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1、JSGF005-2014本技术规范起草部门：技术与设计部本技术规范起草人：何龙本技术规范批准人：唐在兴本技术规范文件版本： A0本技术规范于2014 年 8 月首次发布24密封结构设计技术规范1 适用范围本技术规范适用于灯具外壳防护使用密封圈的静密封结构设计。包括气密性灯具密封结构设计。2 引用标准或文件GB/T 3452.1-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈第1 部分：尺寸系列及公差GB/T 3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸GB/T 6612-2008 静密封、填料密封术语JB/T 6659-2007 气动用 0 形橡胶密封圈尺寸系列和公差JBT 7757.
2、2-2006机械密封用O形橡胶圈JB/ZQ4609-2006 圆橡胶、圆橡胶管及沟槽尺寸静密封设计技术 （顾伯勤 编著）橡胶类零部件（物料）设计规范 （在 PLM 中查阅）3 基本术语、定义3.1 密封：指机器、设备的连接处没有发生泄露的现象（该定义摘自静密封设计技术 ） 。3.2 静密封 : 相对静止的配合面间的密封。密封的功能是防止泄漏。3.3 泄漏: 通过密封的物质传递。造成密封泄漏的主要原因：（ 1）机械零件表面缺陷、尺寸加工误差及装配误差形成的装配间隙；（ 2）密封件两侧存在压力差。减小或消除装配间隙是阻止泄漏的主要途径。3.4 接触型密封：借密封力使密封件与配合面相互压紧甚至嵌入，
3、以减小或消除间隙的密封。3.5 密封力（或密封载荷） ：作用于接触型密封的密封件上的接触力。3.6 填料密封：填料作密封件的密封。3.7 接触压力：填料密封摩擦面间受到的力。3.8 密封垫片：置于配合面间几何形状符合要求的薄截面密封件。按材质分有：橡胶垫片，金属垫片、纸质垫片、石绵垫片、塑料垫片、石墨垫片等。3.9 填料：在设备或机器上，装填在可动杆件和它所通过的孔之间，对介质起密封作用的零部件。注： 防爆产品电缆引入所指的填料在GB3836.1 附录 A2.2 条中另有定义， 指粘性液体粘接材料。3.10 压紧式填料：质地柔软，在填料箱中经轴向压缩，产生径向弹性变形以堵塞间隙的填料。3.11
4、 密封圈：电缆引入装置或导管引入装置中，保证引入装置与电缆或导管与电缆之间的密封所使用的环状物（该定义摘自 GB3836.1 第 3.5.3 条对防爆产品电缆密封圈的定义） 。3.12 衬垫：用于外壳接合处，起外壳防护作用的可压缩或弹性材料。 （该定义摘自 GB3836.1 第 6.5条和 GB3836.2 第 5.4 条对防爆产品密封衬垫的定义） 。3.13 压缩率： 密封圈装入密封槽内受挤压， 其截面受压缩变形所产生的压缩变形率。 也称作压缩比。注 1 ：上述术语除3.1、 3.11 和 3.12条外，其余均摘自 GB/T6612-2008 静密封、填料密封术语 。注2:本规范所述的密封圈
5、泛指用于密封作用的橡胶密封圈或橡胶密封垫片。4我司灯具常见密封结构型式4.1 灯具外壳防护常见密封型式一般均属于静密封。4.2 灯具使用密封圈进行外壳防护密封的结构型式常分为平面密封、轴向密封、径向密封。(1)平面密封：密封圈承受的压力方向垂直于密封接触面的密封结构，见图1。(2)轴向密封：O型橡胶密封圈承受的压力方向平行于密封件回转轴线方向的密封结构，密封 位置在轴或孔的端面。见图2。(3)径向密封：O型橡胶密封圈承受的压力方向垂直于密封件回转轴线方向的密封结构，密封 位置在轴或孔的径向。见图3。图1平面密封图2轴向密封图3径向密封5静密封基本原理5.1 密封泄露主要形式密封泄露主要形式有两
6、种：渗透泄露、界面泄露。5.2 渗透泄露失效机理密封件材料多孔、组织疏松、致密性差、产生裂纹时，内部组织之间会存在微小孔隙，容易被密封介质浸透，存在压力差时，被密封的介质会透过材料内部的孔隙渗透出来。材料内部 微小孔隙与流体分子直径、流体的表面张力、作用在密封表面的流体压力差有关。当最小密封 间隙大于流体分子直径时，作用在密封表面的流体压力大于流体的表面张力时，就会发生毛细孔渗露现象。以下是比较典型的毛细间隙渗露现象:(a)铸件砂眼、裂纹：如 8100砂铸外壳(b)塑胶嵌件裂纹：如 RHJ60A(c)电缆铜芯、导线之间毛细间隙：如带电缆灯具的电缆芯线间隙在负压下可以吸水。灯具电缆铜芯、导线之间
7、间 隙在灯腔负压下可以吸水发 生细小间隙渗漏5.3界面泄露失效机理作用在密封圈上的压应力不足，流体、气体介质压力 P1大于密封接触面的最小密封接触力P2时，在密封接触表会发生界面泄露。见下图4示意：P2TEFP2Pl:流体、气体介质的压力P2：密封接触面的最小密封接触力图4最小密封接触力密封接触面的最小密封接触力的大小与橡胶压缩弹性应力、壳体最大变形应力、壳体密封槽与橡胶密封件尺寸极限公差大小有关。以下是比较典型的界面泄露现象：(1)无损泄露。橡胶密封圈没有发生任何损坏的情况下而产生的泄露。橡胶密封圈与密封圈安装沟槽的尺寸不匹配、密封面粗糙、机械变形、振动、高温或低温变形等原因造成密封圈 安装
8、后的压缩率太小没有产生足够的压力，密封面不能紧密贴合而产生的泄露。(2)老化变形。橡胶密封圈长时间存在或长时间在高温、低温及介质压力的作用下，弹性降低，产生塑性变形后，不能恢复到初始状态，密封效果下降；当塑性变形率大于 40%寸，密封圈失去密封能力，最终发生泄露。(3)表面损伤。摩擦与摩损、密封零件表面粗糙、划痕、棱角边切伤、密封圈变形压缩率过大等原 因造成密封圈损伤或损坏，或工作环境的灰尘和杂质积聚在密封圈两侧形成磨料，加速密封 圈磨损，使密封效果降低或失效。(4)扭曲泄露。装配中橡胶密封圈沿周向发生扭转或扭曲而产生的泄露。密封圈扭曲后，其不同部 位的密封高度会不相等，使密封圈各部分所受压缩
9、变形不等，使密封效果降低或失效。(5)间隙咬伤。密封配合件之间存在着一定的间隙，橡胶密封圈在装配时或高压介质挤压作用下被挤入间隙而咬伤、剪切或撕裂而导致密封效果降低或失效。(6)介质腐蚀。密封圈橡胶材料与密封介质的相容性不好而出现密封圈的体积、硬度、强度、塑性 和重量等发生变化以及橡胶料发生腐蚀损烂，使密封效果降低或失效。5.4 影响泄露的主要因素(1)被密封介质的物性参数。采用同样的密封连接结构，相同的工况条件，被密封介质不同，其 泄露率不同。气体的泄露率大于液体的泄露率，氢气的泄露率大于氮气的泄露率。被密封流体的粘度越大，其泄露阻力就越大，其泄露率就越小。(2)工况条件影响。密封工况条件主
10、要包括介质的压力和温度。压力越大，泄露阻力越小，泄露 率越大；橡胶回弹性能随温度升高面下降，蠕变量随温度升高而增大，老化，松弛会严重。 液体粘度会降低，温度越高，泄露越容易发生。(3)密封表面粗糙度影响。表面粗糙度越小，泄露率越小。(4)最小密封接触力的影响。最小密封接触力越大，泄露率越小。(5)密封圈材料基本性能及密封结构尺寸的影响。密封圈材料基本性能包括两部分，一是密封圈的力学性能(压缩回弹性、蠕变、应力松弛特性等物料性能)；二是密封性能(材料组织致密性、 压紧残余应力与温度的关系等性能)。密封结构尺寸是指密封圈和密封槽的结构尺寸。密封圈越厚，其压缩量越大，界面泄露率越小，但渗透泄露截面积
11、变大，渗透泄露增大。密封圈宽 度越大，其泄露阻力通道越长，泄露率越低，但密封圈的表面积增大，其表面最小密封接触 力会越大，宽密封圈的螺栓紧固力则会增大。5.5 灯具密封结构的三个基本要素(1)压力：指 密封接触面的密封接触力。见上图 4所示。防止泄漏方法：P2P1(2)密封圈横截面积：密封槽横截面积和密封圈横截面积计算如下：(a)平面密封结构图示，见下图 5密封幽田等前密封圄压缩后图5端面密封结构图示S 圈=A XB ;S 方f=CXD(b)。型橡胶圈轴向密封结构图示，见图 2和下图6密封回压缩前密封圈地缩后图6轴向密封结构图示$圈=兀 A2/4 ;S 方t=CXD(c)。型橡胶圈径向密封结构
12、图示，见下图 7图7径向密封结构图示S 圈=TtA2/4 ;S方t=CX (d D -0 d) /2防止泄漏方法：S槽S圈,尽量减小密封面装配间隙，防止密封圈被压溃损坏失效。实际设计计算时，应根据密封圈和密封槽尺寸公差分别计算出密封圈和密封槽的最大横截面积和最小横截面积，并计算出密封圈在密封槽中的最大截面积占比和最小截面积占比。通常，密封圈在密封槽中的截面积占比为70%- 85%之间(详见后面表 5表7分析)。(3)橡胶密封圈压缩率(即压缩比)：(a)端面密封(见图 5尺寸)：压缩量：*= B-C压缩率：占=AX / B X100%(b)轴向密封(见图 6尺寸)：压缩量：*= A-C压缩率：占
13、=AX / AX100%(c)径向密封(见图7尺寸)：压缩量： X= a- ( d D d d) /2压缩率：N=&X / A X100%防止泄漏方法：合理选取密封圈材质、硬度，保证密封面有足够的压缩率，并使密封圈最大压率不超出材料的弹性形变范围。实际设计计算时，应根据密封圈和密封槽尺寸公差分别计算出密封圈的最大压缩率和最小压缩率。6密封结构设计步骤6.1 明确密封圈使用条件(1)明确密封圈使用环境条件：灯具安装在室内还是室外、环境温度、污染油污、腐蚀气体和液体、耐磨、振动、结晶、聚合、光分解等条件。(2)明确密封圈工作参数要求：灯具工作温度、灯腔压力、开启次数、维护要求、防护等级。(3)明确
14、灯具使用要求：灯具形状尺寸、密封部位结构尺寸要求和安装维护要求。6.2 确定密封圈材料根据6.1条密封圈使用条件选择合适的密封圈材料。常用橡胶圈的材料及代号见下表1:表1胶种丁精褴胶 (NBR)量比丁肺摄皎乙丙曝胶LEPDM)氟橡般硅栩KLWMQi氯雕林史CCHC)代号PHEV3C亚皎肿中西描睛含含高丙蜻中丙部26 59246 1四丙甲基乙 箱幕共聚注：表1内容摘自JB/T7757.2-2006机械密封用。形橡胶圈。各种橡胶材料的主要特点和使用温度见下表2:种类主蜃特点工作温度r丁脯耐油-30-100氧化丁般橡盥耐袖，酎蔡-30 150乙丙耐放射性,酎减-501匆氟梅皎耐油，酎戒而腐蚀-20-
15、200畦被脱耐寒.耐热顶200藏解椽兼耐油，耐五氧-30720注：表2内容摘自JB/T7757.2-2006机械密封用 O形橡胶圈。修皎的选用选用、 晶电刖求、一、*L1度 推 般T tt Ra T 拉 nT W * nIR* * Rt 解 ft 粒 能畦 * KK精化乙看ttft*ft 9 AEAccgcKflBM 畸UADAHcFtBA.cCEABBn 9HARABBAB*1 wHH*gLl_3BABIAB白想 rC二ZTBHH4HBAAB酎束BcBACC二_JucAcABcA8耐奥,AB1AABiriAAAA AA电维靖Aah一 T工LaBccm 峰AZJX-耐 水AH一 *aBAAAc
16、AcAr b-hBW 油1f:ftHABsA鼻cC KBc_ABCHACAcB篇直空A注L选用*他叫核NtAEJ 7T帆进打注：此表内容摘自橡胶类零部件(物料)设计规范(在PLM中查阅)各种橡胶胶料硫化胶的物理性能见下表3:物理性能TiffW氧化丁用株般乙丙橡胶氟度狡&阂瓶麟稳胶邵氏硬度（A） HSD70 5170 570+5705&05705拉伸强度MPa注20三10川35对扯断伸长率（%）汕0725051803:200220压罂水人变形空气 lOOCXMb（%）3近30军30空50pxz4h先）W35空气200匕X24k（%）60热空气老化100rX24h硬度变化度）*1。-拉伸强度变化（
17、%$-15扯断伸长率变化（%）工-35150OX24h硬度变化（度）拉伸福度变化（%）近15扯断伸长率变化C%）近35W20r硬度变化度）0-10 |拉伸强度变化隹-20=扯断伸长率变化畴）*301-20耐武刑性能ASTM 1 9标推油 flOOWXNttO硬度变化度体积变化（%）-86-ASTM 1号林鹿油 (15Qrx24h体积变化（%）1一35ASTM 3号标准汕体积变化（%），416跪性温度七-40J5C-55S圈，说明密封槽和密封圈截面积设计合理。最大压缩量： AXmaxu (6.5+0.2) - (4.5-0.2) = 2.4 mm最小压缩量： Xmin= (6.5-0.2) -
18、(4.5+0.2) = 1.6mm最大压缩率：6 =AXmax / 6.5 义 100% =2.4/6.5X 100% =37%最小压缩率：5 =AXmin / 6.5 X100% =1.6/6.5X100% =25%当密封圈压缩率范围：25%37%,从图9中曲线2可看出应选用邵氏硬度 20HA 60HA的 橡胶密封圈较为合理，以防止密封圈长期受压而发生塑性变形老化失效。平面密封结构中，发泡橡胶密封圈材料首选硅橡胶，其它材料可结合灯具实际使用环境合理选择。邵氏A硬度一般大于15度，硬度大小主要看发泡程度（发泡粒径、个数等），硬度越低，工艺越难控制。发泡橡胶密封条截面形状多为实心，与透明件接触的
19、截面形状可为波浪形、圆弧形、V形、矩形等，底面少量场合可采用异形结构。6.6 密封结构设计6.6.1 平面密封结构设计（1）槽密封结构：如图 8中的（a）、（b）、（c）、（d）、（e）密封形式。（a）矩形槽：其结构如下图11所示：图11矩形槽矩形槽尺寸可由下式确定：& =躯 或4式中：b一槽宽c一槽深 ；H一矩形密封圈高度B矩形密封圈宽度假；dO形圈直径；上一决定死区的无因次系数，即密封圈压入密封槽后留下的死区空隙系数。举例：若设定橡胶密封圈压缩率为28% （邵氏硬度 40HA60HA）,即 C/H=1-28%=72% ,或c/d=1-28%=72% ,亦即 c=0.72H 或 c=0.72
20、d。彳所设 k=1.05（死区为 5%）。从而计算可得：矩形密封圈槽尺寸：c=0.72H , b=4HB/c=1.05HB/0.72H=1.46B。形圈密封槽尺寸：c=0.72d , b=1.05X3.14d2/（4x 0.72d）=1.15d目前采用的标准矩形槽尺寸可参考下表8:表日岸施炬后密封槽尺寸橡胶接械缸尺寸40,】：0, & 士8210 + 0.34+0.1eo. is7iD,2月士也2A0. 1山，】iS0, 2101fL 36X16SX4. 9U理2XC”甭/+0, |+#.I+5 I(I XX 4 5* 0.5X45* 1.0X45*n对手缜,丸自枭用眼影或地形幅抬圈，语到晶的
21、惇雳都等于或用小产密封槽体枳，故两法t 祐合扃可元前醺.2对于口型，无论乘用删出或期笔密担图.格包n的体根都火干密典槽体根，/陶法兰结合将存 在药阿L注：表8内容摘自静密封设计手册第七章第1节“真空和低温密封设计”(b)梯形槽：。形圈用密封槽常有三种形式，如下图12所示。图12(a)为燕尾槽，C/d=0.750.80 ;A/d=0.9 。图12(b)为开口梯形槽。图 12(c)为平行边梯形槽，相比燕尾槽容易加工，其尺寸可按下式求得:卬由-da - 0.025Wh11tl = Wm 0. 03d+ 0. O3J 1丫二世十0.312卬4* ffiinA* ETil-X式中：d min和d max
22、一分别为。形圈最小及最大直径。W图12梯形槽也可以设计为底部为圆弧形的梯形槽，如图13所示。图13底部为圆弧槽的梯形槽推荐的梯形槽尺寸可参考下表9:表9期随的描胎槽尺寸mmr“0”彩盘整面名义直任 4炉由30,角ftCWH1.78i.50区羹1.24|L60L 342, 243,601.882.36双Q2 $64. 152,15Z.70盘253. 533.064.922,542.654. 03. S0工”2第603, 005,04.邹& 58!4,503.755.334.70工如3.7S4.80L。6.03. 30S. 404, 355. 40t. 57.06, 1510-05. ISft.
23、JO5. 25&。工001Mg5.827.20fi. 0010,08.9014-07,400. u7. 50；.12- 718.29.4511,4)0 551注：表9内容摘自静密封设计手册第七章第1节“真空和低温密封设计”。(2)其它形状的槽密封结构，如锥面密封结构、阶梯槽密封结构等设计方法在灯具密封结构中不常见。其常见结构详见静密封设计手册第七章相关内容。6.6.2 轴向密封结构设计(1)受内部压力的沟槽型式，见GB/T3452.3-2005液压气动用 O形橡胶密封圈沟槽尺寸图 4规定。(2)受外部压力的沟槽型式，见GB/T3452.3-2005液压气动用 O形橡胶密封圈沟槽尺寸图5规定。(
24、3)轴向密封沟槽尺寸，应符合GB/T3452.3-2005液压气动用 O形橡胶密封圈沟槽尺寸表2和6.22条要求的规定。(4)轴向密封沟槽外径和沟槽内径尺寸，应符合GB/T3452.3-2005液压气动用。形橡胶密封圈沟槽尺寸第5.2.2规定。(5)沟槽尺寸公差，应符合GB/T3452.3-2005液压气动用。形橡胶密封圈沟槽尺寸 表3的规定。(6)沟槽的同轴度公差，应符合GB/T3452.3-2005液压气动用。形橡胶密封圈沟槽尺寸第 5.4条规定。(7)密封沟槽和配合偶件表面的粗糙度，应符合GB/T3452.3-2005液压气动用。形橡胶密封圈沟槽尺寸中表4 的规定。6.6.3 径向密封结
25、构设计（ 1）径向密封的活塞密封沟槽型式，见GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸图 1 所示。（ 2）径向密封的活塞杆密封沟槽型式，见GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸图 2 所示。（ 3） 径向密封的沟槽尺寸， 应符合 GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸 中表1 的规定。（ 4 ）径向密封沟槽槽底直径，应符合GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸第5.1.2 条规定。（ 5） 沟槽尺寸公差，应符合 GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺
26、寸 表 3 和 6.2.1条的规定。（ 6）沟槽的同轴度公差，应符合GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸第5.4条规定。（ 7） 密封沟槽和配合偶件表面的粗糙度， 应符合 GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟 槽尺寸中表4 的规定。（ 8） 径向静密封O 形圈适用范围， 应符合 GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸中表 5 的规定。7 密封结构设计原则7.1 实际设计计算时， 应根据密封圈和密封槽尺寸公差分别计算出密封圈的最大压缩率和最小压缩率。在考虑密封圈和密封槽尺寸加工公差和配合公差、变形等因素影响下
27、，橡胶密封圈压缩率一般控制在20%30%范围内比较合理，见表57分析。根据图9压缩率与硬度之间关系图曲线2所示，橡胶密封圈硬度选择在 邵氏硬度40HA80HA之间较好。对于厚度2mm-3mm 平橡胶垫片，将其压缩率控制在15%20% ，防止平垫片太软受挤压后被挤出密封面，可将硬度可选在75HA85HA之间。7.2 实际设计计算时， 应根据密封圈和密封槽尺寸公差分别计算出密封圈和密封发槽的最大横截面积和最小横截面积，并计算出密封圈在密封槽中的最大截面积占比和最小截面积占比。 通常， 密封圈在密封槽中的截面积占比为70%85皴间（I见表5表7分析）。7.3 橡胶密封 O 形圈选型优先符合橡胶类零部
28、件（物料）设计规范 中优选表的要求。7.4 橡胶密封 O 形圈尺寸选择应符合 GBT 3452.1-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈 第 1 部分尺 寸系列及公差中表2 系列尺寸要求。7.5 径向密封、轴向密封沟槽尺寸设计应优先符合 GB/T3452.3-2005 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸中表1 和表 2 要求尺寸。7.6 选用硅橡胶密封圈材料时，需在技术要求中明确提出二次硫化要求。8密封不良案例分析(1) 密封圈硬度选取不合理。硬度选择不符合密封压缩率与硬度之间关系图9要求。例1:硅橡胶密封圈，压缩率：70度38%,硬度硬度选取不合理上下壳之间的间隙 0.4mm ,超过0.
29、2mm , 大于隔爆接合面隔爆间隙要求。硅橡胶密封圈，压缩率：38%,硬度4555度，上下壳之间的间隙v 0.2mm,符合隔爆接合面隔爆间隙 要求。硬度选择比较合理。例2：例3:KL3LM (B)灯具安装后橡胶密封圈厚度由 6mm压缩到3mm,压缩率达到 50% ,反弹 力和应力加大是导致电缆线引入处开裂 原因：密封圈压缩量太大。例4:氯丁橡胶密封圈严重损伤，计算压缩率在18.8%,硬度70HA,密封圈硬度选择不合理16%(2) 密封结构设计不合理。密封槽表面不平整，密封接触面之间有间隙。例1:密封槽底面有螺钉，密封接触面不平整需打胶处理例2:硅橡胶密封圈，压缩率 29%,硬度(50)HA,
30、塑胶壳体强度不足，弯曲变形，压不紧密封圈。中表1和表2要求结构尺寸。密封圈直接放在凸台上，密封圈安 装和灯具拆卸容易掉落。(3) O型密封圈沟槽结构设计不符合GB/T3452.3-2005液压气动用 O形橡胶密封圈沟槽尺寸(4)。型密封圈尺寸选型(内径尺寸或外径尺寸)不合理，与 O型密封圈沟槽尺寸不匹配。轴向压缩密封圈内径尺寸与密封沟槽 内径尺寸一致，密封结构设计合理径向压缩密封圈内径比沟槽内径尺寸小,密封沟槽紧贴选择，密封结构设计合理(5)密封圈成型工艺选择不合理。导致装配不良。密封圈装配时容易翘起， 原因：1.密封槽圆角过小2.采用O形圈或挤出密封圈， 形状不固定，小圆角过渡密封圈 会翘起小圆角过渡采用模压，密封圈形 状固定，且与密封槽形状一致。 密封圈成型工艺选择时合理