密封設計規(guī)范

1、密封設計規(guī)范目錄目錄-1參考資料-21.目的-32.適用范圍-33.密封概述-3 3.1墊片靜密封-3 3.1.1.墊片密封結(jié)構(gòu)及原理-3 3.1.2.墊片的密封機理及選型-3 3.1.3.法蘭面墊片密封的壓緊型式-4 3.2密封膠靜密封-5 3.2.1密封膠密封結(jié)構(gòu)及原理-5 3.2.2密封膠密封的壓緊型式-6 3.3成型填料密封-6 3.3.1非金屬O型圈的密封結(jié)構(gòu)機理-6 3.3.2非金屬O型圈失效模式-20 3.3.3 其他型式的密封圈 -253.3.4 金屬空心O型環(huán)密封-254密封試驗-25參考資料：1）<<機械設計手冊>>第五版 .化學工業(yè)出版社2）<

2、;<機械設計圖冊>> 北京.化學工業(yè)出版社.20003) 國標GB 700 86，GB 4208等密封標準4）1.目的：統(tǒng)一規(guī)范電池組箱體密封設計標準，方便開發(fā)人員進行密封結(jié)構(gòu)設計。2.適用范圍：標準適用于天津市捷威動力有限公司動力電池開發(fā)部開發(fā)的電池組系統(tǒng)。3.密封概述：電池組箱體密封主要采用墊片靜密封，密封膠靜密封，成型填料（動靜）密封三大類。3.1. 墊片靜密封。墊片密封主要是橡膠平墊結(jié)構(gòu)，具體橡膠平墊的規(guī)格要根據(jù)箱體的機構(gòu)定型。3.1.1.墊片密封結(jié)構(gòu)及原理利用平墊式不親油，不親水，承受壓力情況下變形小的泡棉材料，硅膠材料及橡膠材料布置于上下電池組箱體配合面

3、上，靠上下箱體壓緊密封。3.1.2.墊片的密封機理及選型密封墊是靠外力壓緊而產(chǎn)生彈性或塑性變形,從而填滿金屬表面上微小的凹凸不平來實現(xiàn)密封的。如果壓力太小,墊片沒有壓緊就不能止漏,但壓緊力太大往往又會使墊片產(chǎn)生過大的壓縮變形甚至破壞.因此,為了正確地使用密封墊,必須采用恰好保證密封的最小壓緊力，一般墊片的變形量要控制在小于20%，以保持密封材料的彈性，達到密封效果。在設計電池組箱體時要綜合考慮最小壓緊力（目前還沒有密封材料對應最小壓緊力的數(shù)據(jù)）及墊片變形量。表1,，螺釘扭矩與螺釘最小壓緊力間的關(guān)系目前公司已使用過的材料有東日，圣戈班，長瀨公司生產(chǎn)的EVA(發(fā)泡塑膠)，密封泡棉，高彈性泡棉材料。

4、具體的材料特性可參照本文3.3.1的9)16)。3.1.3.法蘭面墊片密封的壓緊型式 圖2，法蘭連接墊片密封圖2所示為法蘭連接墊片密封，圖a d的墊片型式為非金屬軟墊片，在設備及管道連接的密封應用較成熟，圖a密封墊片為滿鋪式，即整個法蘭面上用墊片鋪滿。因密封墊片接觸面積大，在同樣密封壓力條件下，螺栓受力大，法蘭受力比較均勻，適用于密封介質(zhì)壓力不高，鑄鐵法蘭的連接。圖b墊片接觸面比圖a小，螺栓受力有所改善。圖c是最常見的法蘭連接，在同樣螺栓受力條件下，密封壓緊力大，但法蘭根部需承受螺栓螺栓力引起的較大彎矩，適用于壓力較高，鋼制法蘭的連接。圖d為榫槽面法蘭連接，墊片寬度較窄，并位于槽內(nèi)，榫面法蘭在

5、螺栓力作用下壓緊墊片，墊片的變形量堆積在榫槽內(nèi)，外圓的間隙，使密封更加嚴密，適用于壓力較高，毒性較大，密封要求嚴格的法蘭連接。3.2.密封膠靜密封。 密封膠主要用于較成熟的電池組系統(tǒng)，以免造成拆裝電池組不便，但是密封膠因為是液體涂抹到電池組箱體密封法蘭上時可以很好地填充上下殼體間的間隙，待膠凝固后密封效果更能夠達到IP67。目前使用的液態(tài)密封膠有HT901。3.2.1.密封膠密封結(jié)構(gòu)與機理1) 對結(jié)合面間隙的估計.結(jié)合面在涂膠前先用量具測量間隙距離.當間隙小于0.1mm時,可單獨使用液態(tài)密封膠；如果間隙在0.10.3mm之間.液態(tài)密封膠必須與固體墊片并用才能達到良好的密封效果；當間隙

6、超過0.3mm,如果實驗條件不苛刻,使用溫度和工作壓力都不高時,采用液態(tài)密封膠與固體墊片共用也能達到滿意的密封效果,否則二者并用后仍將會產(chǎn)生泄漏或滲透。2)結(jié)合面間隙較大的部位，應選用可干可剝型，不干粘接型或半干粘彈型密封膠加固體墊片并用。3)電池組液冷管管接頭等螺紋密封,優(yōu)先考慮選用聚四氟乙烯生料帶和厭氧性液態(tài)密封膠。在螺紋管道間隙較小, 使用工作壓力和溫度要求不高的情況下,也可選用不干粘接型和半干粘彈型液態(tài)密封,但不能選用干粘著型和干可剝型密封膠。因為干型液態(tài)密封膠含有大量溶劑,溶劑揮發(fā)后形成的皮膜殘留在螺紋管道上,易堵塞管道面影響工作。4）密封膠分類3.2.2密封膠密封的壓緊型式1) 預

7、處理：將封面上的油污、水、灰塵或金屬屑除去。單獨使用時,兩密封面間間隙應不大于0.1mm。 2) 涂敷：涂敷厚度視密封的加工精度、平整度、間隙大小等具體情況而定,一般在電池包下箱體的配合法蘭面上涂敷0.120.2mm厚度即可。3)干燥：溶劑型液態(tài)密封膠需干燥,干燥時間時所用溶劑種類和涂敷厚度而定,一般為37mm。4) 緊固、緊固方法與使用墊片相同,不可錯動密封面。3.3. 成形填料密封。它是靠填料本身在機械壓緊力或介質(zhì)壓力的自緊作用下產(chǎn)生彈塑性變形而堵塞流體泄漏通道的。成形填料密封按工作原理分為擠壓密封圈（O-Ring密封結(jié)構(gòu)即O型密封圈）及唇型密封圈兩類，材料主要是橡膠。3.3.1

8、非金屬O型圈的密封結(jié)構(gòu)機理1） O型圈概述O型圈是一種界面形狀為圓形的橡膠圈，是液壓氣動中應用最廣泛的密封件。2）O型圈特點 1：安裝前 2：安裝后 3：箱體內(nèi)部有壓力情況特點： 1尺寸小裝拆方便 ，2動靜密封均可用， 3靜密封幾乎沒有泄漏 ，4單件使用雙向密封 ，5動摩擦力小 ，6價格低 。3）O型圈密封原理 O型圈密封是一種擠壓型密封。當密封件產(chǎn)生初始形變和應力Pseal，Pw>Pseal時，將不會泄漏。 Pm=P0+Pp，Pp=K×P。 Pm=P0+K×P K為介質(zhì)壓力傳遞給O型圈壓力的系數(shù)（對橡膠，K=1；對無縫鋼管？復合密封圈？） 因此，只要O型圈存在初始壓

9、力，就可實現(xiàn)無泄漏的絕對密封。 O型圈密封是一種自密封結(jié)構(gòu)4）O型圈密封壓縮變形率選擇 偏心 理論上0壓縮也可實現(xiàn)密封，實際是不可能的。 偏心 工作載荷下，O型圈拉伸，變細，就可能泄漏 低溫 橡膠收縮，變細，可能泄漏（低溫會造成橡膠加速老化，失去補償能力） 一般斷面有7%-30%的壓縮變形率，靜密封取大的壓縮率（15%-30%），動密封取小的壓縮率（9-25%） 5）O型圈受內(nèi)壓、外壓選擇 受內(nèi)壓 受外壓受內(nèi)壓 O型圈外徑與溝槽外徑相同 受外壓 O型圈內(nèi)徑與溝槽內(nèi)徑相同 防止出現(xiàn)在工作壓力下出現(xiàn)O型圈直徑變小。 將 O 形圈安裝在溝槽內(nèi)時，要受到拉伸或壓縮。若拉伸和壓縮的數(shù)值過大，將導致O形圈

10、截面過度增大或減小，因為拉伸1%相應地使截面直徑W 減小約0.5%。對于孔用（內(nèi)壓）密封，O形圈最好處于拉伸狀態(tài)，最大允許拉伸量為6%；對于軸用（內(nèi)壓）密封，O 形圈最好延其周長方向受壓縮，最大允許周長壓縮量為3%。 6）O型圈擠出原理 7）O型圈允許擠出間隙 最大允許擠出間隙g max 和系統(tǒng)壓力，O 形圈截面直徑以及材料硬度有關(guān)。通常，工作壓力越高，最大允許擠出間隙g max 取值越小。如果間隙g 超過允許范圍，就會導致O 形圈擠出甚至損壞,當壓力超過5MPa時，建議使用擋圈 表一，材料硬度，壓力及O型圈截面直徑間關(guān)系材料硬度壓力MPa O形圈截面直徑W 1.78 2.62 3.53 5.

11、33 7.00 邵氏硬度A70 3.50 0.08 0.09 0.10 0.13 0.15 7.00 0.05 0.07 0.08 0.09 0.10 10.50 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 邵氏硬度A80 3.50 0.10 0.13 0.15 0.18 0.20 7.00 0.08 0.09 0.10 0.13 0.15 10.50 0.05 0.07 0.08 0.09 0.10 14.00 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 17.50 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 邵氏硬度A90 3.50 0.13 0.15 0.20 0.23

12、 0.25 7.00 0.10 0.13 0.15 0.18 0.20 10.50 0.07 0.09 0.10 0.13 0.15 14.00 0.05 0.07 0.08 0.09 0.10 17.50 0.04 0.05 0.07 0.08 0.09 21.00 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 35.00 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 由上圖可知正確選擇電池組上下箱體間預留間隙是O-Ring密封圈密封作用的關(guān)鍵參數(shù)，但是前提要已知電池包內(nèi)部預壓，O型圈材料。8）O型圈壓縮量選擇 液壓-氣動-靜密封 液壓-動密封 氣動-動密封 和材料有關(guān)的O形圈圓周方

13、向的壓縮力9）O型圈材料特性 10）O型圈材料特性比較圖 11）O型圈材料特性排序 12）O型圈材料硬度 13）O型圈材料特性14）O型圈材料耐化學性 15）O型圈材料耐溫性 16）O型圈材料選擇原則 外界因素： 1，工作狀態(tài)：動密封，靜密封；連續(xù)工作，間斷工作等 2，工作介質(zhì)：液體、氣體還是兩相流，及介質(zhì)的物理化學性能，與介質(zhì)相容性 3，工作壓力：介質(zhì)工作壓力高低，壓力波幅，瞬時最大壓力 4，工作溫度：瞬時溫度和冷熱交變溫度 5，成本來源：成本低，來源廣 O型圈的硬度硬度： 一般為70-90邵氏硬度，靜密封選低值70，旋轉(zhuǎn)密封取高值80，極少采用90。 17）O型圈設計原則通則： O型圈密封

14、是擠壓式密封，設計主要內(nèi)容為O型圈的壓縮和拉伸。 O型圈直徑壓縮和拉伸。 a，壓縮量過?。盒孤?b，壓縮量過大：應力松弛引起泄漏 c，拉伸量過大：界面直徑減少太大而引起泄漏壓縮率設計： W%=(d0-h)/d0。 a，有足夠的密封接觸面積 b，避免永久變形 c，摩擦力盡量小 圓柱靜密封：10%-15%，平面靜密封：15%-30%。 往復運動密封：10%-15%。 旋轉(zhuǎn)動密封：內(nèi)徑比軸大3%-5%，外徑壓縮率為3%-8%。 低摩擦用密封：一般為5%-8%，考慮介質(zhì)和溫度引起的膨脹， 如超過15%，重新選材。 拉伸率設計： W%=(d0+d)/(d0+d1)。 O型圈裝入軸中后，一般會有拉伸，如果

15、無拉伸，裝配時容易脫出，如拉伸過大，會導致O型圈截面積減少太多，出現(xiàn)泄漏。 一般其拉伸量為1%-5%。 18)O型圈溝槽設計 槽體積比O型圈體積大15%左右。 設計參數(shù)：形狀，尺寸，精度，粗糙度，對于動密封，需要計算相對運動間隙。 原則：容易加工，尺寸合理，精度容易保證，拆裝方便。 a，有壓縮3%-30%的壓縮。 b，在介質(zhì)中膨脹，溫升膨脹。 c，太窄磨損，太寬滾動磨損。 O型圈溝槽深度設計： 槽深的設計決定O型圈的設計壓縮量，溝槽深度加上間隙小于O型圈自由狀態(tài)下O型圈的線徑。 O型圈的壓縮量由內(nèi)徑壓縮量和外徑壓縮量”構(gòu)成。 <”,O型圈安裝時受壓縮；拆卸時O型圈有彈跳；常用于旋轉(zhuǎn)密封。

16、 = ”,O型圈安裝時未受壓縮；最為常用。 > ”,O型圈安裝時受拉伸；用于滑動密封，如活塞密封。 O型圈溝槽槽口和槽底圓角設計： 槽口圓角：防止O型圈裝配時出現(xiàn)割傷和刮傷。R=0.10.2 mm 過大，過小會出現(xiàn)什么情況？（擠出和割傷） 槽底圓角：防止出現(xiàn)應力集中， 動：R=0.11.0 mm ，靜:R=d0/2 mm ， O型圈溝槽表面粗糙度設計： 靜密封：Ra=6.33.2， 動密封：Ra=1.6 ， 旋轉(zhuǎn)密封：軸凹槽：Ra=0.4或更小。 A，采用什么樣的工藝來加工溝槽比較好。 B，溝槽的粗糙度過大或過小會出現(xiàn)什么問題。 目的：防止O型圈在工作時出現(xiàn)間隙咬傷和擠出實效。 使用：單

17、向受壓，一個擋圈；雙向受壓，兩個擋圈。 O型圈溝槽型式和公差：詳見 GB/T 345233.3.2非金屬O型圈失效模式O型圈常見的失效原因有材料問題、壓縮變形、間隙咬傷、扭曲現(xiàn)象、磨料磨損、表面粗糙度不當和焦耳效應等。 1）壓縮變形，如下圖所示：2）O型圈磨損，如下圖所示： 3）O型圈安裝損壞，如下圖所示： 4）O型圈爆破失效，如下圖所示： 5）O型圈擠出失效 如下圖所示： 6）O型圈膨脹失效 如下圖所示： 7）O型圈老化/氧化失效 如右圖所示： 8）O型圈非典型失效 如右圖所示： 3.3.3 其他型式的密封圈 3.3.4 金屬空心O型環(huán)密封上圖為金屬空心O形環(huán)密封，圖ad表示出O形環(huán)設置在不同的位置上。 O形環(huán)的斷面形狀的長圓形。當環(huán)被壓緊時，利用環(huán)的彈性變形進行密封。O形環(huán)用管材焊接而成，常用材料為不銹鋼管，也可用低碳鋼管鋁管和銅管等。O形環(huán)的斷面形狀的長圓形。當環(huán)被壓緊時，利用環(huán)的彈性變形進行密封。O形環(huán)用管材焊接而成，常用材料為不銹鋼管，也可用低碳鋼管，鋁管和銅管等。為提高密封性能，O形環(huán)表面需鍍覆或涂以金，銀，鉑，銅氟塑料等。管子壁厚一般選取0.250.5mm，最大為1mm。用于密封氣體或易揮發(fā)