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密封專題/Sealing-project

 

O形密封圈
O形密封圈概述

    O型圈(O-rings)是一種截面為圓形的橡膠密封圈,因其截面為O型,故稱其為O型密封圈,也叫O型圈。其材料主要為丁睛橡膠或氟橡膠。O型密封圈是液壓與氣壓傳動系統中使用最廣泛的一種密封件。它主要用于靜密封和往復運動密封。其使用速度范圍一般為0.005~0.3m/s。用于旋轉運動密封時,僅限于低速回轉密封裝置。如液壓挖掘機的中央回轉接頭的分配閥動密封機構。一般O形密封圈在旋轉運動密封裝置中使用較少。O形密封圈一般安裝在外圓或內圓上截面為矩形的溝槽內起密封作用。其規格型號主要有UHSO型圈規格,UHPO型圈規格,UNO型圈規格,DHO型圈規格,活塞桿O型圈規格,耐高溫O型圈,耐高壓O型圈,耐腐蝕O型圈,耐磨損O型圈。
■ O形密封圈有哪些優勢
■ O形密封圈適用于哪些范圍
■ O形密封圈密封失效的主要原因是什么?
■ >如何選擇O形密封圈
■ O形圈的常用標準
■ O形圈的安裝方式
O形密封圈有哪些優勢
O形密封圈與其他型式密封圈比較,具有以下優點:
1、適合多種密封形式:靜態密封、動態密封、適合各種用途材料,尺寸和溝槽都已標準化,互換性強。
2、適合多種運動方式:旋轉運動、軸向往復運動或組合運動(例如旋轉往復組合運動)。
3、適合多種不同的密封介質:油、水、氣、化學介質或其它混合介質。通過選用合適的橡膠材料和適當的配方設計,實現對油、水、空氣、煤氣及各種化學介質有效的密封作用。溫度使用范圍廣(- 60 ℃~+ 220 ℃),固定使用時壓力可達 1500Kg/cm2( 與補強環并用 )。
4、設計簡單,結構小巧,裝拆方便。O 型密封圈斷面結構極其簡單,且有自密封作用,密封性能可靠。由于 O 型密封圈本身及安裝部位結構都極其簡單,且已形成標準化,因此安裝更換都非常容易。
5、材料品種多?梢愿鶕煌牧黧w進行選擇:有丁腈橡膠(NBR)、氟橡膠(FKM)、硅橡膠(VMQ)、乙丙橡膠(EPDM)、氯丁橡膠(CR)、丁基橡膠(BU)、聚四氟乙烯(PTFE)、天然橡膠(NR)等。
6、成本低廉。
7、動摩擦阻力比較小。
O形密封圈適用于哪些范圍
    O形密封圈適用于裝在各種機械設備上,在規定的溫度、壓力、以及不同的液體和氣體介質中,于靜止或運動狀態下起密封作用。在機床、船舶、汽車、航空航天設備、冶金機械、化工機械、工程機械、建筑機械、礦山機械、石油機械、塑料機械、農業機械、以及各類儀器儀表上,大量應用著各種類型的密封元件。 O形密封圈主要用于靜密封和往復運動密封。用于旋轉運動密封時,僅限于低速回轉密封裝置。O型密封圈一般安裝在外圓或內圓上截面為矩形的溝槽內起密封作用 O形密封圈在耐油、酸堿、磨、化學侵蝕等環境依然起到良好密封、減震作用。因此,O型密封圈是液壓與氣壓傳動系統中使用最廣泛的一種密封件。
O形密封圈密封失效的主要原因是什么?
O形密封圈設計、使用不當會加速O形密封圈的損壞,喪失密封性能。實驗表明,如密封裝置各部分設計合理,單純地提高壓力,并不會造成O形密封圈的破壞。在高壓、高溫的工作條件下,O形密封圈破壞的主要原因是O形密封圈材料的永久變形和O形密封圈被擠入密封間隙而引起的間隙咬傷一級O形密封圈在運動時出現扭曲現象。
  1、O形密封圈材料的永久變形
  由于O形圈密封圈用的合成橡膠材料是屬于粘彈性材料,所以初期設定的壓緊量和回彈堵塞能力經長時間的使用,會產生永久變形而逐漸喪失,最終發生泄漏。永久變形和彈力消失是O形密封圈失去密封性能的主要原因,以下是造成O形密封圈材料永久變形的主要原因。
  1)壓縮率和拉伸量與O形密封圈材料永久變形的關系
  制作O形密封圈所用的各種配方的橡膠,在壓縮狀態下都會產生壓縮應力松弛現象,此時,壓縮應力隨著時間的增長而減小。使用時間越長、壓縮率和拉伸量越大,則由橡膠應力松弛而產生的應力下降就越大,以致O形密封圈彈性不足,失去密封能力。因此,在允許的使用條件下,設法降低壓縮率是可取的。增加O形密封圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡單的方法,不過這會帶來結構尺寸的增加。
  應該注意,人們在計算壓縮率時,往往忽略了O形密封圈在裝配時受拉伸而引起的截面高度的減小。O形密封圈截面面積的變化是與其周長的變化成反比的。同時,由于拉力的作用,O形密封圈的截面形狀也會發生變化,就表現為其高度的減小。此外,在表面張力作用下,O形密封圈的外表面變得更平了,即截面高度略有減小。這也是O形密封圈壓縮應力松弛的一種表現。
  O形密封圈截面變形的程度,還取決于O形密封圈材質的硬度。在拉伸量相同的情況下,硬度大的O形密封圈,其截面高度也減小較多,從這一點看,應該按照使用條件盡量選用低硬度的材質。在液體壓力和張力的作用下,橡膠材料的O形密封圈也會逐漸發生塑性變形,O形密封圈截面高度會相應減小,以致最后失去密封能力。
  2)溫度與O形密封圈馳張過程的關系
  使用溫度是影響O形密封圈永久變形的另一個重要因素。高溫會加速橡膠材料的老化。工作溫度越高,O形密封圈的壓縮永久變形就越大。當永久變形大于40%時,O形密封圈就失去了密封能力而發生泄漏。因壓縮變形而在O形密封圈的橡膠材料中形成的初始應力值,將隨著O形密封圈的馳張過程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消失。溫度在零下工作的O形密封圈,O形密封圈初始壓縮可能由于溫度的急劇降低而減小或完全消失。在-50~-60℃的情況下,不耐低溫的橡膠材料會完全喪失初始應力;即使耐低溫的橡膠材料,此時的初始應力也不會大于20℃時初始應力的25%。這是因為O形密封圈的初始壓縮量取決于線脹系數。所以,選取初始壓縮量時,就必須保證在由于馳張過程和溫度下降而造成應力下降后仍有足夠的密封能力。
  溫度在零下工作的O形密封圈,應特別注意橡膠材料的恢復指數和變形指數。
  綜上所述,在設計上應盡量保證O形密封圈具有適宜的工作溫度,或選用耐高、低溫的O形密封圈材料,以延長O形密封圈使用壽命。
  3)介質工作壓力與O形密封圈材料的永久變形
  工作介質的壓力是引起O形密封圈永久變形的主要因素,F代液壓設備的工作壓力正日益提高。長時間的高壓作用會使O形密封圈發生永久變形。因此,設計時應根據工作壓力選用適當的耐壓橡膠材料。工作壓力越高,所用材料的硬度和耐高壓性能也應越高。
  為了改善O形密封圈材料的耐壓性能,增加材料的彈性(特別是增加材料在低溫下的彈性)、降低O形密封圈材料的壓縮永久變形,一般需要改進材料的配方,加入增塑劑。但是,具有增塑劑的O形密封圈,長時間在工作介質中浸泡,增塑劑會逐漸被工作介質吸收,導致O形密封圈體積收縮,甚至可能使O形密封圈產生負壓縮(即在O形密封圈和被密封件的表面之間出現間隙)。因此,在計算O形密封圈壓縮量和進行模具設計時,應充分考慮到這些收縮量。應使壓制出的O形密封圈在工作介質中浸泡5~10晝夜后仍能保持必要的尺寸。
  O形密封圈材料的壓縮永久變形率與溫度有關。當變形率在40%或更大時,即會出現泄漏,所以幾種膠料的耐熱性界限為:丁腈橡膠70℃,三元乙丙橡膠100℃,氟橡膠140℃。因此各國對O形圈的永久變形作了規定。中國標準橡膠材料的O形圈在不同溫度下的尺寸變化見表。同一材料的O形密封圈,在同一溫度下,截面直徑大的O形密封圈壓縮永久變形率較低。
  在油中的情況就不同了。由于此時O形密封圈不與氧氣接觸,所以上述不良反應大為減少。加之又通常會引起膠料有一定的膨脹,所以因溫度引起的壓縮永久變形率將被抵消。因此,在油中的耐熱性大為提高。以丁腈橡膠為例,它的工作溫度可達120℃或更高。
  2、O形密封圈間隙咬傷
  被密封的零件存在著幾何精度(包括圓度、橢圓度、圓柱度、同軸度等)不良、零件之間不同心以及高壓下內徑脹大等現象,都會引起密封間隙的擴大和間隙擠出現象的加劇。O形密封圈的硬度對間隙擠出現象也有明顯的影響。液體或氣體的壓力越高,O形密封圈材料硬度越小,則O形密封圈的間隙擠出現象越嚴重。
  防止間隙咬傷的措施是,對O形密封圈的硬度和密封間隙加以嚴格的控制。選用硬度合適的密封材料控制O形密封圈間隙。常用的O形密封圈的硬度范圍是HS60~90。低硬度者用于低壓,高硬度者用于高壓。
  配用適當的密封圈保護擋圈,是防止O形密封圈被擠入間隙的有效方法。
  3、O形密封圈的扭曲現象
  扭曲是指O形密封圈沿周向發生扭轉的現象,扭曲現象一般發生在動密封狀態。
  O形密封圈如果裝配的妥善,并且使用條件適當,一般不大容易在往復在往復運動狀態下產生滾動或扭曲,因為O形密封圈與溝槽的接觸面積大于在滑動表面上的摩擦接觸面積,而且O形圈本身的抗拒能力原來就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趨向保持O形密封圈在其溝槽中靜止不動,因為靜摩擦大于滑動摩擦,而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑動表面的粗糙度。
  引起O形密封圈扭曲損傷的原因很多,其中最主要的是由于活塞、活塞桿和缸筒的間隙不均勻、偏心過大、O形密封圈斷面直徑不均勻等造成,由于造成O形密封圈在一周多受的摩擦力不均勻,O形密封圈的某些部分摩擦過大,發生扭曲。通常,斷面尺寸較小的O形密封圈,容易產生摩擦不均勻。造成扭曲(運動用O形密封圈比固定用O形密封圈的斷面直徑大就是這個道理。)
  另外,由于密封溝槽存在著同軸度偏差,密封高度不相等以及O形密封圈截面直徑不均勻等現象,可能使得O形密封圈的一部分壓縮過大,另一部分過小或不受壓縮。當溝槽存在偏心即同軸偏差大于O形密封圈的壓縮量時,密封會完全失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O形密封圈沿圓周壓縮不均。此外還有由于O形密封圈截面直徑、材質硬度、潤滑油膜厚度等的不均以及密封軸表面粗糙度等因素的影響,導致O形密封圈的一部分沿工作表面滑動,另一部分則發生滾動,從而造成O形密封圈的扭曲。運動用O形密封圈很容易因扭曲而損壞,這是密封裝置發生損壞和泄漏的重要原因。因此提高密封溝槽的加工精密度以及減小偏心是保證O形圈具有可靠的密封性和壽命的重要因素。
  安裝密封圈不應是它處于扭曲狀態。假如在安裝時就被扭曲,則扭曲損傷就會很快發生。在工作中,扭曲現象會將O形密封圈切斷,產生大量漏油,而且切斷的O形密封圈會混到液壓系統的其他部位,造成重大事故。
  為了防止O形密封圈的扭曲損傷,在設計時應注意以下幾點
  1)O形密封圈安裝溝槽的同心度大小,應從加工方便和不產生扭曲現象兩個方面來考慮。
  2)O形密封圈斷面尺寸應均勻,并且在每次安裝時都應在密封部位充分涂抹潤滑油或潤滑脂。有時也可以采用浸透潤滑油的氈圈式加油裝置。
  3)加大O形密封圈的截面直徑,動密封用O形密封圈的截面直徑一般應大于靜密封用O形圈;此外,O形圈應避免用作大直徑活塞的密封。
  4)在低壓下也產生O形密封圈扭曲損傷時,可使用密封圈保護擋圈。
  5)降低缸筒和活塞桿的表面粗糙度。
  6)采用低摩擦系數的材料制作O形密封圈。
  7)可用不易產生扭曲現象的密封圈代替O形密封圈。
  4、O形密封圈的磨粒磨損現象。
  當密封的間隙具有相對運動時,工作環境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞桿表面,并隨著活塞桿的往復運動與油膜一起被帶入缸內,成為侵入O形密封圈表面的磨粒,加速O形密封圈的磨損,以致其失去密封性。為了避免這種情況發生,在往復運動式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵
如何選擇O形密封圈
選擇O形密封圈,主要考慮下列各點:
1)O形密封圈的工作狀態:這是O形密封圈用于靜密封還是用于動密封,是滑動還是轉動。
2)機械的工作狀態:指機械處于聯系工作還是斷續工作,并應考慮每次斷續時間長短,是否有沖擊載荷作用在密封部位。
3)工作介質的情況:工作介質是液化還是氣體,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間出現的最大壓力等。
O形圈常用標準
O形圈中國國家標準
O形圈美國國家標準
O形圈日本國家標準
O形圈英國國家標準
O形圈法國國家標準
O形密封圈德國標準DIN 3771-1993
GB/T 5720-2008 O形橡膠密封圈試驗方法
JB/T 6658-2007 氣動用O形橡膠密封圈溝槽尺寸和公差
JB/ZQ 4224?97 O形橡膠密封圈尺寸系列
HG/T 2021-91耐高溫滑油O形橡膠密封圈材料
HG/T 2333-1992 真空用0形圈橡膠材料
HG/T 3089-2001 燃油用O形橡膠密封圈材料
HG/T 2579-2008 普通液壓系統用O形橡膠密封圈材料
ISO 3601-1-2002 流體動力系統.O型密封圈.第1部分內徑、橫截面、公差和尺寸識別編碼
ISO 3601-5-2002 流體動力系統.0型密封圈.第5部分工業用彈性材料的適宜性
GB3452.1-92:液壓氣動用 O形圈尺寸系列及公差。
GB3452.2-87:O形橡膠密封圈外觀質量檢驗標準。
GB3452.3:液壓氣動用 O形橡膠密封圈溝槽尺寸和設計計算準則。
HG/T2579-94:O形圈橡膠材料第一部分:用于普通液壓系統。
JISB2401-1991:O形圈規格。
O形圈的安裝方式
(1) O形圈應避免存放在陽光直射、潮濕及空氣不流通的地方,存放O形圈的適宜溫度為0-20度,適宜的空氣濕度為70%以上。另外,還應避免輻射、煙霧、昆蟲、嚙齒類生物、灰塵、砂粒、機械損傷等破壞。
(2) O形圈存放處必須距熱源1米以上,不允許同酸、堿、溶劑及油脂等液體、氣體接觸。存放時不允許使用任何產生臭氧的裝置。
(3)不允許受壓、拉伸或其他變形形式,不允許用細繩,鐵絲等將制品穿栓懸掛起來。
(4) O形圈一般用塑料袋裝,有效保管期為2-3 年。
    以上建議供客戶參考。做好O形圈的選擇,周邊條件方面的工作,對于提高O形圈的密封效果、延長其使用壽命、減少不必要的裝拆次數、減少停機時間、提高經濟效益具有重要的實際意義。





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