O型密封圈压缩量.docx
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O型密封圈压缩量
影响密封性能的其它因素
1）O形圈的硬度
O形圈材料硬度是评定密封性能最重要的指标。
硬度决定了O形圈的压缩量和沟槽最大允许挤出间隙。
由于邵氏A70的丁晴密封都能满足大部分的使用条件，故对密封材料不作特殊说明，一般提供邵氏A70的丁晴橡胶。
2）挤出间隙
最大允许挤出间隙gmax和系统压力、O形圈截面直径以及和材料的硬度有关。
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形圈被挤出损坏。
最大允许挤出间隙gmax
压力MPa O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 0.04
注：
1、当压力超过5MPa时，建议使用挡圈；
2、对静密封应用场合，推荐配合为H7/g6。
3）压缩永久变形
评定O形圈密封性能的另一指标，即该材料的压缩永久变形。
在压力作用下，作为弹性元件的O形圈，产生弹性变形，随着压力增大，会出现永久的塑性变形。
压缩永久变形d可由下式确定：
式中：
b0-原始厚度（截面直径W），b1-压缩状态下的厚度，b2-释放后的厚度
通常，为防止出现永久的塑性变形，O形圈允许的最大压缩量在静密封中约为30％，在动密封中约为20％。
4）预压缩量
O形圈安装在沟槽里，为保证其密封性能，应预留一个初始压缩量。
对于不同的应用场合，相对于截面直径W的预压缩量也不同。
通常，在静密封中约为15％～30％，而在动密封中约为9％～25％。
具体可参照下面图表进行选择。
5）拉伸与压缩
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少，因为拉伸1％相应地使截面直径W减少约为0.5％。
对于孔用密封，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％。
6）O形圈用作旋转轴密封
O形圈也可用作低速旋转运动及运行周期较短的旋转轴密封。
当圆周速度低于0.5m/s时，须考虑拉长的橡胶圈受热后会收缩这一现象，故选择密封圈时其内径要比被它密封的轴径约大2％。
密封圈安装在沟槽后，导致密封圈受到径向压缩，O形圈圈在沟槽中形成微量波纹状，从而改善了润滑条件。
沟槽尺寸设定方法
压缩率的设定使用范围：
6～30%
E（%）：
压缩率
σ（mm）：
压缩余量（=W-H）
W（mm）：
O型圈载径
H（mm）：
沟槽深度
充填率的设定使用范围：
max90%、中央值75%（设计的目标值）
n（%）：
充填率
G（mm）：
沟槽宽
W（mm）：
O型圈载径
H（mm）：
沟槽深度
安装建议:
◇基本要求：
在安装O型圈之前，检查以下各项：
引入角是否按图纸加工？
内径是否去除毛刺？
锐边是否倒圆？
加工残余，如碎屑、脏物、外来颗粒等，是否已去除？
螺纹尖端是否已遮盖？
密封件和零件是否已涂润滑脂或润滑油?
（要保证与弹性体的介质相容性。
推为用所密封的流体来润滑。
）
不得使用含固体添加剂的润滑脂，如二硫化钼，硫化锌。
◇手工安装：
使用无锐边的工具；
保证O型圈不扭曲，使用辅助工具保证正确定位；
尽量使用安装辅助工具；
不得过量拉伸O型圈；
对于用密封条粘接成的O型圈，不得在连接处拉伸。
◇安装过螺纹、花键等：
当O型圈拉伸后，要通过螺纹、花键、键槽等时，必须使用安装心轴。
该心轴可以用较软的金属或塑料制成，并不得有毛刺和锐边。
自动话安装：
自动化安装O型圈要求有充分的准备。
通常对O型圈的表面有集中方法来处理，以减小安装磨擦力小、防止粘连，容易分理。
对于那些尺寸不稳定的零件的处理与安装，需要丰富的经验。
要获得可靠的自动化装配，需要对O型圈进行特别的操作和包装.
压缩率:
O型圈在沟槽中的初始变形（挤压量）对其密封作用是必要的：
１、获得初始密封接触应力
２、补偿产品公差（在间隙配合中连接二者）
３、保证一定的摩擦力；
４、补偿永久压缩变形（损失）；
５、补偿磨损。
对于不同的应用，下面列出了其初始变形量与截面直径（d2）的比例
动密封应用：
6%-20%
静密封应用：
15%-30%
在设计时，可根据图1-5和图1-6中推荐的初始压缩变形量来设计沟槽尺寸：
以上二图中的初始压缩变形量是根据ISO3601-2标准，考虑了负载与截面直径的关系后制成的。
由于初始变化的程度不同，以及密封材料的硬度不同，O型圈的压缩压力的大小也有所不同。
图1-7显示了O型圈圆周每厘米长度上所承受的压缩力的大小。
该图可用于估计静密封应用时O型圈的总的压缩力的大小。
拉伸与压缩是O型圈在沟槽中安装的两种形态。
在径向密封的结构配置中，O型圈装在内沟槽中（作为“外圆密封”），O型圈必须受到拉伸，且其内径拉伸后大于沟槽的外径。
在安装后的状态，O型圈的最大伸长量应该为3%（内径＞50mm）或5%（内径＜５０mm）．
当Ｏ型圈装在外沟槽中（作为“内圆密封”），Ｏ型圈沿圆周长方向被压缩。
在安装后的状态，其最大周长压缩量为１％。
若超过以上拉伸或压缩量，会导致Ｏ型圈截面尺寸的过度增加或减少，这会影响Ｏ型圈的工作寿命。
Ｏ型圈沿周长方向拉伸１％，会导致其截面尺寸缩小０.５％。
技术参数:
O型圈可以广泛应用在各种环境。
环境的温度、压力、速度和介质决定了密封材料的选择。
为了正确地评估O型圈是否对某种具体应用适用，我们必须对所有的工作参数及其相互影响予以考虑：
◇工作压力
静密封
内径大于50mm的O型圈在5Mpa以下工作时，不需要挡圈；内径小于50mm的O型圈在10Mpa以下工作时，不需要挡圈；（与材料硬度、载面尺寸、间隙有关系）40Mpa以下，必须使用挡圈；50Mpa以内，使用特殊的挡圈。
注意最大许可间隙。
动密封
压力小于5Mpa的往复运动，不需要使用档圈；
大于5Mpa，必须使用档圈。
◇速度（与材料、应用有关）
往复运动速度最大0.5m/s；
旋转运动速度最大0.5m/s；
◇温度
－60℃至+325℃（与材料种类和介质相容性有关）在评估时，极端温度和连续工作温度都要予以考虑。
对于动密封，由于摩擦生热造成的温度升高，要特别注意。
◇介质
由于有着许多不同特性的密封材料可供选择，德克的密封件可满足几乎所有液体、气体和各种化学介质的使用要求。
沟槽设计
◇导入倒角
正确的沟槽设计可以从一开始就消除可能的损伤和密封失效。
由于O型圈安装时受挤压，所以设计O型圈导入过程中接触的零件时，必须要有规定倒角和倒圆。
倒角最小长度Z，作为与O型圈截面直径相关的函数，列于下表中：
表1-1导入倒角
导入倒角最小长度（Zmin）
O型圈截面直径
d2
15°
20°
2.5
1.5
≤1.78
3.0
2.0
≤2.62
3.5
2.5
≤3.53
4.5
3.5
≤5.33
5.0
4.0
≤6.99
6.0
4.5
>6.99
到如倒角的表面粗糙度为：
Rz≤4.0mm，Ra≤0.8mm
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表面粗糙度
在压力作用下，弹性体将贴紧不规则的密封表面。
对气体或液体密封的紧配合静密封，被密封表面应满足一些基本的要求。
密封表面上不得开槽、创痕、凹坑、同心或螺旋状的加工痕迹。
对于动密封，配合面的粗糙度要求更高。
按照DIN4768/1T和ISO1302标准中对表面粗糙度的定意，我司对沟槽各个表面的粗糙度要求推荐为如下表：
表1-2沟槽表面粗糙推荐值：
负载类型
表面
表面粗糙um接触区域如>50%
Ra
Rmax
动密封
配合面
0.1-0.4
1.6
沟槽槽底、槽侧面
1.6
6.3
导入面
3.2
12.5
静密封
配合表面
压力脉动
0.8
6.3
压力恒定
1.6
6.3
沟槽槽底、槽侧面
压力脉动
1.6
6.3
压力恒定
3.2
12.5
导入面
3.2
12.5
端面密封沟槽设计建议（轴向）
O型圈在轴向发生变形。
在压力作用下，O型圈会产生径向运动，所以要注意压力的方向。
若压力来自内侧，则O型圈的外径应该与沟槽的外径接触（其周长压缩１％到３％），如图１-10。
若压力来自外侧，则O型圈的内径应该与沟槽的内径接触，最大允许拉伸３％，如图１-11。
表1-5矩形沟槽尺寸-轴向压缩。
d2
h+0.10
b+0.20
r1
r2
1.50
1.10
1.90
0.2-0.4
1.80
1.30
2.40
2.00
1.50
2.60
2.50
2.00
3.20
2.65
2.10
3.60
3.00
2.30
3.90
0.4-0.8
0.2-0.4
3.55
2.80
4.80
4.00
3.25
5.20
5.00
4.00
6.50
5.53
4.35
7.20
6.00
5.00
7.80
7.00
5.75
9.60
0.8-1.2
8.00
6.80
10.40
9.00
7.70
11.70
10.00
8.70
13.00
12.00
10.60
15.60
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工业用静密封沟槽设计建议（径向）
表1-6静密封沟槽尺寸-径向压缩：
图1-12O型圈的尺寸
d2
t
b+0.20
z
r1
r2
1.50
1.10
1.90
1.5
0.2-0.4
1.80
1.40
2.40
1.5
2.00
1.50
2.60
1.5
2.50
2.00
3.20
1.5
2.65
2.20
3.60
2.0
3.00
2.30
3.90
2.0
0.4-0.8
0.1-0.3
3.55
2.90
4.80
2.0
4.00
3.25
5.20
3.0
5.00
4.10
6.50
3.0
5.30
4.50
7.20
3.0
6.00
5.00
7.80
3.6
7.00
5.90
9.60
4.0
0.8-1.2
8.00
6.80
10.40
4.5
9.00
7.70
11.70
4.5
10.00
8.70
13.00
4.5
12.00
10.60
15.60
4.5
注:
t的公差取决于d3h9+d4H8或d517+d6H9
工业用往复运动密封沟槽设计建议:
表1-7液压动密封沟槽尺寸-径向压缩:
d2
t
b+0.2
z
r1
r2
1.50
1.30
1.90
1.5
0.2-0.4
0.1-0.3
1.80
1.45
2.40
1.5
2.00
1.70
2.60
1.5
2.50
2.10
3.30
1.5
2.65
2.20
3.60
1.5
3.00
2.60
3.90
1.8
0.4-0.8
3.55
3.05
4.80
1.8
4.00
3.50
5.30
1.8
5.00
4.45
6.70
2.7
5.35
4.65
7.10
2.7
6.00
5.40
8.00
3.6
7.00
6.20
9.50
3.6
表1-8气动动密封沟槽尺寸-径向压缩:
d2
t
b+2.0
z
r1
r2
1.8
1.55
2.30
1.5
0.2-0.4
0.1-0.3
2.65
2.35
3.10
1.5
3.55
3.15
4.20
1.8
0.4-1.20
5.30
4.85
6.40
2.7
73.00
6.40
8.40
3.6
表1-9O型圈挤出极限（公制,mm）
O型圈截面直径d2
≤2
2-3
3-5
5-7
>7
70邵氏硬度（A）的O型圈
压力（Mpa）
径向间隙（S）
≤3.50
0.08
0.09
0.10
0.13
0.15
≤7.00
0.05
0.07
0.08
0.09
0.10
≤10.5
0.03
0.04
0.05
0.07
0.08
90邵氏硬度（A）的O型圈
压力（Mpa）
径向间隙（S）
≤3.50
0.13
0.15
0.20
0.23
0.25
≤7.00
0.10
0.13
0.15
0.18
0.20
≤10.5
0.07
0.09
0.10
0.13
0.15
≤14.0
0.05
0.07
0.08
0.09
0.10
≤17.5
0.04
0.05
0.07
0.08
0.09
≤21.0
0.03
0.04
0.05
0.07
0.08
≤35.0
0.02
0.03
0.03
0.04
0.04
O型圈挤出极限与间隙:
O型圈在沟槽中受介质压力作用下，会发生变形，“流”向间隙位置，达到密封效果。
也就是说，随着压力的增加，O型圈发生更大的变形，其应力也增加，获得更紧的密封。
在O型圈承受高压的情况下，会被挤入到间隙中，造成密封失效。
建议使用高硬度抗挤出的挡圈
，如聚四氟已烯或硬的橡胶材料。
在静密封的应用中，可以通过修改沟槽设计来达到不使用挡圈即可承受更高的压力。
设计时我们应该注意使间隙尽可能小。
挤出极限的大小取决于O型圈的硬度、工作压力及沟槽间隙大小。
O型圈沟槽的径向间隙必须保持在表１－９中给出的最大径向间隙范围内。
若公差太大，会导致O型圈从间隙挤出（如图１－１７）。
允许的被密封元件之间的径向间隙S取决于系统压力、O型圈截面直径和O型圈的硬度。
表１－９所推荐为的最大径向间隙值S是O型圈截面直径和硬度的涵数。
除聚胺酯和FEP封装O型圈外，表１－９可应用于其它所有橡胶材料O型圈。
对压力大于5Mpa且O型圈内径大于50mm；以及压力大于10Mpa且内径小于50mm；我们推荐使用挡圈。
值得注意是，表格１-９中的数值基于以下假设：
各零件完全同心，且受到压力作用不发生膨胀。
若实际情况与该假设不符，则该间隙值应该更小！
对于静密封，我们推荐使用８/g7的公差配合。
聚胺酯材料O型圈由于具备优异的抗挤出能力和较好的尺寸稳定性，可以采用较大的间隙。
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