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0形橡胶密封圈的设计原则

(1) 密封类型和密封结构     由于O形圈用途广泛,结构简单,必须仔细区别其用途。

(2) O形圈的材料及其标准    橡胶O形圈的制作材料以合成橡胶为主,七中NBR、FKM和NR为主要材料。在耐油、高温耐油、耐酸碱三方面的性能突出。国内外的O形圈橡胶材料标准对其性能都有明确的规定。

(3)O形圈的密封间隙    橡胶O形圈的硬度与工作压力确定后,密封间隙超过某一临界值时,则发生挤隙现象。

日本JISB-1991标准和美国SAEJ120A---1968标准都对密封间隙、胶料硬度和工作压力的相互关系进行了探讨,并作出相应的推荐图表。

无论静密封还是动密封装置,O形圈都不允许从间隙挤出,为防止高压挤出,应采取选择较高一级硬度的胶料或增加防挤环及挡圈。

(4)橡胶O形圈的密封原理    O形圈在使用过程中因受压力作用变形而产生密封作用。因此在装配时O形圈和被密封面之间就有一定的压缩量。橡胶受压力的反弹力给予被封面一初始压缩应力,从而起预密封作用。

当受预密封作用的O形圈受流体压力作用时,O形圈被挤向沟槽一侧,当压力增大,O形圈变成D形,并把压力传给接触面,而且随压力增大而增大。传递压力越大,密封作用越大。这种由液压流体自动增强密封效果的作用叫做自密封作用。O形圈的预密封作用和自密封作用可以用一些公式计算。目前在O形圈的设计标准中都作了相应的压缩量规定,就是考虑两种预密封作用效果;但只靠预密封,初始压缩量太小,则密封的安全系数就差。反之,压缩量太大,则会加速压缩应力松弛和永久变形积累,影响密封效果和使用寿命。对往复运动来说,压缩量越大,摩擦力就越大,功率损失和密封面的磨损也越大。气动密封,压缩量过大还会使运动件不能运动。因此,选择合适的压缴量是非常重要的。

对于往复运动O形圈的设计,还要考虑液膜厚度和泄漏的关系。设计的O形圈与轴之间的液膜厚度既不能超过某一临界值,造成大量泄漏,也不要太薄,中断液膜,造成干摩擦和严重磨损。对于气动往复密封用O形圈,压缩量较大时,活塞杆拉不动,压缩量太小,就会漏气并发出响声。漏气严重时,活塞杆也不动。所以必须根据工作条件正确选择O形圈的压缩量。

(5)选用O形圈标准规格的方法    目前,我国仍沿用一些O形圈旧的标准规格,尽管有的标准已经废止。例如国家标准GB1235—76,标准中有171个规格(截面直径和内径);化学工业部标准HG 4—333—66,标准中有1835个规格;机床行业标准G51 —2有41个规格;以上标准目前已经废止,如果在某些场合下仍出现其型号规格,则应按现行的国标或行业标准代替。国际标准和国家标准统一的O形圈标准有:ISO3601/1—1978,ISO/ DP3601/2一1978,标准中有280个规格。ISO3601/1—1988G系列有280个规格;A系列有360个规格。国标GB 34521—82标准中有347个规格。设计时可参照选用。由于O形圈结构简单,因此选择的方法也不难掌握。

(6)O形圈截面直径的选用    静密封可选用较小的截面直径,动密封选用较大的截面直径(转动密封例外)。孔轴配合时,直径较大的选用较大的O形圈的截面直径,较小的选用较小的截面直径。

内径di的选用有以下几种方法。

a.按名义尺寸选用    如果标准标明或编号反映出名义内外径,即可简单地按密封结构选用理想的di规格:光轴密封,选取O形圈名义内径等于光轴直径d的di规格(转动密封例外);光孔密封,选取O形圈名义外径等于光孔直径D的di规格;光轴端面倒角槽密封,选取O形圈名义内径等于光轴直径d的di规格;光孔端面倒角槽密封,选取O形圈名义外径等于光孔直径d的di规 格;受内压平面密封,选取O形圈名义外径等于沟槽外侧径Da”的di规格;受外压平面密封,选取O形圈名义内径等于沟槽内侧径da”的di规格。

b.按压缩量分配律选用     在O形圈圆柱面密封中,内径拉伸量与外径压缩量代数和之半等于压缩量。所以内径拉伸量和外径压缩量又互称为压缩分配值。

合理和许可的分配原则是:在液压和气动往复密封中,尽可能选用适合di的基本尺寸规格,使之不出现公称空套值,即任一公称分配值在0~25Sq之间,尽可能使内径少拉伸或不拉伸,外径多压缩。因为受拉伸比受压缩更易使O形圈老化。


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