密封圈的設計

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1、 密封設計 防塵圈的設計 等高Y形圈的設計 不等高Y形圈的設計 V形圈的設計 蕾形圈、鼓形圈的設計 斯特封、格萊圈的設計 防塵圈的設計 z E 口6 2 r I 防塵圈的跟部尺寸寬度s x 防塵圈唇口過盈 產(chǎn)殆同度 公稱斷面W 4 5 7.5 10 跟部斷面S 3.5 4.3 6.5 8.7 過盈量 0.8 1 1.25 1.5 20% 20. 00% 16. 67% 15. 00% 產(chǎn)品高度 8 10 14 18  密封的分類 動密封 往復密封 迫緊密封（擠壓形密封） O形圈.鼓形圈.蕾形圈

2、.山形圈.D形圈.組合密封 I =11 |"=| 旋轉密封 唇形密封 旋轉油封 有骨架■無骨架油封,有簧.無簧油封，單盾.雙盾油封 機械密封 靜密封 O形圈.方形圈.組合墊片.金屬墊片 Sealing Process 密封原理 AP = P - P；I Sealing Process / 密封原理 For application where no leakage is allowed, a contact sealing element is used? 實際應用中，當不允許有 泄漏發(fā)生時，那么就必須 應用一個盛封索統(tǒng)。 Sealin

3、g Process / 密封原理 1 Uninstalled O-Ring / O型圈安裝前 2 O-Ring installed / O型圈安裝后 3 Installed O-Ring with pressure / O型圈安裝后受力狀況 Sealing Process / 密封原理 Dichtung f Seal I I | I Gegenf I II 丨 I Gegenflache i Opposing surface Stromungslinien Flow lines As a result of contacting loads, the

4、 elastic seal is pressed against the sealing surface / 密封件因受力 而貼緊密封表面，從而起到密封的效果 D廊 Finite Elements Analysis 有限元結構分析 Primary lip/主密封唇 EXAMPLE/ 舉例： (Radial stress distribution) 徑向壓力分配情況 Medium under essure / 受壓 介質 Profile under pressure loading /承受壓力狀態(tài) ? Y Seal is the same sealing

5、process as O-Ring / Y型圈的 密封原理與O型圈相同 ? Contact stress determined with FEA/Y型圈的內部壓力分 布情況 ? Zero leakage can only be done at ideal situation / 零泄 漏只可在理想狀態(tài)下實現(xiàn) 7/佟幾 -「宀 it ? a - *p ? ha 「5 月 12I “ 7/////a Druckabfall. StillSt6h&nd Stangs Pressure drop, siatlonary rod //////// 日附2 / Krei^ing^t

6、t Fig 21 C血曲r gap 兀d Ap h? 12 ni h — "/ V 7Z /〃〃/// Bew&flg $ngo in die Riehldvlg dfl DrtJCkablalls Rod nwvlng in Its direction of falling pressur-9 /////// = Q^ + €fi 〃//? V Ggwog 遇 Slangs enl- gegen der Rlchiung des Dr^cKatJfa^ls Rod moving against lhe pressuGdrop S

7、Ud 2.5 EintluO cter Gescliwindigkeit at// 伽 Lg詢gm eines K/gisri存gsp^M&s、 figure 2.5 (f)ftU8nce of vetoefty on fe^age flaw through a ciicular gap. 臨界油膜厚度喙希執(zhí)嚴 靜密封的密封機理 X靜密封是依靠封閉結合面間的間隙以實現(xiàn)密封作用，不需要考慮摩擦 與磨損。密封表面的泄漏是由密封圈的材料性質、配合表面的加工精 度、粗糙度和壓緊程度決定的。使用橡膠和軟金屬等類材料，用較小 的壓緊力就可以完全壓緊，從而阻止流體的泄漏；對于較硬的金屬墊 圈，有

8、時使用較大的壓緊力不能完全壓緊，以致密封性差，但如降低 表面粗糙度，增加表面真實接觸面積，用較小的壓緊力也可以改善密 封性能。 〉為使密封圈在流體壓力作用下保持密封，通常在設計時規(guī)定極限密封 比壓值5此極限密封比壓是指密封圈在流體壓力作用下仍能保持密封 可靠性時的比壓?？紤]到密封力與內壓力之間的定性關系（局部非線 性），實際使用時應該使初始密封力達到與極限比壓相當?shù)臉O限比壓以 上，使用時才較為安全。 畜封機理 X動密封的密封機理 動密封不能單純依靠封閉結合面間的間隙來實現(xiàn)密封，因為結合 面間的間隙密封得愈緊密，對偶表面相對運動時的摩擦阻力就愈 大，導致結合面發(fā)熱，影響潤滑油膜的形

9、成，使密封很快失效。 因此，對動密封作用機理的研究，集中在結合面間形成與保持潤 滑油膜的機理方面，這樣既可保持密封，又不致于有過大的摩擦 力。 常用密封件介紹 1. O型圈 2. O型圈密封機理 O形圈是一種典型的具有自密封作用得壓縮型密封件，主要作壓縮密封使用。O形圈安裝在溝槽和 被密封面之間，有一定的壓縮量，由此產(chǎn)生的反彈力給予被密封的光滑表而和溝槽底而以初始的壓縮 應力，從而起預密封作用（若O形圈無壓縮量，O形圈不與被密封而和溝槽底面緊密接觸，流體就可能 浸潤O形圈截而周邊而喪失任何密封作用）。當有內壓作用時，O形圈被推向溝槽另一側而擠壓成D形 ，并把壓力傳遞給接觸而。

10、內壓力越大，O形圈變形就越大，從而傳遞給接觸面的壓力就越大，密封 作用也越大。這種由流體壓力自動增強密封效果的作用，叫做自密封作用。 O型圈如果壓縮量太小，初始接觸壓力很小，最大接觸壓力也不會太大，則密封安全系數(shù)就很?。?如壓縮量過大，則O型圈可能加大壓縮應力松弛作用和永久變形量，反而影響O型圈的使用壽命，將 導致早期喪失彈性造成泄漏而失效。另外，對往復運動來說，壓縮量越大，摩擦力就越大，功率的損 失和密封面的磨損就越大。因此，各種密封方式選用合適得壓縮量至關重要。 3. 壓縮量計算 對氣動動密封壓縮量4?15%, —般驗算以9%計； 對液壓動密封壓縮量7~17%, —般驗算以13%計

11、； 對靜密封壓縮量11?20%, —般驗算以15%計。 ?常用密封件介紹 4. O形圈標準 O形圈目前有45、180兩種分模面。一般來講，45。分模面主要用于動密封，180用 于靜密封，PARKER不分。 在實際應用中常見標準及斷而尺寸 標準號 截面規(guī)格 備注 GB1235-76 1.9、2.4、3.1、3.5、5.7、&6 標注外徑 GB3452.1-82(92) 1.8、2.65、3.55、5.3、7.0 標注內徑 AS568A、Parker2-系列 1.78、2.62、3.53、5.33、6.99 標注內徑 JISB2401、Parker P、

12、G 系列 1.9、2.4、3.5、5.7、8.4 標注內徑 5. O形圈密封利弊 1） 結構簡單、安裝方便、價格低廉; 2） 用于動密封時安定性差； 3） 起動摩擦力大，有粘滯現(xiàn)象； ?用于旋轉時，由于焦耳效應對轉軸摩擦和磨損非常劇烈。 X 2?唇形密封 唇形密封圈是指將密封圈的受壓面制成唇形并具有壓力強 化密封作用的一類密封圈。結構形式有V、U、Y、L、J形 及各種特殊形狀。在材料上主要是橡膠、夾布橡膠、皮革、 聚四氟乙烯及金屬。唇形密封圈主要用于往復運動密封, 其中有些類型也可以用于低速旋轉密封或靜密封。 2.2密封機理 橡膠唇形密封圈的密封原理是依靠裝填

13、在密封腔體中的預 緊力，以其唇邊緊貼密封腔體表面，阻塞泄漏通道而獲得 密封效果。在介質壓力作用時，唇邊進一步貼緊密封腔體 表面從而增強阻塞泄漏通道的密封效果。 唇形密封圈具有比擠壓型密封更顯著的自密封作用。 x 2.1壓縮量計算（略） 2.2唇形密封標準（參見樣本） X 2.3 唇形密封利弊 x X X X X 1） 優(yōu)良的自密封作用，無論用于低壓或高壓，起密封 效率都很高；而且對磨損有一定的補償作用，不致過 快的泄漏； 2） 良好的形狀穩(wěn)定性和較低的摩擦阻力，在往復運動 中不易造成扭轉損害； 3） 在液壓系統(tǒng)中具有控制流體薄膜的特殊性質、潤滑 性良好； 4） 適合

14、做大直徑的往復運動密封件； 5） 采用橡膠/塑料（尼龍、聚甲醛、聚四氟乙烯等）復合 結構，可使這類密封圈具有很寬的耐壓范圍和較長的 工作壽命。 常見的密封圈損壞形式 影響密封性^邑的各種因素 ? ? ? $，?|3 X 酉己合表 的材料和粗糙度 ■與密封彳牛配合表面的材料和粗糙度在很大 程度上影響密封件的壽命及其密封功能 材料： RaO.1-1.6 u m *硬配合表面；鋼，表面鍍鋸的鋼，鑄鐵 ?軟配合表面：不銹鋼，有色金屬，銅 表面粗糙度 .?與加工方法有關，例:冷拔，車，磨，

15、玉行磨，滾壓 影響豁封片生脅邑的務種因素 ——縫隙寬度 注：由于縫隙寬度過大，或表面粗糙度造成根部咬傷。 影響密封4主負皂的務不中因素 ■ >? ?當密封件與滑動面的相對速度在0?lm/s至0. 5ni/s之間時，密封效果最好。 ■當逮度大于0- 5m/s吋，密封件因摩擦發(fā)熱，局部可能產(chǎn)生很高的溫度。 ■當速度小于0. 05m/s時，?摩擦力加大，特別在高溫情況下會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。其原因是密扌 在滑動面上做低速相對運動時，停止與滑動現(xiàn)象交替出現(xiàn)

16、。 ?在低速和高速工況下，推薦使用聚四氟乙烯(PTFE)密封件。 ? ? ? PTFE材料的摩擦茶數(shù)很小，無爬行現(xiàn)象，耐髙溫和低溫。 影響豁封“生生豈的 各干中 因 素 ? ? ? ? ? ——溫度 介質溫度利環(huán)境溫度在很大程度上決定密封材料的選擇。 ?「 i 對于密封件的功效和液壓油的穩(wěn)定性來說，最佳溫度范圍為+40度至+80度 ■ ■ ■隨溫度的升高，密封材料的塑性增加，形狀穩(wěn)定性降低,介質粘度變小，這一切導致密封 的磨損加劇。 —般來說，當溫度超過100度時，需要應用特別的材料，例如氟橡膠(FKM)或聚四就乙烯 (PTFE) o ■ ■密封材料在低

17、溫下硬度增加，彈性降低。當溫度低于-40度時，可應用耐低溫的丁膳膠 (NBR)材料。 : 影響海封性能白勺備神 ——工作壓力 ?系統(tǒng)壓力和油缸貢徑?jīng)Q定液壓缸壓力的大小，壓力是選擇密封 ■型號和材料時的首要考察參數(shù)。 1 目夭多數(shù)液壓缸的工作壓力在16Mpa到25Mp&之間。（普通油缸） ■礦山機械和重型工程機械上的液壓缸的工作壓力可達40Mp— ■特別在工程機械中，會出現(xiàn)短期的壓力峰值。該壓力峰值可達 到工作壓力的好幾倍，在選擇密封時要考慮這一點。 ?密封件的基本要求 通過對密封機理的分析，可以得出對密封件材料的基本要求： 1） 耐壓性（抗擠出性）； 2） 耐磨

18、性： 3） 耐溫性： 4） 髙彈性（自封性、隨動性）： 5） 低摩擦； 6） 耐介質性； 。耐壓性 密封件主要是依靠封閉結合而間的間隙以實現(xiàn)密封作用，不可避免地承受著密封壓力 對其向間隙擠岀的作用，英抵抗擠出的能力取決于材料本身的強度。其解決途徑有4種： 1） 減小密封間隙 2） 提高材料強度，如聚氨酯對丁睹橡膠； 3） 加裝擋圈; 4） 采用合理的幾何形狀 ?耐磨性 密封圈是通過于密封表而的緊密配合，利用密封廚的犁削作用將汕膜拭下而實現(xiàn)密封 的，改善密封件耐磨性的方法如下： 1） 提髙材料強度： 2） 設訃合適的唇口形式，控制唇口接觸寬度： 3） 改善密封表面的

19、加工質量：合理的粗糙度范U（粗糙度大于Ral.6u m時，摩擦系 數(shù)很大?粗糙度小于Radium時，難以保持潤滑油膜，摩擦系數(shù)反而增大）.合 理的加工方式： 。隨動性 隨動性主要表現(xiàn)在動密封的過程中，由于存在加工及受力作用等因素的影響，密封表 而的移動軌跡會呈現(xiàn)非直線性，其密封間隙會忽大忽小，若密封件不能隨機進行補償?shù)脑? 將會造成泄漏。密封件的隨動性可以依靠英本身的彈性來實現(xiàn)，但也可通過采用合理的截 而形狀來改善其跟隨性 ?其他參見材料部分 ?小結 解決機械產(chǎn)品泄漏的基本方法有以下5種： 1） 減小密封部位內外壓差； 2） 在密封配合面保持一層潤滑膜； 3） 消除引起泄漏的流體流動原因； 4） 增加泄漏部位流體流動阻力； 5） 將泄漏的流體引向無害的方向或使之流回貯槽。 通過如上分析，得出對密封件的基本要求如下： 1） 在一定的流速、壓力和溫度范圍內具有良好的密封性能和耐介質性能； 2） 對于動密封，要求摩擦阻力及摩擦系數(shù)小，且穩(wěn)定； 3） 工作壽命長，在工作過程中磨損少；磨損后，在一定程度上能自動補償其磨損量。