O形圈平面密封接頭的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)探討

2014-08-25 李福送 深圳壽力亞洲實(shí)業(yè)有限公司

  O形圈密封接頭作為機(jī)械產(chǎn)品上常用的連接件方式,相互之間的配合選擇正確與否直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能可靠性。該文綜合分析了國內(nèi)外各種接頭設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),針對不同標(biāo)準(zhǔn)油口尺寸、O形圈密封選用標(biāo)準(zhǔn),明確它們之間如何相互配合使用;同時(shí)也系統(tǒng)分析了GB/T2878的不合理性,提出一種新的O形圈平面密封接頭配合標(biāo)準(zhǔn),不僅可解決GB中密封泄漏問題,從而有效提高產(chǎn)品性能的可靠性,并且對于機(jī)械零件的密封連接方式提供積極有效的借鑒參考作用。

  接頭是機(jī)械產(chǎn)品上常用的連接件之一,O形圈密封接頭作為機(jī)械產(chǎn)品上常用的連接件方式,相互之間的配合選擇正確與否直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能可靠性。設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到美制或公制螺紋的接頭,另外O形圈的選用也會遇到不同標(biāo)準(zhǔn)的,油口尺寸標(biāo)準(zhǔn)也有不同的標(biāo)準(zhǔn),工程師遇到不同的接頭或面對眾多的接頭標(biāo)準(zhǔn)往往很迷茫,本文將針對O形圈平面密封接頭在這標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方面給予論述,希望能澄清接頭方面的設(shè)計(jì)知識,為工程師從事接頭設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1、典型的連接方式及結(jié)構(gòu)

  典型的密封接頭連接方式可以分為螺紋連接孔口O形圈密封以及軸向密封和徑向密封三種。如圖1所示。

O形圈平面密封接頭的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)探討

圖1密封接頭

2、油口尺寸標(biāo)準(zhǔn)

  值得說明的是油口尺寸標(biāo)準(zhǔn)有不同的標(biāo)準(zhǔn)如SAE/ISO/GB等,對于公制螺紋的連接,這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的油口尺寸一致,分別是GB/T 2878、ISO 6149-1、SAEJ 2244-1,另外英制螺紋連接的油口尺寸參見ISO 11926-1、SAEJ 1926-1。密封元件的油口型式如圖2、圖3所示。

O形圈平面密封接頭的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)探討

圖2內(nèi)螺紋溝槽圖3外螺紋溝槽

3、O形圈平面密封接頭相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

  實(shí)際設(shè)計(jì)中所涉及的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有JB/T 966、GB/T 2878還有ISO和SAE標(biāo)準(zhǔn),為了方便設(shè)計(jì)參考,總結(jié)見表1,其中DOC-00042是我們公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),關(guān)于此企標(biāo)的合理性在之后給予闡述。

4、ISO 6149、DOC-00042與GB/T 2878的優(yōu)缺點(diǎn)探討

4.1、GB/T 2878標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分析及缺點(diǎn)

  通過分析GB/T 2878相關(guān)規(guī)定內(nèi)容,可知:

  (1)此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了同ISO 6149一樣的油口尺寸,但是沒有直接給出對應(yīng)的柱端螺紋密封接頭標(biāo)準(zhǔn);

  (2)此標(biāo)準(zhǔn)中給出了推薦的O形圈采用GB 3452標(biāo)準(zhǔn),但此O形圈標(biāo)準(zhǔn)中對于此類油口密封形式既有徑向密封又有軸向密封的規(guī)定也不是很明確;

  (3)由于標(biāo)準(zhǔn)中沒有直接給出對應(yīng)的柱端螺紋密封接頭標(biāo)準(zhǔn),只能根據(jù)其選用的O形圈標(biāo)準(zhǔn)GB 3452來確定柱端螺紋密封接頭尺寸,因此有可能柱端螺紋接頭是非標(biāo)的。

表1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯總

O形圈平面密封接頭的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)探討

  實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)GB/T 2878推薦的O形圈不能滿足使用要求,經(jīng)常發(fā)生泄漏,此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的油口尺寸與ISO標(biāo)準(zhǔn)相同,但O形圈推薦GB的規(guī)格,實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)O形圈被過度擠壓,產(chǎn)生塑性變形,甚至發(fā)生損壞。

4.2、模擬油口與O形圈安裝時(shí)壓縮情況對比分析

  為了直觀描述油口形式尺寸與O形圈配合實(shí)際狀況,我們用AUTOCAD軟件把公制螺紋柱端密封接頭ISO 6149、GB/T 2878、DOC-00042中平面密封油口尺寸和對應(yīng)O形圈的初始安裝進(jìn)行模擬,準(zhǔn)確計(jì)算O形圈被壓縮的狀況。為了便于表達(dá),在本文中做以下定義,見圖4。d-表示O形圈的直徑;K-表示油口的斜口高度用;h-表示當(dāng)O形圈的外徑與斜口相切時(shí),其最高處與端面的距離。

O形圈平面密封接頭的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)探討

圖4尺寸定義

  通過選用幾種典型螺紋規(guī)格:M12、M14、M16、M18、M20、M22、M22、M27、M33、M42、M50、M60,針對其孔口尺寸及對應(yīng)O形圈安裝后,測量出相應(yīng)的h值,統(tǒng)計(jì)匯總后得到的數(shù)據(jù)見圖5。圖中可找出以下幾點(diǎn)規(guī)律:

各標(biāo)準(zhǔn)中油口與O 型圈壓縮對比圖

圖5各標(biāo)準(zhǔn)中油口與O型圈壓縮對比圖

  (1)對于公制螺紋柱端密封標(biāo)準(zhǔn)ISO 6149:選用有兩種O形圈規(guī)格2.2、2.9,當(dāng)同一個(gè)O形圈規(guī)格時(shí),相應(yīng)的h值都相同;其中螺紋M20、M50由于此標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出O形圈標(biāo)準(zhǔn),因此數(shù)值為空。整個(gè)曲線很有規(guī)律。

  (2)對于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DOC-00042:選用有兩種O形圈規(guī)格2.65、3.55,當(dāng)同一個(gè)O形圈規(guī)格時(shí),相應(yīng)的h值都相同;整個(gè)曲線很有規(guī)律。

  (3)對于液壓元件螺紋連接油口型式和尺寸GB/T 2878:選用有兩種O形圈規(guī)格2.65、3.55,當(dāng)同一個(gè)O形圈規(guī)格時(shí),相應(yīng)的h值都不完全相同,整個(gè)曲線高低不平,沒有規(guī)律。

4.3、新標(biāo)準(zhǔn)DOC-00042的優(yōu)點(diǎn)及結(jié)論

  通過上表分析所述及實(shí)際應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)GB/T 2878推薦的O形圈不合理從而出現(xiàn)問題的原因,為了解決此問題,仍然采用GB的O形圈,我們根據(jù)ISO 6149和GB/T 3452.3的標(biāo)準(zhǔn),重新計(jì)算油口尺寸和對應(yīng)的O形圈,并形成了企業(yè)標(biāo)DOC-00042,實(shí)踐證明該企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)能很好地解決了GB/T 2878帶來的問題,因此可以得出以下結(jié)論:

  (1)GB/T 2878規(guī)定的油口尺寸正確,但推薦的O形圈不合理,O形圈應(yīng)采用SAEJ515標(biāo)準(zhǔn),這是設(shè)計(jì)上優(yōu)先選用的標(biāo)準(zhǔn);

  (2)至于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DOC-00042的制定是出于兩個(gè)原因,其一是為了解決歷史設(shè)計(jì)問題,仍然用GB的O形圈,可通過改進(jìn)油口尺寸解決泄漏問題,其二是之前SAEJ515標(biāo)準(zhǔn)的O形圈國內(nèi)采購困難。新的設(shè)計(jì)不作為優(yōu)先選用的標(biāo)準(zhǔn);

  (3)建議GB/T 2878修改有關(guān)推薦O形圈的規(guī)格,應(yīng)該與ISO 6149的規(guī)定一致。