摘要:O形密封圈的安装质量影响液压、气动产品的密封性,通过分析O形密封圈的损伤机理,从密封结构设计和装配细 节两个方面,对避免O形密封圈出现安装损伤的措施与方法进行了归纳说明。 | O形密封圈因为结构简单,目前仍是液压、气动产品 使用最为广泛的密封零件,它的安装质量直接关系到产 品的密封性。飞机刹车系统中,附件产品是压力的调节与 输入端,刹车装置是刹车的最终执行端,它们的密封性会 危及到飞机的正常使用及安全,因此,防止O形密封圈安 装损伤是确保装配质量的基础。根据密封圈槽在轴上还是筒上,通常将密封结构分 为Ⅰ型和Ⅱ型(如图1),两者装配顺序一致:先将密封圈 装入轴或筒上的密封槽,再对轴与筒进行组合。 对于Ⅰ型密封,O形密封圈通过拉扯翻越台肩的过程中,本身就存在机械划伤、翻转或翻转不均的可能,紧箍 于密封槽D1上之后,除非人为理顺干预,又会因密封圈拉 伸率对弹性恢复的阻滞而将扭转变形保留下来。装有密 封圈的轴推入筒中时,虽然密封圈外径因拉伸率变小,但仍然大于筒的内径DD,这意味着密封圈必将受到挤压,如 果引导不足或压缩率过大,密封圈自然会被挤出或产生起皮现象,当然前行的过程中,摩擦力还有带动密封圈向 后翻转的趋向,假如筒壁存在孔或槽,密封圈滑过这些部 位时还存在因其弹性导致外壁材料鼓入而被咬伤的风险(如图2),此外,密封圈部分材料也会被摩擦力拉向后端 轴、筒配合间隙,是否会被夹伤则取决于凸出量。由于旋 合有周向和轴向两个方向的运动,所以当轴与筒间采用螺纹连接时,密封圈除会产生轴推入筒中时的变化外,其 截面高度在周向摩擦力的作用下趋于拉伸变小,严重时密封圈局部可 能因为材料的堆积、肿胀而鼓 出密封槽被夹 伤或剪断,即使 全部进入配合 不损伤,密封圈的压量不均也 会加重其下行 时扭转的概率。 对于Ⅱ型密封,O形密封圈只能是捏扁塞入筒中,然 后靠密封圈弹性蹦入密封槽D2中,因密封圈外径略大于D2,在受压状态下扭转变形同样不一定能靠自身张力恢复,除非人为理顺干预。轴插入装有密封圈的筒中时,因 为轴径Dd大于密封圈内径,首先会对密封圈扩胀挤压,如 果引导不足,也很容易出现挤伤、切边现象,前行的过程中,自然也存在摩擦力带动密封圈向后翻转的趋向,如果 轴上有孔或槽,密封圈的内壁材料也会有与Ⅰ型密封类 似的咬伤隐患,当然,摩擦力也会牵引密封圈向轴、筒配 合间隙挤入。至于螺纹连接,旋合时必然有周向摩擦力带 动密封圈附加拉伸出现压量变化的因素,需要考虑Ⅱ型 密封的密封圈鼓出配合或翻转。归结起来,Ⅱ型密封与Ⅰ型密封的O形密封圈其受 力、变形的效应原理是相似的,只不过其着力点和牵引点 有所区别:Ⅰ型密封在密封圈的外壁,Ⅱ型密封在密封圈的内壁,其安装损伤基本为扭转变形、划伤或挤伤两种。从O形密封圈的损伤机理分析可以看出,摩擦力是引 起扭转变形及扭转变形保持的核心因素,但划伤或挤伤除涉及摩擦力外,主要原因还在于缺乏引导、压缩率设置 过大、间隙、槽孔布局等零件的结构性等因素,因此,解决 密封圈的安装损伤需从设计和装配方法上着手。3.1 结构设计 (1)O形密封圈 ①胶料选择。密封圈应采用低摩擦因数胶料,以降低与接触零件间的摩擦力。 ②截面直径。为了防止翻转,密封圈的截面直径不宜过小(通常截面直径不应小于1.5 mm,且与内径之比应大 于0.025),另外尺寸变化会直接反映到摩擦力上,所以截 面直径应尽可能均匀(最小可以要求到±0.08 mm)。 ③压缩率。密封结构的密封性是基于密封圈与密封面间的接触压力实现的。从密封的角度来说,密封圈压 缩率越大,工作压力越大,但过大的压缩率不但会增加摩 擦力,而且有时也会让装配变得困难,密封圈的拉伸率一 般在1.1以下,压缩率控制在12%~35%之间比较适宜。相对而言,粗密封圈比细密封圈的压缩率要小些。当然,由于不同牌号胶料的硬度、热胀和耐寒系数不同,动、静密 封的工况不同,具体选择上应有所区别。 ④分模面。因为活动密封圈的压缩率小于固定密封 圈(原因主要是动密封不仅要考虑密封问题,还要考虑运动时的顺畅和密封圈的磨损问题),密封能力比固定密封 圈弱,而人工清理的分模面有不规则现象,其分模面与密 封面贴合影响更大,所以活动密封圈采用45°分模面,而 固定密封圈却常选热模制造比较简单的180°分模面。虽 然如此,若确认固定密封圈的分模面必须避开密封面,固 定密封圈其实也可选择45°分模面。 ①粗糙度。配合零件的表面粗糙度直接影响O形密封 圈的表面摩擦与磨损,一般来说,表面越光洁,摩擦与磨 损越小,但表面过于光洁又不容易在零件表面维持油膜 保证润滑。实践证明,对于O形密封圈密封结构,滑动表面粗糙度不建议低于Ra0.1 μm,合理值应在Ra0.2~1.6 μm 之间。
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