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关于O型密封圈的沟槽设计

O型密封圈的密封沟槽设计包括确定沟槽的形状、尺寸、精度和表面粗糙等,对动密封,还有确定相对运动间隙。

沟槽设计原则是:加工容易,尺寸合理,精度容易保证,装拆较为方便。


1.沟槽形状

矩形沟槽是液压气动用O型密封圈使用最多的沟槽形状。这种沟槽的优点是加工容易,便于保证O型密封圈具有必要的压缩量。除矩形沟槽外,还有V形、半圆形、燕尾形和三角形等型式的沟槽。


三角形沟槽截面形状是以M为直角边的等边直角三角形。截面积大约为O型密封圈截面面积的1.05~1.10倍。三角形沟槽式密封装置在英国、美国、日本等国家均有应用。设计的原则是O型密封圈内径的公称尺寸相等。


密封沟槽即可开在轴上,也可开在孔上;轴向密封则沟槽开在平面上。


2.槽宽的设计


密封沟槽的尺寸参数取决于O型密封圈的尺寸参数。


沟槽尺寸可按体积计算,通常要求矩形沟槽的尺寸比O型密封圈的体积大15%左右。这是因为:


a.O型密封圈装入沟槽后,承受3%~30%的压缩,而橡胶材料本身是不可压缩的,所以应有容纳O型密封圈变形部分的空间。


b.处于油液中的O型密封圈,除了存在由于油液的浸泡而可能引起的橡胶材料的膨胀外,还有可能存在随着液体工作温度的增高,而引起橡胶材料的膨胀现象。所以沟槽必须留有一定的余量。


c.在运动状态下,能适应O型密封圈可能产生的轻微的滚动现象。一般认为,装配后的O型密封圈与槽壁之间留有适当的间隙是必要的。但是这个间隙不能过大,否则在交变压力的作用下就会变成有害的“游隙”,而增加O型密封圈的磨损。


槽不宜太窄,如果O型密封圈截面填满了槽的截面,那么运动时的摩擦阻力将会特别大,O型密封圈无法滚动,同时引起严重的磨损。槽也不宜过宽,因为槽过宽时O型密封圈的游动范围很大,也容易磨损。特别是静密封时,如果工作压力是脉动的,那么静密封就不会静,它将在不适宜的宽槽内以同样的脉动频率游动,出现异常磨损,使O型密封圈很快失效。


O型密封圈的截面面积至少应占矩形槽截面面积的85%,槽宽必须大于O型密封圈压缩变形后的最大直径。在许多场合下保证取槽宽为O型密封圈截面直径的1.1~1.5倍。当内压很高时,就必须使用挡圈,这时槽宽也应相应加大。


工作方式不同,径向密封或轴向密封,动密封或静密封,液压密封或气动密封,密封沟槽尺寸不同。我国O型密封圈密封圈与密封沟槽尺寸系列根据国家标准GB/T3452.3—1988),也可根据对根据对密封圈压缩量与拉伸量的要求计算设计沟槽尺寸。


3.槽深的设计


沟槽的深度主要取决于O型密封圈所要求的压缩率,沟槽的深度加上间隙,至少必须小于自由状态下的O型密封圈截面直径,以保证密封所需的O型密封圈压缩的变形量。


O型密封圈压缩变形量由O型密封圈内径处的压缩变形量δ’ 和外径处的压缩变形量δ’’ 组成,即 δ=δ’+δ’’。

当δ’=δ’’时,O型密封圈的截面中心与槽的截面中心重合,两中心圆的圆周相等,说明O型密封圈安装时未受到拉伸。

如果δ’>δ’’,则O型密封圈截面中心圆的周长小于槽中心圆的周长,说明O型密封圈以拉伸状态装在槽内。

若δ’<δ’’,则O型密封圈截面中心圆的周长大于槽的截面中心圆周长,此时,O型密封圈受周向压缩,拆卸时,O型密封圈会出现弹跳现象。


设计槽深时,应首先确定O型密封圈的使用方式,然后再去选定合理的压缩变形率。


4.槽口及槽底圆角的设计


沟槽的外边口处的圆角是为了防止O型密封圈装配时刮伤而设计的。它一般采用较小的圆角半径,即r=0.1~0.2mm。这样可以避免该处形成锋利的刃口,O型密封圈也不敢发生间隙挤出,并能使挡圈安放稳定。


沟槽槽底的圆角主要是为了避免该处产生应力集中设计的。圆角半径的取值,动密封沟槽可取R=0.3~1mm,静密封沟槽可取其O型密封圈截面直径的一半,即R=d/2。


5.间隙


往复运动的活塞与缸壁之间必须有间隙,其大小与介质工作压力和O型密封圈材料的硬度有关。间隙太小,制造、加工困难;间隙太大,O型密封圈会被挤入间隙而损坏。一般内压越大,间隙越小;O型密封圈材料硬度越大,间隙可放大。当间隙值在曲线的左下方时,将不发生间隙咬伤即“挤出”现象。


间隙的给定数值与零件的制造精度有很大关系。


6.槽壁粗糙度


密封沟槽的表面粗糙度,直接影响着O型密封圈的密封性和沟槽的工艺性。静密封用O型密封圈工作过程中不运动,所以槽壁的粗糙度用Ra=6.3~3.2μm,对于往复运动用O型密封圈,因常在槽内滚动,槽壁与槽底的粗糙程度应到低一些,要求在Ra=1.60μm以下。旋转运动用的O型密封圈一般在沟槽内是静止的,要求轴的粗糙度Ra=0.40μm或者抛光。


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