和密封表面粗糙度 这些在设计加工时应予以特别重视 值得注意的是 旋转轴用O形密封圈 必须考虑 焦尔效用 即橡胶在拉伸状态下受热会剧烈收缩 为了排除该影响 O形圈在旋转轴上绝对不允许呈拉伸状态 通常取旋转运动用的O形圈的内径比轴颈大3 5 O形圈的外径具有3 8 的压缩率 这样既保证有效密封 又能防止O形圈过热而烧坏 旋转运动用O形圈的材质可选用硬度 邵氏A 为75 5度的丁腈橡胶 NBR 氟橡胶 FKM 或聚氨酯橡胶 AU 等材料 O RING密封的选型与设计 O形圈的规格尺寸已标准化 系列化 通常情况下O形圈结构用不着专门设计 直接从标准中选型即可 只有对非标准规格的密封圈才需要设计 液压气动用O形橡胶密封圈尺寸系列及公差见国标GB T3452 1 2005或全球O RING参考导则 GLOBEO RINGSIZEREFERENCEGUIDE O RING密封的选型与设计 根据轴的转数确定O形圈的截面直径 在保证密封效果的前提下 截面直径越小越好 转轴表面线速度与最大截面直径 过程装备密封技术 的推荐值如下表 O RING密封的选型与设计 3 密封沟槽的设计 密封沟槽型式设计安装O形圈的沟槽多种多样 有矩形槽 三角形槽 燕尾形槽 半圆形槽 斜底形槽等 见下表 这些形状的设计是基于用途和结构的需要 使用效果不尽相同 以下仅介绍使用最广泛的矩形沟槽 沟槽深度的设计沟槽深度对O形圈密封而言是一个至关重要的参数 它与O形圈的截面直径相对应 在知道O形圈截面直径和压缩率的前提下 可计算出适应的沟槽深度 O RING密封的选型与设计 沟槽内径d0 d dW dW式中a O形圈的拉伸率d 自由状态下O形圈的内径dW 自由状态下O形圈的截面直径沟槽外径D0 2dW 1 d0式中 O形圈压缩率矩形槽槽深h 1 dW 橡胶O形圈的拉伸率和压缩率 机械工程师手册 推荐值 O RING密封的选型与设计 沟槽宽度的设计沟槽宽度是O形圈密封设计的又一个至关重要的参数 正确的沟槽宽度是防止O形圈挤出破坏的主要因素之一 沟槽侧壁与O形圈间应该有间隙 故矩形槽宽b dW 0 3 0 5 dw当工作压力超过10MPa时需要加装挡圈 加挡圈的沟槽宽度需相应加大 当有n个档圈 档圈宽度为t时 矩形槽宽b b nt 沟槽粗糙度的设计沟槽的粗糙度对密封的性能和寿命影响很大 机械工程师手册 推荐的Ra值静密封 1 6 3 2 m 压力波动小时可加大到6 3 m 动密封 底面0 8 m 侧面1 6 3 2 m 4 密封配合设计需考虑和注意的问题 装配间隙装配间隙是必然存在的 无论是平面密封还是圆柱面密封 无论是静密封或是动密封 都存在间隙 而对于动密封适当的间隙是必需的 间隙过小则运动阻力太大或难以运动 间隙过大则难以密封 间隙过大则O形圈的一部分在受压情况下容易被挤入间隙而受损伤 O形圈被挤入间隙的主要因素有压力 硬度和间隙大小 在间隙不能太小压力又较大的场合 则通过加挡圈以防止O形圈被挤入间隙而损伤 常用的挡圈材料有聚四氟乙烯和皮革 O RING密封的选型与设计 O RING密封的选型与设计 间隙 半径间隙 与材料硬度及压力的关系 O RING密封的选型与设计 偏心量 同轴度 O形圈用在动态密封时 如果杆和筒的偏心量过大 由于O形圈各部位的压缩量不同 会造成接触应力不同而发生扭转破坏 因此 在设计时应重点考虑 按GB3452 3 88规定偏心量推荐值如下 工作温度及润滑工作温度的大小是影响O形圈性能与寿命的重要因素 在设计密封沟槽时 应尽量使之具有好的散热性能 旋转密封处的润滑 是影响O形圈性能与寿命的另一个重要因素 应保证密封处能得到良好润滑 O RING密封设计实例应用 设计应用实例一1 GHE系统试验阀的密封设计与计算2 GHE系统试验阀阀笼设计结构图设计应用实例二1 D2GFR047AQ蓄能器堵头密封失效原因分析2 蓄能器堵头密封改造设计图设计应用实例三1 L2GRE006ZM取样阀密封设计图 主要参考文献 1 过程装备密封技术