密封圈的设计

密封设计防尘圈的设计等高Y形圈的设计不等高Y形圈的设计V形圈的设计蕾形圈、鼓形圈的设计斯特封、格莱圈的设计防尘圈的设计防尘圈的跟部尺寸宽度S防尘圈唇口过盈产品高度公称断面w457.510跟部断面s3.54.36.58.7过盈量0.811.251.520%20.00%16.67%15.00%产品高度8101418密封的分类动密封往复密封旋转密封静密封O形圈、方形圈、组合垫片、金属垫片迫紧密封(挤压形密封)O形圈、鼓形圈、蕾形圈、山形圈、D形圈、组合密封唇形密封Y形圈、V形圈旋转油封有骨架、无骨架油封，有簧、无簧油封，单唇、双唇油封机械密封SealingProcess密封原理SealingProcess/密封原理Forapplicationwherenoleakageisallowed,acontactsealingelementisused.实际应用中，当不允许有泄漏发生时，那么就必须应用一个密封系统。SealingProcess/密封原理1UninstalledO-Ring/O型圈安装前2O-Ringinstalled/O型圈安装后3InstalledO-Ringwithpressure/O型圈安装后受力状况SealingProcess/密封原理Asaresultofcontactingloads,theelasticsealispressedagainstthesealingsurface/密封件因受力而贴紧密封表面，从而起到密封的效果Profileunderpressureloading/承受压力状态(Radialstressdistribution)径向压力分配情况Mediumunderpressure/受压介质Primarylip/主密封唇EXAMPLE/举例:R&D/研发FiniteElementsAnalysis有限元结构分析SealingProcess/密封原理•YSealisthesamesealingprocessasO-Ring/Y型圈的密封原理与O型圈相同•ContactstressdeterminedwithFEA/Y型圈的内部压力分布情况•Zeroleakagecanonlybedoneatidealsituation/零泄漏只可在理想状态下实现临界油膜厚度h0=[8ηv]0.59dp/dxmax静密封的密封机理静密封是依靠封闭结合面间的间隙以实现密封作用，不需要考虑摩擦与磨损。密封表面的泄漏是由密封圈的材料性质、配合表面的加工精度、粗糙度和压紧程度决定的。使用橡胶和软金属等类材料，用较小的压紧力就可以完全压紧，从而阻止流体的泄漏；对于较硬的金属垫圈，有时使用较大的压紧力不能完全压紧，以致密封性差，但如降低表面粗糙度，增加表面真实接触面积，用较小的压紧力也可以改善密封性能。为使密封圈在流体压力作用下保持密封，通常在设计时规定极限密封比压值，此极限密封比压是指密封圈在流体压力作用下仍能保持密封可靠性时的比压。考虑到密封力与内压力之间的定性关系(局部非线性)，实际使用时应该使初始密封力达到与极限比压相当的极限比压以上，使用时才较为安全。3、密封机理动密封的密封机理动密封不能单纯依靠封闭结合面间的间隙来实现密封，因为结合面间的间隙密封得愈紧密，对偶表面相对运动时的摩擦阻力就愈大，导致结合面发热，影响润滑油膜的形成，使密封很快失效。因此，对动密封作用机理的研究，集中在结合面间形成与保持润滑油膜的机理方面，这样既可保持密封，又不致于有过大的摩擦力。常用密封件介绍1.O型圈2.O型圈密封机理O形圈是一种典型的具有自密封作用得压缩型密封件，主要作压缩密封使用。O形圈安装在沟槽和被密封面之间，有一定的压缩量，由此产生的反弹力给予被密封的光滑表面和沟槽底面以初始的压缩应力，从而起预密封作用(若O形圈无压缩量，O形圈不与被密封面和沟槽底面紧密接触，流体就可能浸润O形圈截面周边而丧失任何密封作用)。当有内压作用时，O形圈被推向沟槽另一侧而挤压成D形，并把压力传递给接触面。内压力越大，O形圈变形就越大，从而传递给接触面的压力就越大，密封作用也越大。这种由流体压力自动增强密封效果的作用，叫做自密封作用。O型圈如果压缩量太小，初始接触压力很小，最大接触压力也不会太大，则密封安全系数就很小；如压缩量过大，则O型圈可能加大压缩应力松弛作用和永久变形量，反而影响O型圈的使用寿命，将导致早期丧失弹性造成泄漏而失效。另外，对往复运动来说，压缩量越大，摩擦力就越大，功率的损失和密封面的磨损就越大。因此，各种密封方式选用合适得压缩量至关重要。3.压缩量计算对气动动密封压缩量4~15%，一般验算以9%计；对液压动密封压缩量7~17%，一般验算以13%计；对静密封压缩量11~20%，一般验算以15%计。1常用密封件介绍4.O形圈标准O形圈目前有45°、180°两种分模面。一般来讲，45°分模面主要用于动密封，180°用于静密封，PARKER不分。在实际应用中常见标准及断面尺寸标准号截面规格备注GB1235-761.9、2.4、3.1、3.5、5.7、8.6标注外径GB3452.1-82(92)1.8、2.65、3.55、5.3、7.0标注内径AS568A、Parker2-系列1.78、2.62、3.53、5.33、6.99标注内径JISB2401、ParkerP、G系列1.9、2.4、3.5、5.7、8.4标注内径5.O形圈密封利弊1)结构简单、安装方便、价格低廉；2)用于动密封时安定性差；3)起动摩擦力大，有粘滞现象；用于旋转时，由于焦耳效应对转轴摩擦和磨损非常剧烈。2.唇形密封唇形密封圈是指将密封圈的受压面制成唇形并具有压力强化密封作用的一类密封圈。结构形式有V、U、Y、L、J形及各种特殊形状。在材料上主要是橡胶、夹布橡胶、皮革、聚四氟乙烯及金属。唇形密封圈主要用于往复运动密封，其中有些类型也可以用于低速旋转密封或静密封。2.2密封机理橡胶唇形密封圈的密封原理是依靠装填在密封腔体中的预紧力，以其唇边紧贴密封腔体表面，阻塞泄漏通道而获得密封效果。在介质压力作用时，唇边进一步贴紧密封腔体表面从而增强阻塞泄漏通道的密封效果。唇形密封圈具有比挤压型密封更显著的自密封作用。2.1压缩量计算(略)2.2唇形密封标准(参见样本)2.3唇形密封利弊1)优良的自密封作用，无论用于低压或高压，起密封效率都很高；而且对磨损有一定的补偿作用，不致过快的泄漏；2)良好的形状稳定性和较低的摩擦阻力，在往复运动中不易造成扭转损害；3)在液压系统中具有控制流体薄膜的特殊性质、润滑性良好；4)适合做大直径的往复运动密封件；5)采用橡胶/塑料(尼龙、聚甲醛、聚四氟乙烯等)复合结构，可使这类密封圈具有很宽的耐压范围和较长的工作寿命。常见的密封圈损坏形式Ra0.1~1.6μm密封件的基本要求通过对密封机理的分析，可以得出对密封件材料的基本要求：1)耐压性(抗挤出性)；2)耐磨性；3)耐温性；4)高弹性(自封性、随动性)；5)低摩擦；6)耐介质性；耐压性密封件主要是依靠封闭结合面间的间隙以实现密封作用，不可避免地承受着密封压力对其向间隙挤出的作用，其抵抗挤出的能力取决于材料本身的强度。其解决途径有4种：1)减小密封间隙2)提高材料强度，如聚氨酯对丁腈橡胶；3)加装挡圈；4)采用合理的几何形状耐磨性密封圈是通过于密封表面的紧密配合，利用密封唇的犁削作用将油膜拭下而实现密封的，改善密封件耐磨性的方法如下：1)提高材料强度；2)设计合适的唇口形式，控制唇口接触宽度；3)改善密封表面的加工质量：合理的粗糙度范围(粗糙度大于Ra1.6μm时，摩擦系数很大，粗糙度小于Ra0.1μm时，难以保持润滑油膜，摩擦系数反而增大)、合理的加工方式；随动性随动性主要表现在动密封的过程中，由于存在加工及受力作用等因素的影响，密封表面的移动轨迹会呈现非直线性，其密封间隙会忽大忽小，若密封件不能随机进行补偿的话，将会造成泄漏。密封件的随动性可以依靠其本身的弹性来实现，但也可通过采用合理的截面形状来改善其跟随性其他参见材料部分小结解决机械产品泄漏的基本方法有以下5种：1)减小密封部位内外压差；2)在密封配合面保持一层润滑膜；3)消除引起泄漏的流体流动原因；4)增加泄漏部位流体流动阻力；5)将泄漏的流体引向无害的方向或使之流回贮槽。通过如上分析，得出对密封件的基本要求如下：1)在一定的流速、压力和温度范围内具有良好的密封性能和耐介质性能；2)对于动密封，要求摩擦阻力及摩擦系数小，且稳定；3)工作寿命长，在工作过程中磨损少；磨损后，在一定程度上能自动补偿其磨损量。