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1、密封设计规范目录目录 1参考资料 21. 目的 32. 适用范围 33. 密封概述 33.1 垫片静密封33.1.1. 垫片密封结构及原理33.1.2. 垫片的密封机理及选型33.1.3. 法兰面垫片密封的压紧型式 43.2 密封胶静密封53.2.1. 密封胶密封结构及原理53.2.2. 密封胶密封的压紧型式63.3 成型填料密封63.3.1. 非金属O型圈的密封结构机理 63.3.2. 非金属O型圈失效模式203.3.3. 其他型式的密封圈 253.3.4. 金属空心。型环密封254. 密封试验 25参考资料：1 第五版. 化学工业出版社2 北京 . 化学工业出版社.20003）国标GB 7
2、00 - 86 , GB 4208等密封标准41. 目的： 统一规范电池组箱体密封设计标准， 方便开发人员进行密封结构设计。2. 适用范围：标准适用于天津市捷威动力有限公司动力电池开发部开发的电池组系统。3. 密封概述：电池组箱体密封主要采用垫片静密封，密封胶静密封，成型填料（动静）密封三大类。3.1. 垫片静密封。 垫片密封主要是橡胶平垫结构， 具体橡胶平垫的规格要根据箱体的机构定型。3.1.1. 垫片密封结构及原理利用平垫式不亲油，不亲水，承受压力情况下变形小的泡棉材料，硅胶材料及橡胶材料布置于上下电池组箱体配合面上， 靠上下箱体压紧密封。3.1.2. 垫片的密封机理及选型密封垫是靠外力压
3、紧而产生弹性或塑性变形, 从而填满金属表面上微小的凹凸不平来实现密封的。如果压力太小，垫片没有压紧就不能止漏 , 但压紧力太大往往又会使垫片产生过大的压缩变形甚至破坏. 因此，为了正确地使用密封垫，必须采用恰好保证密封的最小压紧力，-般垫片的变形量要控制在小于20%，以保持密封材料的弹性，达到密封效果。 在设计电池组箱体时要综合考虑最小压紧力 （目前还没有密封材料对应最小压紧力的数据）及垫片变形量。表1,螺钉扭矩与螺钉最小压紧力间的关系舞府 自校口皿6江等级（螺栉卑度等绒）3.55.66.9e.a10.912,9lUnri)PvfV)依而）FV (H书（所）FvCNl3 Tim?叱眦Mm -N
4、wi)邛N）M (NMFvfNl股2550.1345Ci IE7103S3E0. SS1,1700. 51,415Cl . 61E2. 54350.256550.351,3100* 711,双Q. 3：Z.1B01.1E%钝0L4口. 3T1.050M 521,7000. 99工匈L33,1501. j3, SOO2.2跖。J.5T乩52.250L53, WU24.2502.95.1003.41141.101以砺1,8501.42.900Z33. m3S.7506, 7(JO氏11.300L7瓦UW3Z 3Q0m.56, W5.99.40Us.r, mJU出2 5502.94.20018 1G
5、, 75010001013,200IF15.58IB的4,两77.75012：2,4(W1916, 5CO2524, 30n36组40043目前公司已使用过的材料有东日，圣戈班，长漱公司生产的EVA发泡塑胶），密封泡棉，高弹性泡棉材料。具体的材料特性可参照本文 3.3.1的9） 16）。3.1.3. 法兰面垫片密封的压紧型式图2,法兰连接垫片密封图2所示为法兰连接垫片密封，图a d的垫片型式为非金属软垫片，在设备及管道连接的密封应用较成熟， 图a密封垫片为满铺式，即整个法兰面上用垫片铺满。因密封垫片接触面积大，在同样密封压力条件下，螺栓受力大，法兰受力比较均匀，适用于密封介质压力不高，铸铁法兰
6、的连接。图 b 垫片接触面比图 a 小，螺栓受力有所改善。图c 是最常见的法兰连接，在同样螺栓受力条件下，密封压紧力大，但法兰根部需承受螺栓螺栓力引起的较大弯矩， 适用于压力较高， 钢制法兰的连接。图 d 为榫槽面法兰连接，垫片宽度较窄，并位于槽内，榫面法兰在螺栓力作用下压紧垫片， 垫片的变形量堆积在榫槽内， 外圆的间隙，使密封更加严密，适用于压力较高，毒性较大，密封要求严格的法兰连接。3.2. 密封胶静密封。 密封胶主要用于较成熟的电池组系统， 以免造成拆装电池组不便， 但是密封胶因为是液体涂抹到电池组箱体密封法兰上时可以很好地填充上下壳体间的间隙， 待胶凝固后密封效果更能够达到 IP67
7、。目前使用的液态密封胶有HT901。3.2.1. . 密封胶密封结构与机理1) 对结合面间隙的估计. 结合面在涂胶前先用量具测量间隙距离. 当间隙小于0.1mm日t,可单独使用液态密封胶；如果间隙在 0.10.3mm之间 . 液态密封胶必须与固体垫片并用才能达到良好的密封效果；当间隙超过0.3mm,如果实验条件不苛刻，使用温度和工作压力都不高时 , 采用液态密封胶与固体垫片共用也能达到满意的密封效果, 否则二者并用后仍将会产生泄漏或渗透。2) 结合面间隙较大的部位， 应选用可干可剥型， 不干粘接型或半干粘弹型密封胶加固体垫片并用。3) 电池组液冷管管接头等螺纹密封, 优先考虑选用聚四氟乙烯生料
8、带和厌氧性液态密封胶。在螺纹管道间隙较小，使用工作压力和温度要求不高的情况下，也可选用不干粘接型和半干粘弹型液态密封 ，但不 能选用干粘着型和干可剥型密封胶。因为干型液态密封胶含有大量溶剂，溶剂挥发后形成的皮膜残留在螺纹管道上 ，易堵塞管道面影响工 作。4）密封胶分类*窗7工和温度：摘 性_雇用举例 -1聚琉檬 胶密打就具带较好的耐油件.斛巷化柱，耐水性以 及对其他忖斜三疔的粘攫也t使用寿命名民七机油箱、座船.空T印It ,电叁及仪衣 的得M硅依底缗封胫T230具有伏良的耐热空气,凫区,光林大气。他.以瓦劭潮热电处肆桂能，出前愚网邮询常性能取罡_飞死凝动机腐需区、导憎接头防火墙等 的密科帝就化
9、里 密就联70时老比姓晶犍好.就其他材料行一定品接 性密甘工比较莺通襦我的结台面塔时和河槽害处, -有机而分 子材料事120具有较好的耐老化性和时其他材料帖接 性_发动机机壳、姆滑油菜一类的舞台面的 用耳 _无机高分 子材料显750具有较高的耐焦性.耐缶强度，不易燃,易于鬟饼_ _ _发动机,而还用气机角机壳和离压制滑 拽鞘格等静忖的接色面密封厌乳胶Real时，将不会泄漏。P m=P0+R, Pp=KX PoPm=R + KX PK 为介质压力传递给O型圈压力的系数（对橡胶，K=1;对无缝 钢管？复合密封圈？）因此，只要O型圈存在初始压力，就可实现无泄漏的绝对密封。型圈密封是一种自密封结构4）
10、。型圈密封压缩变形率选择理论上0压缩也可实现密封，实际是不可能的 偏心 工作载荷下，。型圈拉伸，变细，就可能泄漏低温 橡胶收缩，变细，可能泄漏（低温会造成橡胶加速老化，失去补偿能力）一般断面有7%-30%勺压缩变形率，静密封取大的压缩率（15%-30%,动密封取小的压缩率（9-25%）5） O型圈受内压、外压选择受内压受外压受内压O 型圈外径与沟梢外径相同受外压O 型圈内径与沟梢内径相同防止出现在工作压力下出现 。型圈直径变小。将O形圈安装在沟棚内时、要受到拉伸或压缩。若拉伸和压缩的数值过大，将导致O形圈截面过度增大或减小，因为拉伸 1咐目应地使截面直径 W减小约0.5%。对于孔用（内压）密封
11、， O形圈最好处于拉伸状态，最大允许拉伸量为 6%对于轴用（内压）密封，O形圈最好延其周长方向受压缩，最大允许周长压缩量为 3%6） O型圈挤出原理1. installation of O-Ring2. Pressure Applied to O-RIng (Ideal)O-Ring Life Cycle3. Extrusion of 0Rng4. Failure of O-Ring7)。型圈允许挤出间隙最大允许挤出间隙g max(A)无压状毒和系统压力，O形圈截面直径以及材料硬度有关。通常，工作压力越高，最大允许挤出间隙g max取值越小。如果间隙g超过允许范围，就会导致O形圈挤出甚至损坏，
12、当压力超过5MPa时，建议使用挡圈表一，材料硬度，压力及 O型圈截面直径间关系材料硬度压力MPaO形圈截面直径W1.782.623.535.337.00邵氏硬度A703.500.080.090.100.130.157.000.050.070.080.090.1010.500.030.040.050.070.08邵氏硬度A803.500.100.130.150.180.207.000.080.090.100.130.1510.500.050.070.080.090.1014.000.030.040.050.070.0817.500.020.020.030.030.04邵氏硬度A903.500.1
13、30.150.200.230.257.000.100.130.150.180.2010.500.070.090.100.130.1514.000.050.070.080.090.1017.500.040.050.070.080.0921.000.030.040.050.070.08一1同XXx-O广；XoX=优、口=良、=可、X=不可15）。型圈材料耐温性16)。型圈材料选择原则外界因素：1,工作状态：动密封，静密封；连续工作，间断工作等 2,工作介质：液体、气体还是两相流，及介质的物理化学性能，与介质相容性3,工作压力：介质工作压力高低，压力波幅，瞬时最大压力 4,工作温度：瞬时温度和冷热交
14、变温度5,成本来源：成本低，来源广。型圈的硬度硬度：一般为70-90邵氏硬度，静密封选低值70, 少采用90。17) O型圈设计原则通则：O型圈密封是挤压式密封，设计主要内容为O型圈的压缩和拉伸。型圈直径压缩和拉伸。a ,压缩量过小：泄漏b ,压缩量过大：应力松弛引起泄漏c ,拉伸量过大：界面直径减少太大而引起泄漏压缩率设计：旋转密封取高值80,极b)图44 0形密封圈的安装a)在外圆的矩形槽内b)在内圆的矩.形槽内W%=(d 0-h)/d 0。a ,有足够的密封接触面积b ,避免永久变形c ,摩擦力尽量小圆柱静密封：10%-15%平面静密封：15%-30%往复运动密封：10%-15%旋转动密
15、封：内径比轴大3%-5%外径压缩率为3%-8%低摩擦用密封：一般为5%-8%考虑介质和温度引起的膨胀, 如超过15%重新选材。拉伸率设计：W%=(d 0+d)/(d 0+di)。O 型圈装入轴中后，一般会有拉伸，如果无拉伸，装配时容易脱 出，如拉伸过大，会导致 。型圈截面积减少太多，出现泄漏。一般其拉伸量为1%-5%表4峭 O形曜压端塞与拉伸的选取范围需封型式密封介质拉伸量0(%)压纳量_静馨封港压油.空气1.01H1575住熨就雳为C灌压通、空气I.OJ12*1712】7旋转就出豺Q9l5-1018)0型圈沟梢设计梢体积比。型圈体积大15溢右。设计参数：形状，尺寸，精度，粗糙度，对于动密封，
16、需要计算 相对运动间隙。原则：容易加工，尺寸合理，精度容易保证，拆装方便。a ,有压缩3%-30%勺压缩。b ,在介质中膨胀，温升膨胀c ,太窄磨损，太宽滚动磨损。集4T常用。影图察封泡槽的形状和特点只话用亍静/衬或睢抵卜的动都到宗槽用力大.容品培人间隙.一他不谁骨支用仅用r.旋舞空妹且不同通O型圈沟梢深度设计:梢深的设计决定O型圈的设计压缩量，沟梢深度加上间隙小于 O型圈自由状态下。型圈的线径O 型圈的压缩量由内径压缩量S和外径压缩量S 构成转密封的三种状态（。产。?。3）4用助苗齐此的，学?.必用苜通v用河中半削花两槽黑尾刀再吊适用于修庠事相甘.工艺牲羌.般不黑用翕薄沟懵,0型圈安装时受压
17、缩；拆卸时 O型圈有弹跳；常用于旋S ,0型圈安装时未受压缩；最为常用,0型圈安装时受拉伸；用于滑动密封，如活塞密封却昭胸赠仅用r法兰金mn检鬓餐较常处O型圈沟梢梢口和梢底圆角设计：梢口圆角：防止O型圈装配时出现割伤和刮伤。R=0.10.2 mm过大，过小会出现什么情况？（挤出和割伤）梢底圆角：防止出现应力集中， 动：R=0.11.0 mm，静:R=d0/2 mm,O型圈沟梢表面粗糙度设计：静密封：Ra=6.33.2 ,动密封：Ra=1.6 ,旋转密封：轴凹梢：Ra=0.4或更小。A,采用什么样的工艺来加工沟梢比较好。B,沟梢的粗糙度过大或过小会出现什么问题。目的：防止O型圈在工作时出现间隙咬
18、伤和挤出实效。使用：单向受压，一个挡圈；双向受压，两个挡圈。4-9挡阍奥型型构型式应用均存材叫-JW健物生力嘶25M露不适用十旋转及质遥动3crr忸L1犬使用压力可达70MPi,而于鼻体量四吕格.曲斯（Hm式受装得中切口式抖圈 是尼6.尼加叫1。ux r便用张力可达TOMPa,用于分割w武玄装修中胃介演理腐性性时任当使用座康式的聚四11乙端段BL禁止使W切口式*:速档.O型圈沟梢型式和公差：详见 GB/T 34523衰/ O彩沟槽型式（照自白卬门4523I卯U）静向会封辅臼窿如3.3.2非金属O型圈失效模式O型圈常见的失效原因有材料问题、压缩变形、间隙咬伤、扭曲现象、 磨料磨损、表面粗糙度不当
19、和焦耳效应等。1)压缩变形，如下图所示:2) O型圈磨损，如下图所示:Description of ffitlure appearance:This failure 话 common to both static arid dynamic sealing applicaUons. This type of failure produces flat SLirfaces on the sid 曰三 af the O-Ring tht vvere com pressed, usually the to and bottom if sitting flat on a desk.The sources
20、 of COMPRESSION SET failure:* the O-RIncj rriatcnjl used has poor comprtssion set ic&lstncu The O-Ring material used has limited resistance to heat The O-Ring is swelling in the groove due to fluid rrcompatability The O-RJng has too much squeeze In the grooveHow to eliminate COMPRESSION SET failure:
21、* Use a higher quality, low compression set material Check the compatabHIty of the O-Ring material to the fluid Select a material good for heat produced In operation* Double check Lhe groove dimensions for proper squeeze Check existing O-Rlng stock for physical properties!无与“fergTWABRASIONHow to eli
22、minate ABRASION failure:, Change surface finishes to recommended Arrange for better lubricaticn Use a mate rial suitable for higher tern peratu res Eliminate any source of contamination Change to at more mbisien resistant O-Ring E&teCalThe sources of ABRASION failure:* The metal surfaces are too rou
23、gh and are abrasive to the O-Ring The metal surfaces are too smooth, net allowing proper lubrication No lubrication in the design Operating temperatures are too high for tlhe material* The systemi fluid is contam i n a ted with abrasive particlesDescription of failure appearfinc:This failure is mo&c
24、 mmon in dynamic sealing applications - like reciprocaiting and rotating shaftSu This type of failure produces a flatened surface on the side of the O-Ring body subjected to the move merits3) O型圈安装损坏，如下图所示:INSTALLA1TIONDe%cripition of failiuirc aippearincc:This failure cdn occur in both static and d
25、ynamic O-Rings. Short nicks or scratches or peeling on the surface of the ChRim can ba noticed.The sources of INSTALLATION failure:* The use of sharp edged 1 白白居* Sharp corners cm the O-Rinith masking tape* Break all sharp qs* 匚0te a is to 20 degree I心后chamfer* Lubricate O-Ring during 门5t日II日七nq门* U
26、se correct sized O-Rihq4) O型圈爆破失效，如下图所示:EXPLOSIVE DECOMPRESSIONDescription of failuro appearance:You will find random ruptures, crater-like pores and srndll slit$r which have originated within the body of the O-Rinq.Fhe sources of EXPLOSIVE DECOMPRESSION failure;* Gases permeating the O-King materia
27、l* Rapid decompression 0those gases* Mia-o-explosions occuring as de亡。mpres&on takes pkeeHow to eliminate EXPLOSIVE DECOMPRESSION failure：* Slow system cycles dawn* Increase time? for decompression* Replace with a harder material* Seleci a srnller O-Rmg cross section5) O型圈挤出失效如下图所示:EXTRUSIONo6sicrIp
28、tion of failurerance:You Mill See m tidge, nibbles 曰计d small missing piecze of th? iTiaiterial alorug either 七片 inner duameter or outer diameter due from the davun-streaiTii side of the o-Rdig,ITh已 sources of EXTRUSION:* Excessive system pressures* Too much clearance between mating ports* MatenaI to
29、o soft* O-Rinq body too larqie for the groove* Improperly machined qroove* Attack by system fluidHow t:o eliminate EXTRUSION：* Decrease o r reg u I a te System pressure* Refit mating parts, machining back to proper concentric fit* Select harder materiol Determine cor rect o-Ri(ng cross section size*
30、 Add back-u p rings* Re-machme groove to in etude clean, smooth groove edges* Replace O-Rmg with different type of seal6) O型圈膨胀失效 如下图所示:EXCESSIVE SWELLDescription of failure appearance:Identified by obvious dimension of the body of the O-Ring, Reduced physkat proper- tiesr vvhKh causes improper fit.
31、 He9t and friction exceierates seal failure-The source of EXCESSIVE SWELL: The material absorbs system Fluids causing spelling An obvious chemlca incompatabiilityHow to eliminate EXCESSIVE SWELL： Test material for fluid compatsbUity ConsuJt a chemical campatbility chart to determine suttable materia
32、l7) O型圈老化/氧化失效如右图所示:WEATHERING OR OZONE CRACKINGDesertpt ion of failure ranc:Exposure of either static or dynamic 5eaUng O-Ring tc weather atmosphere, polutions and Gftra-violet light.The source of WEATHERING OR QZONE CRACKING:* Attack of the polymer chains, destruction of the rnaterlol causing croc
33、kingHow to eliminate WEATHERING OR OZONE CRACKING; Select a moteiicil thnt resists ozone exposure8) O型圈非典型失效 如右图所示:NO APPARENT REASON FOR FAILUREDuscription of failure ipp:寻rmnc:Dlffkcult to pin-point due to ndn-obvlous unseen reasonsTh。source of NO APPARENT REASON FOR FAILURE：* Combined tolerances
34、of 3ll components not coi oct* Not enough squeeze* Parts not fitting properly* Components not round* Tqq much flsi与h. rmainmtj rubber on O-Rinq* Improper geoove shapeHOw to eliminate NO A P PA RE N T REASON FOR F AIL URE：* Re -mac hine $11 partf； f口proper sizing Lolerarices* Make sure the amount of squeeze is correct* Double check the design* Replace componcnr not h rted correctly* 旦由ct a different material or O-Ring source for clean ground outer diameters* Check published data for groove shapes *and si7ing