O型圈设计或使用不当会加快其损坏,损失密封功能。实验标明,如密封设备各部分设计合理,单纯地进步压力,并不会形成O型圈的损坏。
在高压、高温的作业条件下,O型圈损坏的首要原因是O型圈资料的永久变形和O型圈被挤入密封空隙而引起的空隙咬伤一级O型圈在运动时呈现歪曲现象。
1、永久变形
因为O型圈密封圈用的组成橡胶资料是属于粘弹性资料,所以初期设定的压紧量和回弹堵塞才能经长期的使用,会发生永久变形而逐步损失,最终发生走漏。永久变形和弹力消失是O型圈失掉密封功能的首要原因,以下是形成永久变形的首要原因。
1)紧缩率和拉伸量与永久变形的联系
制造O型圈所用的各种配方的橡胶,在紧缩状态下都会发生紧缩应力松懈现象,此刻,紧缩应力跟着时间的添加而减小。使用时间越长、紧缩率和拉伸量越大,则由橡胶应力松懈而发生的应力下降就越大,致使O型圈弹性不足,失掉密封才能。因而,在允许的使用条件下,设法下降紧缩率是可取的。添加O型圈的截面尺度是下降紧缩率最简单的办法,不过这会带来结构尺度的添加。
应该留意,人们在计算紧缩率时,往往忽略了O型圈在设备时受拉伸而引起的截面高度的减小。O型圈截面面积的改变是与其周长的改变成反比的。同时,因为拉力的效果,O型圈的截面形状也会发生改变,就表现为其高度的减小。此外,在外表张力效果下,O型圈的外外表变得更平了,即截面高度略有减小。这也是O型密封圈紧缩应力松懈的一种表现。
O型圈截面变形的程度,还取决于O型圈原料的硬度。在拉伸量相同的状况下,硬度大的O型圈,其截面高度也减小较多,从这一点看,应该依照使用条件尽量选用低硬度的原料。在液体压力和张力的效果下,橡胶资料的O型密封圈也会逐步发生塑性变形,其截面高度会相应减小,致使最后失掉密封才能。
2)温度与O型圈驰张进程的联系
使用温度是影响O型圈永久变形的另一个重要要素。高温会加快橡胶资料的老化。作业温度越高,O型圈的紧缩永久变形就越大。当永久变形大于40%时,O型圈就失掉了密封才能而发生走漏。因紧缩变形而在O型圈的橡胶资料中形成的初始应力值,将跟着O型圈的驰张进程和温度下降的效果而逐步下降致使消失。温度在零下作业的O型圈,其初始紧缩或许因为温度的急剧下降而减小或彻底消失。在-50~-60℃的状况下,不耐低温的橡胶资料会彻底损失初始应力;即使耐低温的橡胶资料,此刻的初始应力也不会大于20℃时初始应力的25%。这是因为O型圈的初始紧缩量取决于线胀系数。所以,选取初始紧缩量时,就必须确保在因为驰张进程和温度下降而形成应力下降后仍有足够的密封才能。
温度在零下作业的O型圈,应特别留意橡胶资料的康复指数和变形指数。
综上所述,在设计上应尽量确保O型圈具有适宜的作业温度,或选用耐高、低温的O型圈资料,以延长使用寿数。
3)介质作业压力与永久变形
作业介质的压力是引起O型圈永久变形的首要要素。现代液压设备的作业压力正日益进步。长期的高压效果会使O型圈发生永久变形。因而,设计时应根据作业压力选用恰当的耐压橡胶资料。作业压力越高,所用资料的硬度和耐高压功能也应越高。
为了改善O型圈资料的耐压功能,添加资料的弹性(特别是添加资料在低温下的弹性)、下降资料的紧缩永久变形,一般需求改进资料的配方,加入增塑剂。可是,具有增塑剂的O密封形圈,长期在作业介质中浸泡,增塑剂会逐步被作业介质吸收,导致O型密封圈体积缩短,甚至或许使O型密封圈发生负紧缩(即在O型密封圈和被密封件的外表之间呈现空隙)。因而,在计算O型密封圈紧缩量和进行模具设计时,应充分考虑到这些缩短量。应使限制出的O型密封圈在作业介质中浸泡5~10昼夜后仍能坚持必要的尺度。
O型圈资料的紧缩永久变形率与温度有关。当变形率在40%或更大时,即会呈现走漏,所以几种胶料的耐热性界限为:丁腈橡胶70℃,三元乙丙橡胶100℃,氟橡胶140℃。因而各国对O型圈的永久变形作了规定。中国标准橡胶资料的O型圈在不同温度下的尺度改变见表。同一资料的O型圈,在同一温度下,截面直径大的O型圈紧缩永久变形率较低。
在油中的状况就不同了。因为此刻O型圈不与氧气触摸,所以上述不良反应大为削减。加之又一般会引起胶料有必定的胀大,所以因温度引起的紧缩永久变形率将被抵消。因而,在油中的耐热性大为进步。以丁腈橡胶为例,它的作业温度可达120℃或更高。
2、空隙咬伤
被密封的零件存在着几许精度(包含圆度、椭圆度、圆柱度、同轴度等)不良、零件之间不同心以及高压下内径胀大等现象,都会引起密封空隙的扩大和空隙挤呈现象的加重。O型圈的硬度对空隙挤呈现象也有明显的影响。液体或气体的压力越高,O型圈资料硬度越小,则O型圈的空隙挤呈现象越严峻。
防止空隙咬伤的措施是,对O型密封圈的硬度和密封空隙加以严格的操控。选用硬度适宜的密封资料操控空隙。常用的O型圈的硬度范围是HS60~90。低硬度者用于低压,高硬度者用于高压。
配用恰当的密封圈维护挡圈,是防止O型圈被挤入空隙的有用办法。
3、歪曲现象
歪曲是指O型圈沿周向发生改变的现象,歪曲现象一般发生在动密封状态。
O型圈假如设备的妥善,而且使用条件恰当,一般不大简单在往复在往复运动状态下发生滚动或歪曲,因为O型圈与沟槽的触摸面积大于在滑动外表上的冲突触摸面积,而且O型圈自身的抵抗才能原来就能阻止歪曲。冲突力的分布也趋向坚持O型圈在其沟槽中静止不动,因为静冲突大于滑动冲突,而且沟槽外表的粗糙度一般不如滑动外表的粗糙度。
引起歪曲损害的原因很多,其中最首要的是因为活塞、活塞杆和缸筒的空隙不均匀、偏疼过大、O型圈断面直径不均匀等形成,因为形成O型圈在一周多受的冲突力不均匀,O型圈的某些部分冲突过大,发生歪曲。一般,断面尺度较小的O型圈,简单发生冲突不均匀。形成歪曲(运动用O型圈比固定用O型圈的断面直径大便是这个道理。)
另外,因为密封沟槽存在着同轴度误差,密封高度不相等以及O型圈截面直径不均匀等现象,或许使得O型圈的一部分紧缩过大,另一部分过小或不受紧缩。当沟槽存在偏疼即同轴误差大于O型圈的紧缩量时,密封会彻底失效。密封沟槽同轴度误差大的另一个害处是使O型密封圈沿圆周紧缩不均。此外还有因为O型圈截面直径、原料硬度、光滑油膜厚度等的不均以及密封轴外表粗糙度等要素的影响,导致O型圈的一部分沿作业外表滑动,另一部分则发生滚动,然后形成O型圈的歪曲。运动用O型圈很简单因歪曲而损坏,这是密封设备发生损坏和走漏的重要原因。因而进步密封沟槽的加工精密度以及减小偏疼是确保O型圈具有可靠的密封性和寿数的重要要素。
设备密封圈不应是它处于歪曲状态。假如在设备时就被歪曲,则歪曲损害就会很快发生。在作业中,歪曲现象会将O型圈堵截,发生很多漏油,而且堵截的O型圈会混到液压体系的其他部位,形成重大事故。
为了防止O型圈的歪曲损害,在设计时应留意以下几点:
1)O型圈断面尺度应均匀,而且在每次设备时都应在密封部位充分涂改光滑油或光滑脂。有时也能够选用浸透光滑油的毡圈式加油设备。
2)加大O型圈的截面直径,动密封用O型密封圈的截面直径一般应大于静密封用O型圈;此外,O型圈应避免用作大直径活塞的密封。
3)O型圈设备沟槽的同心度巨细,应从加工便利和不发生歪曲现象两个方面来考虑。
4)在低压下也发生歪曲损害时,可使用密封圈维护挡圈。
5)可用不易发生歪曲现象的密封圈替代O型圈。
6)选用低冲突系数的资料制造O型密封圈。
7)下降缸筒和活塞杆的外表粗糙度。
4、滑动外表对O型圈的影响
滑动外表的粗糙度是影响O型圈外表冲突与磨损的直接要素。一般地说,外表光亮冲突与磨损就小,所以滑动外表的粗糙度数值往往很低(Ra0.2~0.050μm)。可是,试验标明,外表粗糙过低(Ra低于0.050μm)又会给冲突与磨损带来不利的影响。这是因为细小的外表凹凸不平,能够坚持必要的光滑油膜。因而要选择恰当的外表要求。
滑动外表的原料对O型圈的寿数也有影响。滑动外表原料的硬度越大、耐磨性越高、坚持光亮的才能就越强,O型圈的寿数也就越长。这也是液压缸活塞杆外表镀铬的重要原因。同理能够解释具有相同粗糙度的用铜、铝合金制成的滑动外表比钢制滑动外表对密封圈的冲突与磨损更为严峻,低硬度、大紧缩量的密封圈不如高硬度、小紧缩量的密封圈耐用的状况。
5、磨粒磨损现象
当密封的空隙具有相对运动时,作业环境中的尘埃和沙粒等被粘附在活塞杆外表,并跟着活塞杆的往复运动与油膜一起被带入缸内,成为侵入O型密封圈外表的磨粒,加快O型圈的磨损,致使其失掉密封性。为了避免这种状况发生,在往复运动式密封设备的外伸轴端处必须使用防尘圈。
6、焦耳热效应
橡胶资料的焦耳热效应,是指处于拉伸状态的橡胶遇热发生缩短的现象。在设备O型圈时,为了使它在密封沟槽内不发生窜动,在用作往复运动密封时,不发生歪曲现象,一般使它处于某种程度的拉伸状态。但假如将这种设备办法用于旋转运动,就会发生不良的结果。本来现已紧箍在旋转轴上的O形密封圈,因旋转运动发生的冲突热而缩短,进而使这种紧箍力增大,这样,发生冲突热→缩短→紧箍力增大→发生冲突热→……,如此反复循环,就大大地促进了橡胶的老化和磨损。
7、冲突力与O型圈的使用
在动密封设备中,冲突与磨损是O型圈损坏的重要影响要素。磨损程度首要取决于冲突力的巨细。当液体压力细小时,O型圈冲突力的巨细取决于它的预紧缩量。当作业液体接受压力时,冲突力随之作业压力的添加而增大。在作业压力小于20MPa的状况下,近似地呈线形联系。压力大于20MPa时,跟着压力的添加,O型圈与金属外表触摸面积的添加也逐步缓慢,冲突力的添加也相应缓慢。在正常状况下,O型圈的使用寿数跟着液体压力的升高将会近似的呈平方联系而减小。
冲突力的添加,使得旋转或往复运动的轴与O型密封圈之间发生很多的冲突热。因为多数O型圈都是用橡胶制成的,导热性极差。因而,冲突热就会引起橡胶的老化,导致O型圈实效,损坏其密封功能。冲突还会引起O型圈外表损害,使紧缩量减小。严峻的冲突会很快引起O型圈的外表损坏,失掉密封性。作气动往复运动用密封时,冲突热还会引起粘着,形成冲突力进一步添加。
运动用密封在低速运动时,冲突阻力仍是引起匍匐的一个要素,影响元件和体系的作业功能。所以对运动密封来说,冲突性是重要功能之一。冲突系数是冲突特性的一个评价指标,组成橡胶冲突系数较大,因为密封在运动状态时,一般处于作业油液或光滑剂参加的混合光滑状态,冲突系数一般在0.1以下。
冲突力的巨细在很大程度上取决于被密封件的外表硬度与外表粗糙度。
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