密封圈的設(shè)計(jì)

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1、 密封設(shè)計(jì) 防塵圈的設(shè)計(jì) 等高Y形圈的設(shè)計(jì) 不等高Y形圈的設(shè)計(jì) V形圈的設(shè)計(jì) 蕾形圈、鼓形圈的設(shè)計(jì) 斯特封、格萊圈的設(shè)計(jì) 防塵圈的設(shè)計(jì) 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(fù)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(zhuǎn)密封 唇形密封 旋轉(zhuǎn)油封 有骨架■無骨架油封,有簧.無簧油封，單盾.雙盾油封 機(jī)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(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)不允許有 泄漏發(fā)生時(shí)，那么就必須 應(yīng)用一個(gè)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(jié)構(gòu)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(zhì) 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(nèi)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(shí)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(yán) 靜密封的密封機(jī)理 X靜密封是依靠封閉結(jié)合面間的間隙以實(shí)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(zhì)、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(shí)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(shí)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(shè)計(jì)時(shí)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(shí)的比壓?？紤]到密封力與內(nèi)壓力之間的定性關(guān)系（局部非線 性），實(shí)際使用時(shí)應(yīng)該使初始密封力達(dá)到與極限比壓相當(dāng)?shù)臉O限比壓以 上，使用時(shí)才較為安全。 畜封機(jī)理 X動密封的密封機(jī)理 動密封不能單純依靠封閉結(jié)合面間的間隙來實(shí)現(xiàn)密封，因?yàn)榻Y(jié)合 面間的間隙密封得愈緊密，對偶表面相對運(yùn)動時(shí)的摩擦阻力就愈 大，導(dǎo)致結(jié)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(jī)理的研究，集中在結(jié)合面間形成與保持潤 滑油膜的機(jī)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(jī)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(yīng)力，從而起預(yù)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(dāng)有內(nèi)壓作用時(shí)，O形圈被推向溝槽另一側(cè)而擠壓成D形 ，并把壓力傳遞給接觸而。

10、內(nèi)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(qiáng)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(yīng)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(dǎo)致早期喪失彈性造成泄漏而失效。另外，對往復(fù)運(yùn)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(guān)重要。 3. 壓縮量計(jì)算 對氣動動密封壓縮量4?15%, —般驗(yàn)算以9%計(jì)； 對液壓動密封壓縮量7~17%, —般驗(yàn)算以13%計(jì)

11、； 對靜密封壓縮量11?20%, —般驗(yàn)算以15%計(jì)。 ?常用密封件介紹 4. O形圈標(biāo)準(zhǔn) 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(shí)際應(yīng)用中常見標(biāo)準(zhǔn)及斷而尺寸 標(biāo)準(zhǔn)號 截面規(guī)格 備注 GB1235-76 1.9、2.4、3.1、3.5、5.7、&6 標(biāo)注外徑 GB3452.1-82(92) 1.8、2.65、3.55、5.3、7.0 標(biāo)注內(nèi)徑 AS568A、Parker2-系列 1.78、2.62、3.53、5.33、6.99 標(biāo)注內(nèi)徑 JISB2401、Parker P、

12、G 系列 1.9、2.4、3.5、5.7、8.4 標(biāo)注內(nèi)徑 5. O形圈密封利弊 1） 結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價(jià)格低廉; 2） 用于動密封時(shí)安定性差； 3） 起動摩擦力大，有粘滯現(xiàn)象； ?用于旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于焦耳效應(yīng)對轉(zhuǎn)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(qiáng) 化密封作用的一類密封圈。結(jié)構(gòu)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(fù)運(yùn)動密封, 其中有些類型也可以用于低速旋轉(zhuǎn)密封或靜密封。 2.2密封機(jī)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(yù) 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(zhì)壓力作用時(shí)，唇邊進(jìn)一步貼緊密封腔體 表面從而增強(qiáng)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(jì)算（略） 2.2唇形密封標(biāo)準(zhǔn)（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(bǔ)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(fù)運(yùn)動 中不易造成扭轉(zhuǎn)損害； 3） 在液壓系統(tǒng)中具有控制流體薄膜的特殊性質(zhì)、潤滑 性良好； 4） 適合

14、做大直徑的往復(fù)運(yùn)動密封件； 5） 采用橡膠/塑料（尼龍、聚甲醛、聚四氟乙烯等）復(fù)合 結(jié)構(gòu)，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(guān)，例:冷拔，車，磨，

15、玉行磨，滾壓 影響豁封片生脅邑的務(wù)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(fù)皂的務(wù)不中因素 ■ >? ?當(dāng)密封件與滑動面的相對速度在0?lm/s至0. 5ni/s之間時(shí)，密封效果最好。 ■當(dāng)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(dāng)速度小于0. 05m/s時(shí)，?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(yùn)動時(shí)，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(zhì)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(zhì)粘度變小，這一切導(dǎo)致密封 的磨損加劇。 —般來說，當(dāng)溫度超過100度時(shí)，需要應(yīng)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(dāng)溫度低于-40度時(shí)，可應(yīng)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(shí)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(jī)械和重型工程機(jī)械上的液壓缸的工作壓力可達(dá)40Mp— ■特別在工程機(jī)械中，會出現(xiàn)短期的壓力峰值。該壓力峰值可達(dá) 到工作壓力的好幾倍，在選擇密封時(shí)要考慮這一點(diǎn)。 ?密封件的基本要求 通過對密封機(jī)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(zhì)性； 。耐壓性 密封件主要是依靠封閉結(jié)合而間的間隙以實(shí)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(qiáng)度。其解決途徑有4種： 1） 減小密封間隙 2） 提高材料強(qiáng)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(shí)現(xiàn)密封 的，改善密封件耐磨性的方法如下： 1） 提髙材料強(qiáng)度： 2） 設(shè)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(zhì)量：合理的粗糙度范U（粗糙度大于Ral.6u m時(shí)，摩擦系 數(shù)很大?粗糙度小于Radium時(shí)，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(jī)進(jìn)行補(bǔ)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(shí)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(jié) 解決機(jī)械產(chǎn)品泄漏的基本方法有以下5種： 1） 減小密封部位內(nèi)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(nèi)具有良好的密封性能和耐介質(zhì)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(bǔ)償其磨損量。