O型圈基础知识牛中华

O形圈基础知识2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4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5型圈材料特性排序6型圈材料耐温性7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。8型圈设计原则拉伸率设计：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%。9型圈设计原则接触宽度设计：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。bBo10型圈沟槽设计型圈沟槽设计：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。11型圈沟槽设计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，O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。一、概述GB/T3452.1-19821.1O形圈特点O形圈是一种小截面的圆环形密封元件，常用截面是圆形。主要材料为合成橡胶，在液压工程中是用的最多、最普遍的一种密封件，主要做静密封及滑动密封用。与其他密封件比有如下特点：a.密封性好，寿命长。b.单圈就可对两个方向起密封作用。c.对油液、温度和压力的适应性好。d.动摩擦阻力小。e.体积小，重量轻，成本低。f.密封部位结构简单，拆装方便g.既可做静密封也可做动密封。h.尺寸和沟槽已被标准化，选用和外购方便。其缺点是，在做动密封启动时，摩擦阻力较大，约为动摩擦力的3～4倍，在高压下易被挤入间隙。1.2表示方法1GB/T3452.1-1982的表示方法内径d1×线径d2比如：1）O形圈20×2.4GB3452.1-8220代表O形圈内径为20mm2.4代表O形圈的截面直径是2.4mmGB3452.1代表的是标准号，82代表的是标准公布年代。2）24002000GB3452.1-822400代表O形圈的截面直径是2.4mm0200代表O形圈内径为20mm1.2表示方法2GB/T3452.1-2005的表示方法比如（1）O形圈7.5×1.8GGB/T3452.1，7.5——内径1.8——断面直径G——系列（G—通用O形圈)（A—宇航用O形圈）（2）A0×0×7×5×GGB/T3452.1A—O形圈线径1.80mmB—O形圈线径2.65mmC—O形圈线径3.55mmD—O形圈线径5.30mmE—O形圈线径7.30mm二、O形圈密封工作状态2.1静密封用O形圈的作用O型密封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。像这种借介质本身来改变O形圈接触状态使之实现密封的过程，称为“自封作用”。O形圈预密封PPPP3maxPP3max2.1静密封用O形圈的作用自密封作用：由于预密封作用，O形圈与被密封光滑面和沟槽底面紧密接触。这样当流体通过间隙进入沟槽时只能对O形圈的一侧面起作用。当流体压力较大时，把O形圈推向沟槽另一侧面而挤压成D形，并把压力传递给接触给接触面。O形圈的自封是有限的，当内压过高时，会出现O形圈的“胶料挤出”现象。即密封部位因有间隙存在，受高压作用的O形圈在间隙处会产生应力集中，当应力达到O形圈的料胶不能承受时，料胶就会被挤出来，此时虽然O形圈还能暂时维持密封，但实际已损坏。因此要严格选型。2.2动密封用O形圈的作用O形圈在动密封中，其预密封效果和自密封作用与静密封一样。但由于杆运动时很容易将流体带到O形圈和杆之间，因此情况比较复杂。工作中，假设O形圈左侧作用着介质压力P1（如图a），若将O形圈与杆接触部位放大（图b），其接触表面实际是凹凸不平的，并非每一点都与金属表面接触。由于自封作用，O形圈对杆产生的接触压力大于P1而得到密封。但当杆开始向右移动时附着在杆上的介质被带到楔形狭缝（图c）。由于流体动压效应这部分介质的压力比P1大。当它大于O形圈对杆的接触力时，介质便挤入O形圈的第一个凹槽处（图d），杆继续向右移动时介质不断地进入下一个凹槽，介质便沿着杆运动的方向泄露。当杆向左运动时，由于赶运动方向与杆压力方向相反，故不易泄露。泄漏量是随着介质的粘度和杆的运动速度提高而增大的，还与O形圈的尺寸、工作压力等密切相关。a压力作用于O形圈一侧b接触部位放大图c油被带到楔形狭缝d油被挤入O形圈第一凹槽往复运动中橡胶O形圈的泄露back2.3O形圈的密封形式1按密封件与被密封装置的相对运动状态可以分为：静密封、往复动密封、转动密封和开关密封。2按O形圈在矩形沟槽中压缩密封配合的压缩量大小（松紧程度）可分为：压紧、套紧、液动、气动和转动5种基本密封配合，以及在端面倒角槽中挤紧密封配合。此外还有滑动密封和浮动密封两种特殊密封方法。3按被密封件的结构可分为：端面密封即轴向密封、角密封（孔端面倒角槽密封、轴端面倒角槽密封）、圆柱密封即径向密封（圆柱内径密封（活塞杆密封）、圆柱外径密封（活塞密封））、圆锥面密封和球面密封。三、O形圈的设计应用3.1O形圈的使用参数3.1.1压缩率压缩率W通常用下式表示：W=（d2-h）/d2×100%式中d2-----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形圈的压缩率时,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。3.1.1压缩率O型密封圈压缩率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；径向密封的泄漏间隙是径向间隙，轴向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形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形圈的初始拉伸。上述不同形式的静密封，密封介质对O形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形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形圈，或对给定的压缩变形率予以修正。3.1.2拉伸量O型圈在装入密封沟槽后，一般都有一定的拉伸量。与压缩率一样，拉伸量的大小对O型圈的密封性能和和使用寿命也有很大的影响。拉伸量大不但会导致O型圈安装困难，同时也会因截面直径d2发生变化而使压缩率降低，以致引起泄漏。拉伸量a可用下式表示：α=(d+d2)/(d1+d2)式中d-----轴径（mm）；d1----O形圈内径（mm）。拉伸量的取值范围为1%-5%。如表一给出了O型圈拉伸量的推荐值，可根据轴径的大小，按表选限取O型圈的拉伸量。密封形式密封介质拉伸量α（%）压缩率w（%）静密封液压油1.03～1.0415～25空气1.0115～25往复运动液压油1.0212～17空气1.0112～17旋转运动液压油0.95～１3～8表一O型圈压缩率与拉伸量的限取范围3.2O形圈的安装沟槽O形圈压缩量的大小主要由安装沟槽的结构和尺寸来保证。常用的沟槽形状有矩形和三角形，一般情况三角形仅用于某些固定密封。由于压缩量不同所以静密封、往复运动密封、选装运动密封的沟槽虽形状相似，但尺寸各不相同。3.2.1槽宽槽宽主要从下面三个方面考虑：1）必须大于O形圈压缩变形后的最大直径。2）必须考虑到O形圈由于运动发热引起的膨胀和介质溶胀。3）必须保证往复运动时槽内有一定的空间使O形圈滚动自如。一般认为，O形圈的截面面积至少应占据矩形截面面积的85%，在许多场合下取槽宽为O形圈截面直径的1.5倍。注：沟槽太窄会增大运动时的摩擦阻力，O形圈磨损加大，易损；沟槽太宽使得O形圈的游动范围增大，也易磨损，且在静密封的脉动压力下，O形圈也可能产生脉动游动出现异常磨损。另外，当内压很高时必须用挡圈，槽宽应相应增大。3.2O形圈的安装沟槽3.2.2槽深槽深是O形圈能否良好工作的关键尺寸，主要取决O形圈的压缩变形量。此变形量由O形圈内径处的压缩变形量（δ1）和O形圈外径处的压缩变形量（δ2）组成，当δ1=δ2时，O形圈截面与槽截面中心重合，两种心愿的圆周相等，说明O形圈安装时未受到拉伸；当δ1＞δ2时，O形圈截面中心的周长小于沟槽中心的周长，说明O形圈以拉伸状态在沟槽内；当δ1＜δ2时，O形圈截面周长大于沟槽截面中心周长，此时O形圈以周向压缩来使用，拆卸时，O形圈会出现弹跳现象。设计槽深时应首先确定O形圈的使用方式，然后再去选定合理的压缩变形率（详见表一）。除此之外，也要考虑材料对介质的溶胀性，材料本身的膨胀性等相关因素，需考虑诸多设计因素。但国家对于沟槽的结构已经给出相关标准。3.2O形圈的安装沟槽3.2.3沟槽的选择设计1.沟槽的安装形式a径向活塞密封沟槽b径向活塞杆密封沟槽3.2.3沟槽