HB Z 4-1995 O型密封圈及密封结构的设计要求.pdf

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1、空工H8/:元4-951995-12一13发布1996一01一01实施中国航空工业总公司批准1 主题内容与适用范围-. 2 引用标准. 3 通用设计要求3.1 压缩率的计算与选择目次3.2 密封圈的尺寸、尺寸偏差、压模分模面的选择. 3.3 密封圈安装槽3.4 密封轴与筒. . 3.5 固定密封. . 3.6 端困密封3.7 转动密封. 3.8保护圈. 3.9 材料选择3.10 活动和固定密封的设计要素. 4 密封结构设计程序. . (1) (1) (1) (1) (5) (7) (10) (11) (11) (11 ) (11) (1 3) (13) (14) 中华人民共和国空工业标准。及密

2、封结构的1 主题内容与适用范围本标准规定了。型密封圈、保护圈及其密封结构的设计要求。HB/Z 4-95 代替HB/Z4-87 本标准适用于飞机液压、气动、燃油、滑油等系统密封圈及密封结构的设计。2 引用标准HG2-539 聚四氟乙烯零件3 通用设计要求3. 1 压缩率的计算与选择密封结构的密封性，是由密封圈与被密封表面间的接触压力(压缩)来达到的。正确的计算与选择压缩率，是保证密封性的重要因素。3. 1. 1 拉伸率的计算与选择3. 1.1. 1 为保证密封性能，密封圈一般都有拉伸变形。拉伸率的计算按公式(1)、(2):轴沟槽密封孔沟槽密封:式中zDt一一槽的公称直径;Dd 铀的公称直径;D

3、密封固的公称内径;d一一密封固的截面公称直径。D. + d az-L一一. . . . . . . . . . . . (1) D+d Dd + d a . . . . . . . . . . (2) D+d 3.1. 1. 2 拉伸率随着密封圈内径的增大而减小，见表1。表1密封圈内径O(mm);20 拉伸率1.06-1. 04 1995-12-13发布20-50 1. 05-1. 03 50 1.04-1. 02 1996-01-01实施1 HB/Z 4-95 对于孔沟槽(图1C)活动密封.拉伸率最好较输沟槽密封(图1b)的小些，可用增大直径D的方法来减小拉伸率。- I _., 归窑封圄(b

4、l轴掏槽窑封形式(C) 孔商槽封形式图1密封圈安装后的变形情况3. 1. 2 压缩率Y的计算密封圈在拉伸变形后，截面直径d在径向方向减小，虽椭圆形(图1)。压缩率Y按公式(3)计算.Y=f100%=斗主x100% = (1 - Z) x 100% . . . . (3 ) 椭圆截面的长短轴可按公式(4)、(5)计算a二di二手;二(4) b =怦-o.二=k.d.(5)式中:k =盯平二k值也可从图2中查找。3. 1. 3 最小压缩率y_的计算密封圈与被密封表面间的接触压力可能因密封组件的零件制造不精确，工作介质作用F的变形及温度引起的尺寸变化和弹性降低等而减小，甚至完全丧失，使密封性破坏。实

5、践表明，丧失密封性的情况通常是在低温条件下出现的。因此，对活动密封和重要的固定密封，必须校核各种因素影响下的最小压缩率Y町比值应大于最小允许压缩率Y_l.即Y叩(yl。L_ - h y m.i二主瓦，一x100% . . . . . . . . . . (7) 3.1.3.1 密封圈截面最小径向尺寸2 区1. 00 0.98 。.960.94 0.92 0.90 0.88 0.87 1. 1. 02 1. 04 HB/Z 4-95 口1. 06 J. 08 1. 10 1. 12 1.H. 图2k值曲线图b .i夫也b-1 81 1- 82 - 3 . . (8) 式中:18，1一一因制造不精

6、确引起密封圈截面直径d的减小值，取其下偏差的绝对值;8，一一因工作介质影响，密封圄截面直径d的减小值;8，一一因温度影响，密封圈截面直径d的变化值，按公式(9)汁算。(J, = d .1 .t . . . . . . . . (9) 式中:叫一橡胶的温度线膨胀(或收缩)系数(在没有可靠的试验数据时可取，坦1.5X10-) ; !lt 在工作状态下，工作介质温度的变化值。3. 1. 3.2 槽的最大深度轴拘槽密封槽的最大深度h Dhz DBma 阳2(1 0) 孔沟槽密封槽的最大深度D2max - Dd; h叩=一-1-J芝. . . . (11) 式中2Dhz一一筒的最大直径，按公式(12);

7、DllXi一一槽的最小直径，按公式(13); D，一一槽的最大直径，按公式(14); Ddmill一轴的最小直径，按公式(15)。Dma.z = Do + .t + .:12 - !l,. (1 2) D ,., = D , -1 !l, 1- !l, - !l,(13) D2ma.z = D2 + . + .2 - .3 们的3 HB/Z 4-95 D阳=Dd -1 LI, 1- LI, - LI,. . .,. (15) 式中:. 1 因制造不精确引起的筒(戎孔沟槽密封的槽)直径的增大值。l AE l一一因制造不精确引起的轴沟槽密封的槽(或孔沟槽密封的轴)直径的减小值，取其下偏差的绝对值。

8、LI，一一因工作压力作用，引起简直径的增大值，按公式(16)计算。LI , 因工作压力作用，引起的空心轴或实心轴直径的减小值，分别按公式(17)(18)计算。岛、，分别为在温度影响下筒与槽(对轴沟槽)、槽与轴(对孔沟棺)直径的变化值，当筒与轴的材料不同时才予以考虑，并按公式(19)计算。A E二旦，DL+DL、(u),. .(16) 2 - E D -D严FA气P.，D:+D!、，=一一一一(-r一-，- u) . . . ,. (17) , E 1右r.:. P.D LI，=d(1)(18) LI, (或LI，)= D .2 . .1t . . . . . (19) 式中:P一一工作压力;D

9、w 筒的外直径;口一空心轴的内直径;E 弹性模数; 泊桑系数。D 变形点的直径尺寸Llt一二在工作状态下，工作介质温度的变化值;叫一一温度线膨胀(收缩)系统，按下列数值选取钢:电=12106;硬铝:电工23XlO-6;黄铜2=161065铝镶合金:2=2610603. 1. 4 压缩率Y的选择选择密封结构压缩率时，需恰当处理密封性与摩擦力间关系，同时考虑工作介质温度、材料等各种因素的影响。3. 1. 4.1 根据密封性质(外部密封与内部密封;固定密封与活动密封)，选择不同的压缩率(见表2)。4 HB/Z 4-95 表2密封性质内部活动密封固定密封、外部活动密封压缩率压缩率Y12%17% 最小允

10、许压缩率Yl7% ?在外部密封是隔离部件内腔与大气的密封。内部密封是隔离部件内腔与内腔的密封。螺纹连接件的曹封结构形式见图3018%22% 11% 图3螺纹连接件的密封结构形式d. 螺纹连接件密封40%45% 35% 3. 1. 4.2 不同橡胶的硬度、体积溶胀及耐寒性系数不同，在选择压缩率时要分别对待。3. 1. 4.3 密封圈截面直径d大的，压缩率可选择小些;反之，压缩率选择大些。3.1.4.4 周围介质温度变化范围的大小，也影响压缩率的选择。例如:在较低温度下工作，要选择大一些压缩率。3. 1. 4.5 要求摩擦力小的活动密封，可以通过改变槽直径或限制密封圈装在轴(或槽)上后的外径尺寸等

11、方法适当的减小压缩率Y，此时应考虑可能漏油的情况。3.2 密封圆的尺寸、尺寸偏差、压模分模面的选择3.2. 1 密封圈的尺寸密封圈内径D与截面直径d的关系，可参考图4两曲线间的范围选取，对固定密封圈，可D 选择E较大的值。对同一密封直径，选用较大的截面直径(即百比值减小)，可提高密封性能，但同时将增大活动密封的摩擦力和结构尺寸。3.2.2 密封圈的尺寸偏差5 D Z 30 ZO 10 1. 5 Z 3 HB/z 4-95 4 5 6 图4d与3关系曲线密封圈内径D与截面直径d的偏差分别按表3表4选取。7 压力小于15MPa的一般要求的固定密封，可选用表5的截面偏差。表38 d m D 16 1

12、6-叫10-20120-401 40-601 60-80180-1侧100-15睛150-2侧200M)(士)10.1010.151 0.20 0.25 0.30 0.40 表4d 11.5011.8012.0012.5012.6513.0013.55， .d +0.08 +0.10 6 0.50 0.80 + 0.15 0.10 1. 20 I 1. 50 口1m.00 士0.15HB/Z 4-95 表5mm 。00 d I 1. 50 I 1. 80 I 2.00 I 2.50 I 2.65 I 3.00 I 3.55 t.d + 0.12 0.10 + O. 20 -0.10 + 0.2

13、5 - 0.15 + O. 30 0.15 32.3 压模分模面的选择密封圈压模分模面分为45.和180.两种。3.23.1 活动密封压缩率Y较小，当工作压力不大时，密封圈与被密封面间的接触压力较小，分模面对密封性的影响较大，所以活动密封圈分模面以45.为佳。3.2.3.2 固定密封压缩率Y较大，180.的分模面对密封性能的影响相对较小，而且具有良好的工艺性及经济性。所以，固定密封圈选择180.分模面为宜。3.3 密封圃安装槽3. 3. 1 槽的选择3.3. 1. 1 矩形槽(图5a)用于活动密封，也允许用于固定密封;组合槽(图5b)具有较高的密封性，但结构尺寸与摩擦力较大，因此，只用于单向压

14、力作用下的固定密封。一般情况下，最好采用矩形密封糟。3.3. 1. 2 为了加工方便.槽两侧面允许有不大于5.的斜度。3.3.1.3 槽底角的圆弧半径要兼顾强度、保护圈的类型和适当的槽体容积这三方面。使用聚四氟乙烯保护圈时，因弧半径必须符合装配和性能要求。3.3.1.4 槽的宽度应符合密封结构的性能要求和所用保护圈的类型。由于泊的浸泡和温度变化，应考虑。形密封固的压缩率和体积膨胀。3.3.2 槽的计算槽直径0，、0，及槽宽B随密封圈截面直径d、材料的溶胀特性、槽的形式和压缩率Y的不同而定。密封槽的宽度非常重要。密封槽太宽，限制不了保护固的倾斜，失去保护作用，且会增加密封的空行程。密封槽侧面倾斜

15、度若超过5.也会产生同样的结果。密封槽太窄，会产生很大的摩擦力，也可能使密封圈材料挤入间隙，并给装配带来很大困难。因此，应合理的选择槽宽Bo B = K, . d . . . . . . (20) 部分胶料的槽宽系数K，可按表6选取，安装保护圈时，槽的宽度应加k保护圈的厚度。7 HB/Z 4-95 同。电白白白Q a 矩形槽B NQ 首望川】E= 压力方向b.组合槽图5密封结构的安装槽表6槽宽系密封性质矩形槽数K, 组合槽橡胶牌号内部活动外部活动固定达1试51715180 5870 5260 5172 1.10-1. 15 1.15-1. 25 1.15-1. 25 5860 1. 00 50

16、80 7270 5880 15-1. 55 6144 1.10-1. 15 8370 1.33-1. 36 8 HB/Z 4-95 注:K1大的数值适用于小的截面直径d。3.3.3 槽公差糟的公差见表70表7部位筒与轴精度活动密封固定密封技术要求Dn Dd Dr Dd P运21MPa的活动、固定密封。H7 口H8 f8 (l)P;15MPa的一般要求的活动密封;H8 f8 (2)安装保护圈时。P运15MPa的一般要求的固定密封H9 f9 3.3.4 槽的径向圆跳动t及圆角r3.3.4.1 安装槽的允许径向圆跳动t(见图5)按表80表8径向困跳动密封性质量t不活动密封槽直径主主二三忌三至1000

17、.03 100-200 0.05 200 0.07 槽D D, B h8 H9 h8 H9 H12 h10 H10 固定密封0.05 。.07。.103.3.4.2 较小的圆角半径f(见图5)有阻止密圈材料被挤入筒和铀的配合|可隙的作用，圆角半径值按下列数值选取:一般情况下叫不大于O.2mm;有色金属零件或安装保护圈时.f不大于O.3mmj必要时可选用更小的f值。马=O. 3-0. 5mm(d= 1. 5-4mm); f, = O. 5-0. 7mm(d4-8mm); f，二。.4-0.7mmo3.3.5 槽的表面粗糙度9 HB/Z 4-95 合理选择槽的表面粗糙度，对密封圈的使用寿命和良好的

18、工艺性具奋很大意义。槽的表面粗糙度见表9。表9粗部位筒与轴槽糙活动密封固定密封度活动密刽固定密封技术要、滑动表面相配合表面主钢零件0; O;!j/ 矩形槽p三21MPa的活动、有色金属零件。J。71!f(强固定密封。(加保护烈变动o:y 飞Y硬阳极化零件圈后侧压下工钢零件0; 飞Y飞Y壁可为作时为P运15MPa的一般要有色金属零件1歹导才飞Y组求的活动密封。硬阳极化零件飞Y 合槽VP;15MPa的一般要求的固定密封。3.4 密封轴与筒对辅沟槽密封，密封简直径为民，的公称直径Dd=Do;对孔沟槽密封，密封轴直径为Dd相配合筒的公称直径DD=Ddo密封结构中与密封圈接触的表面，特别是密封圈在其上滑

19、动表面的粗糙度，被密封轴与筒的配合间隙及槽边缘的加工情况等，是影响密封圈使用寿命和密封结构摩擦力的主要因素。3.4. 1 密封轴与筒的间隙配合间隙的大小，很大程度上影响了密封围的使用寿命及活动密封时的摩擦力。在工作介质压力作用下，密封圈部分地被挤入轴与筒的配合间隙内(见图的。回P .r: m a.不受工作压力时的密封状态b.受工作压力后的密封状态图6密封圈状态10 HB/Z 4-95 在m点上密封圈应力最大，严重时将发生破坏。活动密封时，密封圈被挤入部分的磨损加剧，摩擦增大，在变动压力作用时将更为严重。挤入量随工作压力的增大、密封圄截面直径的减小、橡胶硬度的降低和轴与筒的配合间隙的增大而增大。

20、配合间隙可采用下述两种方法之一予以保证:规定轴与筒的加工精度或按间隙选择装配。轴与筒选择装配的最大允许径向间隙按表10。表10mm 最大允许径向间隙S工作压力PMPa 橡胶邵氏硬度70 80 90 三三5。150.1Oo. 200.15 。.25O.1551O 0.1O0.06 。150.08。150.101O15 0.060.03 0.080.06 。1O0.08 1521 0.030.02 0.060.04 0.080.06 注，1)来用保护圄时，径向间隙允许增大主O.05mmo表10中最大允许径向间隙是密封结构王作时配合面可能出现的最大间隙，选用时应号虑筒或轴向一面偏移的可能性，一般情况

21、下是半径间隙。在介质压力较高或密封圈截面直径d小时，以及橡胶硬度低时，选用较小间隙。3.4.2 密封的辅与筒精度、表面粗糙度密封的袖与筒精度按表70密封的袖与筒表面粗糙度按表9。3.5 固定密封固定密封圈不应挤进螺纹内或接触其它不规则表面和粗糙表面。因为这样会切伤或损坏这些密封圈。应对密封槽的圆角半径和疲劳强度要求给予慎重考虑。当压力大于15MPa时，应使用保护圈。假若公差、偏心率、弹性鼓胀等都处于最坏状态，而径向最大间隙仍不大于0.06mm时，可不用保护圈。3.6 端面密封与O形密封圈表面相接触的金属表面其粗糙度Ra不应大于3.2。帽盖或盖板必须有足够的刚性，以防接合处产生过大的鼓胀，造成挤

22、压间隙。端面密封设计的主要特点就是密封槽截面上要有压缩量，并防止在压力作用下，。形密封圈产生径向移动的可能性。3.7 转动密封按本标准设计的密封圈不适用转动密封。但在不常转动或只有低速转之处，只要与密封结构相配合范围内表面粗糙度一致，并严格控制偏心率，也可使用按本标准设计的密封圈。另外，使用摩擦力小的保护圈有助于延长寿命，改善性能。3.8 保护圈11 HB/Z 4-95 3.8. 1 保护圆的种类常用的保护固有三种(见图7)。切口30 D. .) D. 3、c) 图7保护圈的形式3.8.2 保护圈的尺寸、公差及表面质量D. b) 3.8.2.1 轴沟槽密封:保护圈的内径也与槽的直径D，相同，外

23、径D。与筒的内径民相同。孔沟槽密封z保护圈的内径d.与轴直径D，相同，外径D，与槽直径D，相同。尺寸Sz当D，运100mm时，8=lmm; 当D，100mm时，=1. Smmo 尺寸，= 1.4mm。保护圈内径d.公差带按h10;外径Do公差带按H10，厚度偏差为士O.lmm。3.8.2.2 保护圈的表面质量应符合聚四氟乙烯零件标准HG2 5390 3.8.3 保护圈的安装方式为了阻止密封圈挤入间隙内，提高密封圈的使用寿命.在活动密封中或通常情况下的矩形槽固定密封中，当工作压力P大于15MPa时，应采用保护圈。在其他的工作压力下亦可加装保护圈。密封圈一面受工作压力作用时，在工作压力作用相反的一

24、面装一个保护圈，密封圈两面受工作压力作用时，则在密封圈的两侧各装个保护圈(见图8)。但为了促使密封槽尺寸标准化及维护程序方便，在各种情况下，即使仅在一个方向上承受压力，在每个密封槽中还是希望使用两个保护圈。12 HB/Z 4-95 向l主旦丘压力方向图8安装保护圈的形式3.9 材料选择3. 9. 1 根据密封性质、工作介质及使用温度选择密封圈材料。磷酸酶液压泊选用三元乙丙橡胶;石油基液压泊选用丁晴橡胶、氟橡胶和硅橡胶等。3.9.2 密封结构的材料用于制造密封结构的材料应符合有关标准要求，并且具有良好的抗腐蚀性能。3.9.3 保护圈的材料保护圈的材料，一般广泛的采用聚四氟乙烯。这种材料的耐热性与

25、耐寒性能都很好，摩擦系数小，又有较好的弹性和耐腐蚀性。聚四氟乙烯材料的基本状态为不洋火的，对厚度较薄的，必要时亦可采用洋火状态。3. 10 活动和固定密封的设计要素3.10.1 密封固的安装密封结构的设计与密封圈的安装应考虑在安装和装配过程中，当密封圈通过螺纹或其它尖角时不致被损伤。即使在极限偏差情况下，它们之间也应存在间隙。在所有交叉孔中，都应使用有倒角的环形凹槽。另外，内孔与交叉孔贯穿形成的边缘也应倒钝。切槽和倒角的典型方法如图9所示。在槽中自由状态的密封圈倒角15.-.30内孔切槽的示倒图9避免尖安装角的方法3.10.2 密封圈在非限定区内的工作XY 导向斜面示例Y 袖、筒设计时应避免密

26、封圈通过孔、口、台阶孔等。否则，将造成正常工作下对密封圈内径、外径及侧边失去限定，影响密封性。3.10.3 活动密封行程13 HB/Z 4-95 一个活动密封结构当位于构件极限行程或调整行程位置(包括最不利的偏差)下，沟槽或密封结构的引导角应与任何倒角、切槽、其它孔口的最接近它的边缘保持足够距离。这样的密封装置在接通工作压力及整个工作温度范围内，就不会发生挤出，晴切及其它损伤。以上这些情况也同样适用于固定密封装置。3.10.4 每个密封槽中0形密封圈的数日在同一个密封槽或邻近的密封槽中使用两个或更多的0形密封圈，就会在密封圈之间产生压力阻塞，尤其是当液压油和润滑油在相邻的两个0形密封圈之间阻塞

27、并随着温度升高时，此段的液压油和润滑油就会产生热膨胀，以致引起附件在工作中产生卡死现象。若由于某种设计原因，要求使用两个或更多的。形密封圈，则必须采取适当措施，如在两个O形密封圈之间开排油孔.防止压力阻塞。3.10.5 弹性鼓胀在液压系统中，用薄壁圆筒将密封装置限制在其里边的作动筒活塞头密封结构和类似的结构中，因加压时薄壁圆筒会产生径向鼓胀，其总的工作间隙可能大于标准规定的数值。经验表明，对于孔径小于140mm的作动筒，当活塞在一端极限位置时，在缸筒中间点，仅由压力而产生的径向鼓胀每25mm孔径不超过O.05mmo紧靠作动筒活塞头密封装置横截面处的实际鼓胀要小于每25mm孔径。05mm这个数值

28、。这是由于此处缸筒材料的挠性减小了。由于制造上的考虑，小孔径，低压缸简鼓胀通常也较小。有较大径向鼓胀的大孔径缸筒戎零件，应进行使订货方满意的试验，以保证密封固和密封装置有足够的工作寿命。3.10.6 减小压缩量减小密封圈的压缩量，将略微减小低压工作状态下(345kPa)的摩擦力和起动力。当减小压缩量时，在低压密封F通常需要较好的表面粗糙度。由于高压下。形密封圈被挤压到密封槽的端，从而使已经减小的摩擦力又被抵消。图10是密封圈于不同压力下在其密封槽中的状态和位置。根据表面粗糙度、密封时间、压力、压缩量等因素，0形密封圈的起动摩擦力要大于移动摩擦力。定要特别注意确保低温低压力下不产生渗漏。3.10

29、.7 增加压缩量。形密封圈的压缩量大于表2给的数值时会产生一些较大装配问题，因而需要在台肩部有较大的戎较平的斜度或两者均需要(见图9)。增加压缩量在工作中也会增加密封圈摩擦和滚动的趋势，反过来又会缩短密封圈的寿命，低压摩擦力将增大。但是，从低温泄渗角度来看，增加压缩量会降低元件的临界低温泄漏温度。3.10.8 摩擦力起动摩擦力系因密封材料被压入不规则的配合表面或是由于密封材料的附着力，或是两者同时产生的作用所致。形密封圈的起动摩擦力比移动摩擦力大。所有的密封圈都存在最小摩擦力。是不能以改变密封圈的设计方法使之再减少的。当遇到摩擦力问题时，用个特殊的密封结构要比用特殊的密封圈好一些。4 密封结构

30、设计程序按F列程序设计密封结构14 HB/Z 4-95 -O压力345kPa压力6900kPa压力l0300kPa压力挤出物20600kpa压力矩形槽防挤出密封图10压力增加时，()形密封图在各种密封槽里的相对位置4. 1 根据使用条件选取密封圈材料。4.2 结构尺寸设计。4.2. 1 按已知的直径，或Dd根据图4中与d的大致关系初选密封圈尺寸D和dd 4.2.2 从表1、表2中选取拉伸率及压缩率YC轴沟槽密封:a由求系数K值(图2); b. b二Kd; c. h二b(1-Y); d. D,=,-2h; D, + d , - -e. LJ=-a: 若所得之D，、0需圆整时，圆整后代入上列公式重

31、新计算，并使算得的拉f申率与压缩率满足表1、表2要求。f取Dd=同】;15 E槽宽B=K，.d;孔沟槽密封:0+ d a. 0=二d; HB/Z 4-95 若D需圆整时，则要重新按公式(2)计算值，其值应满足表1要求。b由求系数K值(图2); c. b二K.d; d. h=b(1 -y); e. D, =Dd+2h; 若D，需圆整时，圆整后代入上列公式重新计算，并使算得的压缩率满足表2要求。f取DD=Dd;g确定槽宽B=K，.d。4.2.3 按第3章的规定选取配合类别、表面粗糙度、密封圈尺寸偏差及压模分模面等。4.2.4 活动密封或重要的固定密封按第3.1.3节的规定计算最小压缩率，其值应大于表2规定的最小允许压缩率。4.2.5 根据使用要求，按第3.8节的规定设计保护圈。附加说明z本标准由中国航空工业总公司301研究所提出。本标准由172厂、112厂、301所负责起草。本标准主要起草人:许广吉、张希斌、刘铁良。16