O型圈动密封接头设计

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【摘　要】根据O型圈动密封接头的使用工况，设计其密封结构，从理论上计算器结构的尺寸公差范围。通过对密封接头的大量的实验及实际应用中的状况，来验证该密封结构设计的合理性，并能够解决实际应用中遇到的密封问题。

【关键词】O型圈；动密封；密封结构

像电子膨胀阀等产品都必须进行出厂检验，检测过程中最重要的一点就是无损密封。使用较多的是O型圈密封。传统的密封都是靠装配时的预应力来达到密封的效果，在被密封零件需要频繁安装与拆卸的情况下，安装及拆卸的过程大大增加了O型圈的磨损及损坏，严重影响使用寿命。

通过对工厂工人的实际工作情况及电子膨胀阀测试设备的调查研究，设计了一种O型圈动密封接头，经过试验及实际应用，证实该接头达到了密封要求，延长了使用寿命。

1、动密封接头结构设计

动密封接头结构如图1，包括进气内筒1、套筒2和压紧帽3，套筒2套装在进气内筒1的上部，压紧帽3连接在套筒内的上部，在进气内筒1与套筒2之间设有静密封O型圈4和5，在套筒2与压紧帽3之间设有静密封O型圈6。还包括动密封O型圈7，在套筒2内设有一个环形台阶21，动密封O型圈7嵌装在该环形台阶内并被压紧帽3封盖；在进气内筒1侧壁上设有径向进气孔11和轴向气体通道12，径向进气孔11与轴向气体通道12连通；在套筒2侧壁上设有轴向气体通道22与进气内筒侧壁上的轴向气体通道11连通并与套筒2内的环形台阶21连通。

2、接头密封设计

2.1密封设计

进气内筒、套筒与压紧帽之间互相用螺纹连接固定，由O型圈4、5、6来实现结构密封。

图2　径向密封的活塞密封沟槽型式

图3　径向密封的活塞杆密封沟槽型式

此处密封依据国家标准GB/T3452.3-2005的相关内容进行设计，此处为静密封，属于常规的密封结构。

O型圈7的密封形式为本文研究的重点。由于本密封接头的使用工况是被密封的工件需要高频率的安装及拆卸，经常会造成普通密封结构的O型圈的损坏。在工件需要插入密封接头时，密封接头没有通气，O型圈7只受上下两个平面的挤压力变形（以下称为自然状态）。此处压缩量参照国家标准GB/T3452.3-2005中的轴向密封受外部压力的沟槽形式的尺寸进行设计，以保证使用过程中上下平面的密封。

图4轴向密封受外部压力的沟槽型式

当被密封工件安装进入密封接头时，O型圈外侧没有受压，内径尺寸大于等于被密封工件的外径，避免了对O型圈的磨损及损伤，保证了密封性能并延长使用寿命。当被密封工件安装定位后，夹紧气通过气体通道1112142221环形台阶，气体均匀给O型圈7的外径部分于压力，O型圈7由于外侧受压，向内侧变形，压紧被密封工件，如图5所示。

当夹紧气使O型圈变形压紧被密封工件后，通测试气由138，到达被密封工件的内部气体通道及O型圈7与被密封工件中间的空腔内，此时O型圈7被夹紧气压缩变形，由于设定的夹紧气的压力大于等于测试气的压力，同时，由图5可以看出，O型圈7受夹紧气压缩的面积比测试气压缩该O型圈的面积的两倍还大，此时相当于O型圈7处于径向密封活塞杆密封状态，实现了O型圈动密封接头的密封功能。

当测试完毕后，关闭夹紧气与测试气，O型圈恢复自然状态，与被密封工件几乎没有摩擦力，方便工件拆卸。

2.2密封沟槽设计

O型圈7的密封方式结合了轴向端面密封及径向密封活塞杆密封两种密封形式，在确定其尺寸时要考虑两方面的因素。由于在O型圈动密封接头工作过程中，O型圈是有向中心轴线压缩变形的状况，其将在上下两平面间出现滑动，如果上下尺寸偏小，造成O型圈7的变形量较大，将会出现夹紧气不能够使该O型圈发生足够的变形已使其与被密封工件充分接触，达到密封状态。同时，如果O型圈7变形量不足，将会出现测试气与夹紧气串通现象，使动密封接头失去密封作用。

3、密封性能试验

3.1动密封接头耐压试验

根据设计，首先对O型圈动密封接头的密封性能进行了测试，以验证设计结构及尺寸的合理性。采用相同测试气压力不同夹紧气压力及相同夹紧气压力不同测试气压力两种情况下的泄漏量进行了测试，经过多次试验，分析整理记录的数据后得出以下结论：

（1）与O型圈7接触的上下两个平面使其产生的压缩率对其密封状态有很大影响，经试验对比，O型圈线径在3mm左右时，其压缩率在25%左右较为合适。

（2）夹紧气与测试气压力相等时，会出现密封效果不好的状况，夹紧气比测试气压力大0.2MPa以上时，密封效果良好。

3.2实际应用性能试验

根据耐压试验的统计分析，确定将夹紧气压力定为0.6MPa，测试气压力为0.4MPa，进行了在测试设备上面的O型圈动密封接头的实际应用性能试验，试验装置如图6，证实该密封接头密封效果良好，O型圈使用寿命得到大幅度延长，达到了预期效果。

4、结论

（1）从结构上设计分析了O型圈动密封接头的详细设计思路，确定了其中密封环节的密封方法，介绍了该密封接头的使用方法。

（2）用实验证明了该密封接头的可行性，同时通过对试验数据的整理分析，得出其夹紧气应至少比测试气的气压大0.2MPa，才能够确保气密封效果的可靠性。

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