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什么是轴向密封与径向密封,O型圈沟槽如何设计?
时间:2020/9/13 14:56:00 来源: 作者: 点击: 次

2018.03.06更新,更新了答案中轴向与径向密封的定义,谢谢楼下的提醒。 @橙子雨

设计O形圈密封时需要考虑以下3个方面:

1.要有足够的密封接触面积(或者表述为足够的密封接触压力);

2.摩擦力尽量小;

3.尽量避免永久变形。

贴张O形圈的实体图


补充一张O形圈的结构示意图


常见的O形圈密封形式可划分为轴向密封与径向密封;一般来说阻止流体径向流动的称为轴向密封,阻止流体轴向流动的称为径向密封。如下图所示:

上文提到的O形圈密封三要素因为相互之间存在矛盾,往往无法同时满足。所以要权衡各方面因素。通常来说,O形圈的径向密封需要考虑安装时的摩擦阻力,压缩量取小值;轴向密封时一般无需克服摩擦阻力,可以取大值。

设计手册上提供了O形圈的最大和最小压缩率推荐范围:


一般来说,O形圈和沟槽均有一定的制造误差,合适的压缩率可以补偿其加工和制造误差,并保证在正常工作状态下有足够的密封性。

O形圈密封的沟槽设计 O形圈的压缩率是通过控制密封沟槽尺寸来保证的,选定O形圈线径(亦称丝径)后,其压缩率和工作状态就规定了沟槽尺寸。

1.槽宽
槽宽必须大于O形圈压缩变形后的最大直径,同时保证由于运动、发热、溶胀等引起的胶圈胀大而仍旧保有足够的空间。通常取槽宽为截面直径的1.5倍,此处建议参考设计手册。
2.槽深
槽深是关键尺寸,主要取决于压缩变形量。通常推荐的压缩变形量在8%-30%左右,取决于应用场合。安装时勿需考虑摩擦阻力的可以取20%,存在摩擦的静止密封部位可以取10%-12%,O形圈存在往复移动的场合一般8%左右。推荐此处参考设计手册。

以第3张下图为例,轴与轴套之间的O形圈安装时需克服摩擦阻力,推荐10%的压缩量;上图中端盖与法兰之间勿需考虑摩擦,鉴于引起O形圈永久变形的极限值一般为25%~30%,推荐20%的压缩量。

以前者为例,取丝径为3.53,则轴套上槽深=3.53x(1-10%)=3.18,槽宽=3.53x1.5=5.3。

O形圈的材料

O形圈尺寸参照设计手册选取,一般有公制尺寸和英制尺寸两种。不同的应用场合,可参考下表选择合适的O形圈材料。

参考书籍
1.现代机械设计手册单行本:润滑与密封设计
2.流体密封技术:原理与工程应用
3.过程装备密封技术
4.密封

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