密封设计规范

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 <<机械设计手册>>第五版. 化学工业出版社2 <

2、;<机械设计图册>> 北京 . 化学工业出版社.20003）国标gb 700 - 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

3、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.a10.9

4、12,9lunri)pvfv)依而）fv (h>书（所）fvcnl3 tim?叱眦mm -nwi)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(j

5、o氏11.300l7瓦uw£3z 3q0m.56, w5.99.40us.r, mju出2 5502.94.20018 1g, 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

6、，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

7、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 。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

8、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

9、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<120具有衣拧的灌动性，在器量空，的条件下，可方行密为 大*用于爆就案

10、接性承固密封+平面结 合面的密封，可代普富利基片3.2.2. 密封胶密封的压紧型式1）预处理：将封面上的油污、水、灰尘或金属屑除去。单独使用时,两密封面间间隙应不大于 0.1mm2）涂敷：涂敷厚度视密封的加工精度、平整度、间隙大小等具体情 况而定，一般在电池包下箱体的配合法兰面上涂敷0.120.2mm厚度即可。3）干燥：溶剂型液态密封胶需干燥，干燥时间时所用溶剂种类和涂敷厚度而定，一般为37mm4）紧固、紧固方法与使用垫片相同，不可错动密封面。3.3. 成形填料密封。它是靠填料本身在机械压紧力或介质压力的自紧作用下产生弹塑性变形而堵塞流体泄漏通道的。成形填料密封按工作原理分为挤压密封圈（o-r

11、ing密封结构即o型密封圈）及唇型密封圈两类，材料主要是橡胶。3.3.1. .非金属o型圈的密封结构机理1）。型圈概述。型圈是一种界面形状为圆形的橡胶圈，是液压气动中应用最广泛的密封件。2）。型圈特点before installationafter installationwith system pressure1:安装前 2:安装后 3:箱体内部有压力情况特点：1尺寸小装拆方便，2动静密封均可用，3静密封几乎没有泄漏 4单件使用双向密封，5动摩擦力小，6价格低。3） o型圈密封原理pseal)偏心。型圈密封是一种挤压型密封。当密封件产生初始形变和应力pw>real时，将不会泄漏。p m

12、=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）。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

13、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， 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 0>r>ng4. failure

14、 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，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a70<3.500.080.090.100.130.15<7.000.050.070.080.090.10<10.500.030.040.050.070.08邵氏硬度a80<3.50

15、0.100.130.150.180.20<7.000.080.090.100.130.15<10.500.050.070.080.090.10<14.000.030.040.050.070.08<17.500.020.020.030.030.04邵氏硬度a90<3.500.130.150.200.230.25<7.000.100.130.150.180.20<10.500.070.090.100.130.15<14.000.050.070.080.090.10<17.500.040.050.070.080.09<21.000.030.

16、040.050.070.08<35.000.020.030.030.040.04间i障'mm里fn d工库y唯由上图可知正确选择电池组上下箱体间预留间隙是o-ring密封圈密封作用的关键参数，但是前提要已知电池包内部预压，o型圈材料。8）。型圈压缩量选择液压-气动-静密封液压-动密封133456769 mm0 m献画藤检wabu ,-j吐长鬟田宙叵但破0气动-动密封和材料有关的o形圈圆周方向的压缩力9) o型圈材料特性特长聚氨酯像放丁廉梅皎网日h叔丁撮股(cr)乙丙梅胶efdm)异丁糠陂uia氟梅胶(fpm)机械强度优良，但耐热性，耐化学药品性较差* 另外,硬度的容许苑困广迁口酎

17、磨性,耐油性优 良.且饰珞便亘百由于时候性不佳，庄越尧在昨光直射的场所，或产生臭的电气 浆舌酎近使用整体性潴平衡且价格便宜耐候性优良.且侨格便宜-酎油性、耐燃性较差-由于耐候性、气定性优良.可用于充气轮胎的内胎等耐油性、 耐燃性蛟基-各种性能均优良.但价格校育一硅债般si)附除性优良.但机械强度续差口且像格儡高口低押住穆胺h'renighl®冲击强收性优良耐耗性，耐孽性及耐油憎较萍10) o型圈材料特性比较图特性比较图11) o型圈材料特性排序特性排序项目强机械强度硅墉股低弹性梯股异丁梅胺乙丙橡股丁睛幡股氯壕股氯丁株股聚氨醐跤耐候性tmw低弹性烟瓢丁橄腰异丁檎胶硅柳股乙丙糠股

18、氟橡胶耐磨性硅磁胶低伸性碘胺异丁橡胶乙丙株胺城丁植胶置氮青梅腔丁睛橡股氟橡胶耐热性低弹性植放聚独赭噜股丁脐橄胶加丁椽股异丁横胶乙丙橡胶硅博股氟檐股耐油性异丁椽股乙丙椽胺低算性横股硅梅股氯丁梅胺霆氮鼬胺丁脂橡胶氟橡股12) o型圈材料硬度聚氨酯，橡胶的肖氏硬度标准硬度标准肖氏a95高尔夫球肖氏a90樱森肖氏a70牵球肖氏a50盥料橡皮肖氏a20自行车内胎硬度的容许范围：记载数值的士5。凝胶的硬度表示用asgrc和针入度来表示口askerc和在聚氨酯橡胶的硬度表示中所使用的肖氏a硬度的 关系，大致如下图所示口硬度计a1020394050601m)90(肖氏 a)iii i ii i iiasker

19、 c 20 30 4( 50 im 7) so 90sris oioi c型-n-ri-i111jis k2207已将针入度标准化，使规定重量的针垂直进入试件中，根据进 入的长度耒表示试件的硬度办针入度的值为1/10mm时.对应针入度为 (数值越大则材质越柔软。)3 此同肖氏硬度或asker的相对比较较为困难，故没有刊登比较表g13） o型圈材料特性特性值$抗拉强度.延伸军的善相也值收据淞隹k6251包行城脸口特性敷”读ti”力力匕工工址址强度越伸至o撕裂强度回弹性o耐磨性滑的磨损冲撞磨损酎水不稳定性耐油性强度o耐久性o耐第性、刷碗性聚氨廊z用类，菌类;特性比较特性值芭抗拉豆度、延伸率的善忸值

20、*ji诉tk626l进巧试磐口14）。型圈材料耐化学性耐化学药品性比较mmr 丁睛檀胶氯丁橡胶乙丙阚胺异丁横髅氟裸胶硅横胶低通性拘肢汽油0xx一o水01 o强翻xooo强碱x0x0o乙醛xx-x ao-ox-a><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：瞬时温度和冷热交变温度5,成本来源：成本低，来源广。型圈的硬度硬度：一般

21、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%旋转动密封：内径比轴大3%-5%外径压缩率为3%-8%低摩擦用密

22、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q9"l5-1018)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，需要计算 相对运动间隙。原则

23、：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型圈安装时受压缩；拆卸时 o型圈有弹跳；常

24、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伤和挤出实效

25、。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3cr±r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

26、曲现象、 磨料磨损、表面粗糙度不当和焦耳效应等。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

27、 desk.the sources 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 com

28、pression set failure:* 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“fer

29、gtwabrasionhow to eliminate 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 mbi"sien resistant o-ring e&tecalthe sources of abrasion failure:*

30、 the metal surfaces are too rough a>nd 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 fail

31、ure appearfinc:this failure is mo&c mmon in dynamic sealing applications - like reciprocaiting and rotating shaftsu this type of failure produces a flat±ened 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 aippearinc

32、c:this failure cdn occur in< both static and dynamic 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-rin<g groove* sh-arp threads lhat the o-ring passes over

33、* no icd-in chamfer* o-ruing not lubricated* q-rmg vvrs twisted or trapped between metal surfaces* poor quality of the m白teridihow to elirriinate installation failure：* cover all threads w>ith 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

34、* use 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 mate

35、rial* 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:extrusiono

36、6sicription 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 be

37、tween mating ports* matena'i too 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« deter

38、mine cor rect o-ri(ng cross section size* 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

39、 proper- tiesr vvhkh causes improper fit. 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 campatb

40、ility chart to determine suttable material7) 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 crockinghow to eliminate weathering or ozone cracking; select a moteiicil thnt resist