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汽车空调O型圈的设计和校核

时间:2015-08-10 09:39 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:陈黄梅 点击次数:

   【摘 要】汽车空调是一个较新的行业,它在20世纪90年代才来到我国,因此,与汽车空调有关的技术及设计标准大都来自国外,包括汽车空调O型圈的设计和校核,我国还没有完善的标准体系。本文将针对“汽车空调O型圈的设计和校核”这一主题进行阐述,使大家对这方面的内容有一个更加深入的了解。

  【关键词】压缩率;伸长量;拉伸率

  0 前言

  汽车空调O型圈价格便宜,制造方法较为简洁,易安装,功能完善,在汽车空调行业应用的范围较广。而为了使O型圈在空调系统密封中发挥出更加稳定、更加牢靠的作用,做好汽车空调O型圈的设计和校核工作是非常有必要的。

  1 O型圈的概述与密封原理

  1.1 O型圈概述

  O型橡胶圈密封圈简称O型圈,是一种截面形状为圆形的橡胶圈。O型密封圈是液压、气动系统中使用最广泛的一种密封件。O型圈有良好的密封性能,即可用于静密封,也可用于动密封中。不仅可单独使用,而且是很多组合式密封装置中的基本组成部分。它的使用范围很宽,如材料和尺寸选择得当,可以满足各种介质和各种运动条件的要求。

  1.2 O型圈密封原理

  O型密封圈是一种挤压式密封,挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形,在密封接触面上造成接触压力,接触压力大于被密封介质的内压,则不发生泄漏,反之则发生泄漏。

  1.3 汽车空调O型圈材料选择

  O型圈的材料有很多,例如:天然橡胶(NR),丁苯胶(SBR),丁基橡胶(IIR),但是,汽车空调O型圈的材料是氢化丁腈胶(HNBR)。

  氢化丁腈胶(HNBR)是丁腈胶在氢化后得到的物质,氢化丁腈胶(HNBR)与丁腈胶相比,耐温性、耐候性都更为理想。氢化丁腈胶(HNBR)的温度范围是:-25摄氏度至150摄氏度。氢化丁腈胶(HNBR)的抗磨效果、抗撕效果、抗张效果都很好,它在各种大气条件下的抵抗性都较好。

  2 汽车空调O型圈的设计

  汽车空调O型橡胶密封尺寸按照国家标准GB3452.1液压气动用橡胶密封圈尺寸系列设计,汽车O型橡胶密封尺寸公差按照GB3452.1液压气动用橡胶密封圈尺寸公差标准设计。

  2.1 压缩率

  压缩率设计公式:压缩率=(O型圈断面直径—沟槽深度)÷O型圈断面直径×100%设计人员在设计压缩率的时候,要注意以下三点:a、密封的基础面积要达到相关标准;b、要尽量避免变形情况的发生;c、摩擦力必须要控制在合理的范围之内。压缩率的具体范围要根据以下几种情况确定:圆柱密封,压缩率:10%~15%;平面静密封,压缩率:15%~30%;往复运动密封,压缩率10%~15%;旋转运动密封,压缩率3%~8%;在摩擦力较小的条件下,压缩率:5%~8%。

  2.2 伸长量

  伸长量计算公式:O型圈内径伸长率=(O型圈安装沟槽底径—O型圈实际内径)÷O型圈实际内径。

  在安装后,设计人员最需要注意的就是O型圈的伸长量,伸长量的范围推荐在1.03~1.05之间。

  2.3 拉伸率

  拉伸率设计公式:拉伸率=(轴径+截面直径)÷(O型圈内径+截面直径)×100%

  O型圈装入轴中后,会出现拉伸,如果无拉伸,装配时容易脱出,如拉伸过大,会导致O型圈截面积减少太多,出现泄漏。拉伸率的大体范围为:在1%~5%之间。

  2.4 间隙

  在设计时,设计人员应该尽可能的缩小间隙。O型圈沟槽径向间隙要符合相关规定,防止O型圈在间隙中被挤出。被密封元件的径向间隙与系统压力、O型圈截面直径、O型圈的硬度有着密不可分的联系。

  2.5 圆角

  槽口圆角半径在0.1~0.2mm之间,可以有效避免O型圈在装配时出现划伤问题;槽底圆角半径在0.1~1mm之间,避免出现应力过于集中的现象。

  2.6 沟槽

  沟槽体积要比O型圈体积大15%。沟槽较易加工,在设计沟槽的时候,除要确保精度、尺寸外,还要保证沟槽容易拆卸。

  沟槽宽度:沟槽宽度过窄,沟槽容易磨损;沟槽宽度太宽,沟槽容易扭曲。

  沟槽深度:槽深的设计决定O型圈的设计压缩量,沟槽深度加上间隙小于O型圈自由状态下O型圈的线径。

  O型安装沟槽深度推荐如下:

  d0=O型圈断面直径,b=沟槽宽度,H=沟槽深度

  (a)当d0=1.2mm,b=1.5mm时,沟槽深度为:活塞密封,H=1.05mm;活塞杆密封,H=1.08mm;静密封,H=0.9mm;

  (b)当d0=1.8mm,b=2.2mm时,沟槽深度为:活塞密封,H=1.58mm;活塞杆密封,H=1.64mm;静密封,H=1.3mm;

  (c)当d0=2.65mm,b=3.4mm时,沟槽深度为:活塞密封,H=2.38mm;活塞杆密封,H=2.44mm静密封,H=2.0mm;

  (d)当d0=3.55mm,b=4.6mm时,沟槽深度为:活塞密封,H=3.25mm;活塞杆密封,H=3.34mm;静密封,H=2.7mm;e、当d0=5.3mm,b=6.9mm时,沟槽深度为:活塞密封,H=4.87mm;活塞杆密封,H=5.01mm;静密封,H=4.0mm;

  (f)当d0=7.0mm,b=9.30mm时,沟槽深度为:活塞密封,H=6.48mm;活塞杆密封,H=6.65mm;静密封,H=5.4mm。

  槽楞外圆角:r=0.1~0.2mm;槽底圆角:R=0.2~0.5mm

  沟槽的形状有很多,具体如下:矩形沟槽,在静密封和动密封中较为常见;V型沟槽,适用于静密封和低压条件下的动密封,但是,V型沟槽摩擦力大,所以,V型沟槽并不经常被使用;半圆形沟槽,适用于旋转密封运动;燕尾型沟槽,适用于摩擦力较小的密封中,但是这种沟槽的工艺性能不是很高,实用性较低。

  2.7 汽车空调O型圈安装注意事项

  (1)O型圈为橡胶制品,存放的环境温度不宜过高(低于150度),1避免长时间的高温造成O型圈的老化。

  (2)带有O型圈的管路接头装配前,需进行必要的现场自检,确认O型圈是否在其要求的工况位置,规避运输,搬运过程中存在的潜在失效风险。

  (3)装配前涂油,避免摩擦过大造成O型圈损坏。

  (4)在管路安装的时候,要使接头和对接面保持同心度,防止在倾斜的时候工人用力对接造成O型圈损坏。

  (5)管路装配时,接头的堵盖要做到即拆即用,防止拆掉时长时间 不装,造成划伤、破损。

  3 汽车空调O型圈的校核

  3.1 管路各接口处O型圈的校核

  校核O型圈,主要要看压缩量、伸长量和拉伸率。压缩量偏大,会产生泄漏,密封效果不良;拉伸过大会造成密封不良、O型圈的寿命减少。

  3.2 汽车O型圈校核结果判定如下:

  压缩量:15%~25%——国标及设计手册推荐(下转第277页)

  (上接第97页)伸长量:1.03~1.04——国标及设计手册推荐

  拉伸率:2%~5%——国标及设计手册推荐

  4 结语

  汽车空调O型圈的设计不当,不单单会影响汽车空调O型圈的使用性能,还会加大它的损坏程度。

  O型圈设计完成后,主要的工作就是校核,根据校核结果对设计进行修正。

  【参考文献】

  [1]章习柱.O形圈在低压气动装置中的使用[J].液压与气动,2010,10(12):68-69.

  [2]冯利军,臧彦斌.O型密封圈的选择与设计[J].现代车用动力,2011,3(10):32-33.

  [3]国家标准GB/T531.1、GB/T6031、GB3452.1、GB3452.3等. 


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