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防漏油一直是电子烟必备要求,这其中需要用到多种密封方案,比如硅胶波峰密封底座、垫圈等。
图 两种雾化座硅胶密封结构对比
除此之外,O型橡胶密封圈(简称O型圈)也是防漏油密封方案之一,尤其是在大烟雾化芯中应用较多。值得注意的是,目前多数开放式调压小烟也是用同一规格的雾化芯。
那么下面就给大家分享一篇O型橡胶密封圈的资料,以供参考。
图 SMOK大烟雾化芯
图 vaporesso大烟雾化芯
(一)O型圈的概述与密封原理
O型橡胶密封圈,简称O型圈,是一种截面形状为圆形的橡胶圈。O型密封圈是液压、气动系统中使用最广泛的一种密封件。
O型圈有良好的密封性能,既可用于静密封,也可用于动密封中;不仅可单独使用,而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的使用范围很宽,如果材料选择得当,可以满足各种介质和各种运动条件的要求。
O型密封圈是一种挤压型密封,挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形,在密封接触面上造成接触压力,接触压力大于被密封介质的内压,则不发生泄漏,反之则发生泄漏。
(二)压缩率与拉伸量
O型密封圈是典型的挤压型密封。O型圈截面直径的压缩率和拉伸量是密封设计的主要内容,对密封性能和使用寿命有重要意义。
O型密封圈有良好的密封效果很大程度上取决于O型圈尺寸与沟槽尺寸的正确匹配,形成合理的密封圈压缩率与拉伸量。
2.1.压缩率
压缩率W通常用下式表示:
W=(d0-h)/d0 ×100%
式中:
d0-----O型圈在自由状态下的截面直径(mm);
h ----- O型圈槽底与被密封表面的距离(沟槽深度),即O型圈压缩后的截面高度(mm)
在选取O形圈的压缩率时,应从如下三方面考虑:
要有足够的密封接触面积;
摩擦力尽量小;
尽量避免永久变形。
从以上这些因素不难发现,他们相互之间存在矛盾:
压缩率大就可获得大的接触压力,但是过大的压缩率无疑就会增大滑动摩擦力和永久形。
而压缩率过小则可能由于密封沟槽的同轴度误差和O形圈误差不符合要求,消失部分压缩量而引起泄漏。
因此,在选择O形圈的压缩率时,要权衡各方面的因素。一般静密封压缩率大于动密封,但其极值应小于25%,否则压缩应力明显松弛,将产生过大的永久变形,在高温工况中尤为严重。
O型密封圈压缩率W的选择应考虑使用条件,静密封或动密封;静密封又可分为径向密封与轴向密封;径向密封(或称圆柱静密封)的泄漏间隙是径向间隙,轴向密封(或称平面静密封)的泄漏间隙是轴向间隙。
轴向密封根据压力介质作用于O形圈的内径还是外径又分受内压和受外压两种情况,内压增加的拉伸,外压降低O形圈的初始拉伸。
上述不同形式的静密封,密封介质对O形圈的作用方向是不同的,所以预压力设计也不同。对于动密封则要区分是往复运动密封还是旋转运动密封。
静密封:圆柱静密封装置和往复运动式密封装置一样,一般取W=10%~15%;平面静密封装置取W=15%~30%。
对于动密封而言,可以分为三种情况;往复运动一般取W=10%~15%。旋转运动密封在选取压缩率时必须要考虑焦耳热效应,一般来说,旋转运动用O形圈的内径要比轴径大3%-5%,外径的压缩率W=3%-8%。
低摩擦运动用O型圈,为了减少摩擦阻力,一般均选取较小的压缩率,即W=5%-8%,此外,还要考虑到介质和温度引起的橡胶材料膨胀。通常在给定的压缩变形之外,允许的最大膨胀率为15%,超过这一范围说明材料选用不合适,应改用其他材料的O形圈,或对给定的压缩变形率予以修正。
2.2 拉伸量
O型圈在装入密封沟槽后,一般都有一定的拉伸量。与压缩率一样,拉伸量的大小对O型圈的密封性能和和使用寿命也有很大的影响。拉伸量大不但会导致O型圈安装困难,同时也会因截面直径d0发生变化而使压缩率降低,以致引起泄漏。拉伸量a可用下式表示:
α=(d+d0)/(d1+d0)
式中:
d-----轴径(mm);
d1----O形圈内径(mm)。
拉伸量的取值范围为1%-5%。如表给出了O型圈拉伸量的推荐值,可根据轴径的大小,按表选限取O型圈的拉伸量。O型圈压缩率与拉伸量的先取范围。
密封形式 |
密封介质 |
拉伸量α(%) |
压缩率w(%) |
静密封 |
液压油 |
1.03~1.04 |
15~25 |
空气 |
<1.01< span=""> |
15~25 |
|
往复运动 |
液压油 |
1.02 |
12~17 |
空气 |
<1.01< span=""> |
12~17 |
|
旋转运动 |
液压油 |
0.95~1 |
3~8 |
各种O形圈橡胶材料的硬度与工作压力的关系
硬度(邵氏A)/ 度 |
50±5 |
60±5 |
70±5 |
80±5 |
90±5 |
工作压力静密封/Mpa ≤ |
0.5 |
1 |
10 |
20 |
50 |
工作压力(往复运动,往复速度≤0.2m/s)/Mpa |
0.5 |
1 |
8 |
16 |
24 |
注:旋转运动工作压力一般不超过0.4 Mpa,硬度选择在(70±5)度;超出0.4 Mpa则按特殊密封装置设计。
日本JISB 2406-1991 推荐的O形圈密封的最大间隙/mm
工作压力/MPa 硬度(邵氏A)/度 |
≤0.4 |
4.0~6.3 |
6.3~10 |
10~16 |
16~25 |
70 |
0.35 |
0.30 |
0.15 |
0.07 |
0.03 |
90 |
0.65 |
0.60 |
0.50 |
0.30 |
0.17 |
美国SAEJ120A-1968 推荐的O形圈的最大封间隙值/mm
硬度(邵氏A) /度 工作压力/MPa |
70 |
80 |
90 |
0 |
0.254 |
0.254 |
0.254 |
1.72 |
0.254 |
0.254 |
0.254 |
3.45 |
0.203 |
0.254 |
0.254 |
6.89 |
0.127 |
0.203 |
0.254 |
10.34 |
0.076 |
0.127 |
0.203 |
13.79 |
0.102 |
0.127 |
|
20.68 |
0.076 |
0.102 |
|
34.47 |
0.076 |
O形圈的截面直径和轴的转速关系
转速/m/s |
O形圈截面直径/mm |
转速/m/s |
O形圈截面直径/mm |
2.03 |
3.53 |
7.62 |
1.78 |
3.05 |
2.62 |
NBR胶料硬度与耐压能力之间的关系
硬度(邵氏A)/ 度 |
拉伸强度/ MPa |
伸长率/% |
适用压力范围/ MPa |
||
80 |
22 |
400 |
2 |
||
85 |
27 |
306 |
20 |
||
90 |
25 |
120 |
50 |
(三)密封沟槽的形状
安装O形圈的各种沟槽形状
沟槽形状 |
应 用 |
矩形沟槽 |
这是一种既适于运动密封,也适于固定密封的常用的沟槽形式。 |
V形沟槽 |
只适用于固定密封。若用作运动密封,则磨擦阻力很大,易挤进间隙,造成损伤。 |
半圆形沟槽 |
可用于旋转密封,但一般不用。 |
燕尾形沟槽(梯形沟槽) |
用于磨擦力要求很低有场合。因沟槽加工费高,一般不采用。 |
三角形沟槽 |
推荐用于固定密封的场合。 |
O形橡胶密封沟槽各配合偶件的表面光洁度
表 面 |
应 用 场 合 |
压 力 状 况 |
表 面 光 洁 度 |
沟槽的底面和侧面 |
密态密封 |
非交变和无脉冲 |
Ra3.2μm |
交变或脉冲 |
Ra1.6μm |
||
动态密封 |
非交变和无脉冲 |
||
配合表面 |
密态密封 |
非交变和无脉冲 |
Ra1.6μm |
交变或脉冲 |
Ra0.8μm |
||
动态密封 |
Ra0.4μm |
注:沟槽的光洁度、沟槽接触的表面粗糙度对密封效果和耐久性有很大的影响
(四)配合沟槽与密封圈尺寸参数
密封用沟槽尺寸及压缩量
注: a表示沟槽的高度; b表示沟槽的宽度; R表示沟槽的倒角处
(五)O型圈的使用安装与泄漏
5.1 O型圈的使用
O型圈在多种液压、气动件管接头、圆筒面及法兰面等结合处被广泛使用。
对于在运动过程中使用的O型圈,当工作压力大于9.8Mpa时,如单向受压,就在O型圈受压力方向的另一侧设置一个挡圈;如双向受压,则在O型圈两侧各放一个挡圈。
为了减小摩擦力,也可采用楔型挡圈。当压力液体从左方施加作用时,右方挡圈被推起,左方挡圈不与被密封表面接触,因此摩擦力减小。
总的来说,采用挡圈会增大密封装置的摩擦力,而楔型挡圈对减小这种摩擦力具有十分重要的意义。对于固定用的O型圈,当工作压力大于32Mpa时,也需要使用挡圈。
O形橡胶密圈的橡胶硬度与沟槽最大间隙及工作压力关系
工作压力,MPa |
≤3.5 |
3.5~7.0 |
7.0~10.3 |
10.3~13.7 |
13.7~20.6 |
最大间隙(C) 硬度(邵氏A)70 |
0.20 |
0.125 |
0.075 |
0.05 |
0.02 |
最大间隙(C) 硬度(邵氏A)80 |
0.35 |
0.30 |
0.25 |
0.20 |
0.125 |
5.2 O型圈的安装
O型圈的安装质量对其密封性和使用寿命均有重要的影响。泄漏问题往往是因为安装不良而造成的。
安装过程中不允许出现O型圈被划伤和位置安装不正,以及O型圈被扭曲等情况。装配前,密封沟槽、密封配合面必须严格清洗;同时对O型圈装配中要通过的表面涂敷润滑脂。
为了防止O型圈在安装时被尖角和螺纹等锐边切伤或划伤,应在安装的轴端和孔端留有15º~30º的引入角。当O型圈需通过外螺纹时,应使用专用的薄壁金属导套,套住外螺纹;如果O型圈需通过孔口时,应使孔口倒成相应的斜角形状,以防O型圈被划伤。坡口的斜角一般为a=120º~140º。
O形橡胶密封圈泄漏原因及改进意见
常见疵病 |
产 生 原 因 |
改 进 意 见 |
泄 漏 |
1、安装时损坏即配偶件的棱角过孔时划伤; 2、压缩量过小; |
1、安装时将壳体的端部加工为倒角,以保证安装时O形橡胶密封圈不受剪切而损坏; 2、适当的增加压缩量; |
大 泄 漏 |
1、 O形橡胶密封圈失去弹性; 2、 O形橡胶密封圈表面遭受严重磨擦损坏; 3、 O形橡胶密封圈过度收缩; 4、 O形橡胶密封圈受密封介质腐蚀、溶胀; 5、 间隙值过大,O形橡胶密封圈被挤出; 6、 O形橡胶密封圈断面直径单边粗细不一致,造成运动时扭曲破坏; |
1、 提高O形橡胶密封圈材料性能,延长使用使用寿命; 2、 适当提高O形橡胶密封圈胶料硬度,减少磨擦系数; 3、 动态使用时,O形橡胶密封圈内径应比轴径稍大; 4、 提高O形橡胶密封圈胶料的耐油性; 5、 减小间隙值 6、 加强O形橡胶密封圈模型的尺寸控制和产品检验; |
O形橡胶密封圈早期损坏 |
1、 O形橡胶密封圈过度拉伸,过早发生断裂 2、 安装时损坏 3、 压缩量过大,严重磨擦或剪切 4、 选用O形橡胶密封圈或沟槽尺寸不妥 |
1、 动态使用时,O形橡胶密封圈内径应比轴径稍大; 2、 安装时才用金属导套 3、 减小压缩量; 4、 正确选用O形橡胶密封圈和沟槽的配合 |
低温泄漏 |
O形橡胶密封圈在低温下失去弹性 |
提高O形橡胶密封圈胶料的耐寒性 |
过度磨擦 |
1、 压缩量过大; 2、 O形橡胶密封圈溢出或耐油差,过度溶胀; |
1、 减少压缩量或矫正沟槽尺寸提高金属表面的光洁度 2、 采用挡圈防止O形橡胶密封圈溢出或提高O形橡胶密封圈材料的耐油性; |
(六)胶料物理机械性能
O形橡胶密封圈胶料物理机械性能
(七)执行标准
标 准 |
O型橡胶截面直径 W |
美国标准 AS 568 |
1.78 2.62 3.53 5.33 7.00 |
英国标准 BS 1516 |
|
日本标准 JIS B2401 |
1.90 2.4 3.1 3.5 5.7 8.4 |
国际标准 ISO 3601/1 |
1.8 2.65 3.55 5.30 7.00 |
德国标准 DIN 3771/1 |
|
中国标准 GB 3452.1 |
|
优先的米制尺寸 |
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 7.0 8.0 10.0 12.0 |
来源:橡胶技术李秀权工作室,有适当修改
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