密封结构设计

O型圈密封结构设计1xxxxx20xx-xx-xxO型圈密封结构设计1、O型圈概述2、O型圈密封原理和要求3、O型圈材料特性及选择4、O型圈密封的设计原则5、O型圈密封沟槽设计6、O型圈的性能7、O型圈失效8、O型圈的变形发展9、O型圈生产制造10、问题2整理ppt1.0O型圈概述O型圈是一种界面形状为圆形的橡胶圈，是液压气动中应用最广泛的密封件3整理ppt1.1O型圈特点特点：1尺寸小装拆方便2动静密封均可用3静密封几乎没有泄漏4单件使用双向密封5动摩擦力小6价格低4整理ppt2.1O型圈密封原理O型圈密封是一种挤压型密封。当密封件产生初始形变和应力Pseal，Pw>Pseal时，将不会泄漏。Pm=P0+Pp，Pp=K×P。Pm=P0+K×PK为介质压力传递给O型圈压力的系数（对橡胶，K=1；对无缝钢管？复合密封圈？）

因此，只要O型圈存在初始压力，就可实现无泄漏的绝对密封。O型圈密封是一种自密封结构。5整理ppt2.2

O型圈密封压缩变形率选择

理论上0压缩也可实现密封，实际是不可能的。

偏心工作载荷下，O型圈拉伸，变细，就可能泄漏

低温橡胶收缩，变细，可能泄漏（低温会造成橡胶加速老化，失去补偿能力）一般断面有7%-30%的压缩变形率，静密封取大的压缩率（15%-30%），动密封取小的压缩率（9-25%）偏心6整理ppt2.3

O型圈受内压、外压选择

受内压O型圈外径与沟槽外径相同

受外压O型圈内径与沟槽内径相同防止出现在工作压力下出现O型圈直径变小。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（内压）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（内压）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%。受内压受外压7整理ppt2.4

O型圈挤出原理8整理ppt2.4O型圈允许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,当压力超过5MPa时，建议使用挡圈

材料硬度压力MPaO形圈截面直径W

1.78

2.62

3.53

5.33

7.00邵氏硬度A70≤3.50

0.08

0.09

0.10

0.13

0.15≤7.00

0.05

0.07

0.08

0.09

0.10≤10.50

0.03

0.04

0.05

0.07

0.08邵氏硬度A80≤3.50

0.10

0.13

0.15

0.18

0.20≤7.00

0.08

0.09

0.10

0.13

0.15≤10.50

0.05

0.07

0.08

0.09

0.10≤14.00

0.03

0.04

0.05

0.07

0.08≤17.50

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04邵氏硬度A90≤3.50

0.13

0.15

0.20

0.23

0.25≤7.00

0.10

0.13

0.15

0.18

0.20≤10.50

0.07

0.09

0.10

0.13

0.15≤14.00

0.05

0.07

0.08

0.09

0.10≤17.50

0.04

0.05

0.07

0.08

0.09≤21.00

0.03

0.04

0.05

0.07

0.08≤35.00

0.02

0.03

0.03

0.04

0.049整理ppt2.4

O型圈允许挤出间隙10整理ppt2.5

O型圈压缩量选择液压-气动-静密封液压-动密封气动-动密封和材料有关的O形圈圆周方向的压缩力11整理ppt3.0

O型圈材料特性12整理ppt3.1

O型圈材料特性比较图13整理ppt3.2

O型圈材料特性排序14整理ppt3.3

O型圈材料硬度15整理ppt3.4

O型圈材料特性16整理ppt3.5

O型圈材料耐化学性17整理ppt3.6

O型圈材料耐温性18整理ppt3.7

O型圈材料选择原则外界因素：1，工作状态：动密封，静密封；连续工作，间断工作等2，工作介质：液体、气体还是两相流，及介质的物理化学性能，与介质相容性3，工作压力：介质工作压力高低，压力波幅，瞬时最大压力4，工作温度：瞬时温度和冷热交变温度5，成本来源：成本低，来源广O型圈的硬度硬度：一般为70-90邵氏硬度，静密封选低值70，旋转密封取高值80，极少采用90。19整理ppt4.0

O型圈设计原则通则：O型圈密封是挤压式密封，设计主要内容为O型圈的压缩和拉伸。O型圈直径压缩和拉伸。a，压缩量过小：泄漏b，压缩量过大：应力松弛引起泄漏c，拉伸量过大：界面直径减少太大而引起泄漏4.0压缩率设计：

W%=(d0-h)/d0。a，有足够的密封接触面积b，避免永久变形c，摩擦力尽量小圆柱静密封：10%-15%，平面静密封：15%-30%。往复运动密封：10%-15%。

旋转动密封：内径比轴大3%-5%，外径压缩率为3%-8%。

低摩擦用密封：一般为5%-8%，考虑介质和温度引起的膨胀，如超过15%，重新选材。20整理ppt4.1

O型圈设计原则4.1拉伸率设计：

W%=(d0+d)/(d0+d1)。

O型圈装入轴中后，一般会有拉伸，如果无拉伸，装配时容易脱出，如拉伸过大，会导致O型圈截面积减少太多，出现泄漏。

一般其拉伸量为1%-5%。21整理ppt4.2

O型圈设计原则4.2接触宽度设计：O形圈装入密封沟槽后，其横截面产生压缩变形。变形后的宽度及其与密封面的接触宽度都和O形圈的密封性能，其值过小会使密封性受到影响。

O形圈变形后的宽度Bo（mm）与O形圈的压缩率W和截面直径do有关，可用下式计算

Bo=（1/(1-W)-0.6W）do

（W取10%~40%）

O形圈与密封面的接触面宽度b（mm）也取决于W和do：

b=(4W^2+0.34W+0.31)do(W取10%~40%)一般情况，考虑到压力脉动和抽真空的需求，Bo应接近于槽宽，对于气体介质的密封，Bo应比槽宽小0.1-0.2mm；对于液体介质的密封，Bo应比槽宽小0.2-0.5mm。

同时Bo不应大于槽宽，否则承压后可能会减小密封接触宽度，同时减小密封接触应力而导致泄漏。

有压力脉动时，槽宽过大会导致O型圈来回偏移，出现磨损；槽宽过小会导致O型圈填满沟槽，导致阻力过大。bBo22整理ppt5.0

O型圈沟槽设计5.0O型圈沟槽设计：

槽体积比O型圈体积大15%左右。设计参数：形状，尺寸，精度，粗糙度，对于动密封，需要计算相对运动间隙。原则：容易加工，尺寸合理，精度容易保证，拆装方便。a，有压缩3%-30%的压缩。b，在介质中膨胀，温升膨胀。c，太窄磨损，太宽滚动磨损。

23整理ppt5.1

O型圈沟槽设计5.2O型圈沟槽深度设计：

槽深的设计决定O型圈的设计压缩量，沟槽深度加上间隙小于O型圈自由状态下O型圈的线径。O型圈的压缩量由内径压缩量δ’和外径压缩量δ”构成。

δ’<δ”,O型圈安装时受压缩；拆卸时O型圈有弹跳；常用于旋转密封。

δ’=

δ”,O型圈安装时未受压缩；最为常用。

δ’>

δ”,O型圈安装时受拉伸；用于滑动密封，如活塞密封。

5.3O型圈沟槽槽口和槽底圆角设计：

槽口圆角：防止O型圈装配时出现割伤和刮伤。R=0.1～0.2mm

过大，过小会出现什么情况？（挤出和割伤）

槽底圆角：防止出现应力集中，

动：R=0.1～1.0mm，静:R=d0/2mm，

24整理ppt5.3

O型圈沟槽设计5.4O型圈沟槽槽口和槽底圆角设计：

槽口圆角：防止O型圈装配时出现割伤和刮伤。R=0.1～0.2mm

过大，过小会出现什么情况？（挤出和割伤）

槽底圆角：防止出现应力集中，

动：R=0.1～1.0mm，静:R=d0/2mm，

5.5O型圈沟槽表面粗糙度设计：

静密封：Ra=6.3～3.2，

动密封：Ra=1.6，

旋转密封：轴凹槽：Ra=0.4或更小。A，采用什么样的工艺来加工沟槽比较好。B，沟槽的粗糙度过大或过小会出现什么问题。

25整理ppt5.4

O型圈沟槽设计5.6O型圈挡圈设计：

目的：防止O型圈在工作时出现间隙咬伤和挤出实效。

使用：单向受压，一个挡圈；双向受压，两个挡圈。

26整理ppt5.5

O型圈沟槽设计5.7O型圈沟槽型式和公差：详见GB/T34523

27整理ppt5.6

O型圈沟槽设计5.8O型圈密封常见型式：

轴向密封径向密封接头密封闷塞密封28整理ppt6.0

O型圈性能抗磨损

29整理ppt6.1

O型圈性能密封性能

30整理ppt6.2

O型圈密封要求稳定性

31整理ppt6.3

O型圈性能抗挤出性

32整理ppt6.4

O型圈性能贴合性

33整理ppt7.0

O型圈失效7.0O型圈失效：

O型圈常见的失效原因有材料问题、压缩变形、间隙咬伤、扭曲现象、磨料磨损、表面粗糙度不当和焦耳效应等。

压缩变形，如右图所示：

34整理ppt7.1

O型圈失效7.1O型圈失效：

O型圈磨损，如右图所示：

35整理ppt7.2

O型圈失效7.2O型圈失效：

O型圈安装损坏，如右图所示：

36整理ppt7.3

O型圈失效7.3O型圈失效：

O型圈爆破失效，如右图所示：

37整