O形圈平面密封接头的相关设计标准探讨

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)深圳寿力亚洲实业有限公司 作者:李福送

  O形圈密封接头作为机械产品上常用的连接件方式,相互之间的配合选择正确与否直接关系到产品的性能可靠性。该文综合分析了国内外各种接头设计标准,针对不同标准油口尺寸、O形圈密封选用标准,明确它们之间如何相互配合使用;同时也系统分析了GB/T2878的不合理性,提出一种新的O形圈平面密封接头配合标准,不仅可解决GB中密封泄漏问题,从而有效提高产品性能的可靠性,并且对于机械零件的密封连接方式提供积极有效的借鉴参考作用。

  接头是机械产品上常用的连接件之一,O形圈密封接头作为机械产品上常用的连接件方式,相互之间的配合选择正确与否直接关系到产品的性能可靠性。设计中经常遇到美制或公制螺纹的接头,另外O形圈的选用也会遇到不同标准的,油口尺寸标准也有不同的标准,工程师遇到不同的接头或面对众多的接头标准往往很迷茫,本文将针对O形圈平面密封接头在这标准应用方面给予论述,希望能澄清接头方面的设计知识,为工程师从事接头设计提供经验参考。

1、典型的连接方式及结构

  典型的密封接头连接方式可以分为螺纹连接孔口O形圈密封以及轴向密封和径向密封三种。如图1所示。

O形圈平面密封接头的相关设计标准探讨

图1密封接头

2、油口尺寸标准

  值得说明的是油口尺寸标准有不同的标准如SAE/ISO/GB等,对于公制螺纹的连接,这三个标准规定的油口尺寸一致,分别是GB/T 2878、ISO 6149-1、SAEJ 2244-1,另外英制螺纹连接的油口尺寸参见ISO 11926-1、SAEJ 1926-1。密封元件的油口型式如图2、图3所示。

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图2内螺纹沟槽图3外螺纹沟槽

3、O形圈平面密封接头相关标准

  实际设计中所涉及的相关标准有JB/T 966、GB/T 2878还有ISO和SAE标准,为了方便设计参考,总结见表1,其中DOC-00042是我们公司的企业标准,关于此企标的合理性在之后给予阐述。

4、ISO 6149、DOC-00042与GB/T 2878的优缺点探讨

4.1、GB/T 2878标准规定分析及缺点

  通过分析GB/T 2878相关规定内容,可知:

  (1)此标准中规定了同ISO 6149一样的油口尺寸,但是没有直接给出对应的柱端螺纹密封接头标准;

  (2)此标准中给出了推荐的O形圈采用GB 3452标准,但此O形圈标准中对于此类油口密封形式既有径向密封又有轴向密封的规定也不是很明确;

  (3)由于标准中没有直接给出对应的柱端螺纹密封接头标准,只能根据其选用的O形圈标准GB 3452来确定柱端螺纹密封接头尺寸,因此有可能柱端螺纹接头是非标的。

表1相关标准汇总

O形圈平面密封接头的相关设计标准探讨

  实际应用中发现GB/T 2878推荐的O形圈不能满足使用要求,经常发生泄漏,此标准规定的油口尺寸与ISO标准相同,但O形圈推荐GB的规格,实际应用中发现O形圈被过度挤压,产生塑性变形,甚至发生损坏。

4.2、模拟油口与O形圈安装时压缩情况对比分析

  为了直观描述油口形式尺寸与O形圈配合实际状况,我们用AUTOCAD软件把公制螺纹柱端密封接头ISO 6149、GB/T 2878、DOC-00042中平面密封油口尺寸和对应O形圈的初始安装进行模拟,准确计算O形圈被压缩的状况。为了便于表达,在本文中做以下定义,见图4。d-表示O形圈的直径;K-表示油口的斜口高度用;h-表示当O形圈的外径与斜口相切时,其最高处与端面的距离。

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图4尺寸定义

  通过选用几种典型螺纹规格:M12、M14、M16、M18、M20、M22、M22、M27、M33、M42、M50、M60,针对其孔口尺寸及对应O形圈安装后,测量出相应的h值,统计汇总后得到的数据见图5。图中可找出以下几点规律:

各标准中油口与O 型圈压缩对比图

图5各标准中油口与O型圈压缩对比图

  (1)对于公制螺纹柱端密封标准ISO 6149:选用有两种O形圈规格2.2、2.9,当同一个O形圈规格时,相应的h值都相同;其中螺纹M20、M50由于此标准中没有给出O形圈标准,因此数值为空。整个曲线很有规律。

  (2)对于企业标准DOC-00042:选用有两种O形圈规格2.65、3.55,当同一个O形圈规格时,相应的h值都相同;整个曲线很有规律。

  (3)对于液压元件螺纹连接油口型式和尺寸GB/T 2878:选用有两种O形圈规格2.65、3.55,当同一个O形圈规格时,相应的h值都不完全相同,整个曲线高低不平,没有规律。

4.3、新标准DOC-00042的优点及结论

  通过上表分析所述及实际应用情况可以发现GB/T 2878推荐的O形圈不合理从而出现问题的原因,为了解决此问题,仍然采用GB的O形圈,我们根据ISO 6149和GB/T 3452.3的标准,重新计算油口尺寸和对应的O形圈,并形成了企业标DOC-00042,实践证明该企业标准能很好地解决了GB/T 2878带来的问题,因此可以得出以下结论:

  (1)GB/T 2878规定的油口尺寸正确,但推荐的O形圈不合理,O形圈应采用SAEJ515标准,这是设计上优先选用的标准;

  (2)至于企业标准DOC-00042的制定是出于两个原因,其一是为了解决历史设计问题,仍然用GB的O形圈,可通过改进油口尺寸解决泄漏问题,其二是之前SAEJ515标准的O形圈国内采购困难。新的设计不作为优先选用的标准;

  (3)建议GB/T 2878修改有关推荐O形圈的规格,应该与ISO 6149的规定一致。

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