某型裝備密封性能改進

劉定渝

(海軍駐重慶地區(qū)軍事代表局，重慶 401121)

密封性能是保證裝備在服役期間是否能正常工作的重要指標之一。某型裝備的密封面主要分布在換能器、尾部、主題、裝藥孔等六個結合面，其密封面均采用橡膠密封圈端面密封方式，除尾部與主體由于密封面太大采用F 型橡膠密封圈以外，其余均采用O 型橡膠密封圈。在實際裝配和檢驗過程中，為了檢測該型裝備的密封性，采用了該行業(yè)通用的檢測方法，即向主體注入壓縮空氣，在內壓為0.01 MPa 下，保壓5 分鐘不應有氣泡溢出。

該型裝備在90年代初定型后，開始幾年在產品生產和檢驗過程中，發(fā)現幾處密封面的O 型橡膠密封圈不能較好地起到密封作用，水密試驗一次性通過率不到50%，有時需要反復幾次修正才能滿足要求。目前我們通過對結構的分析作了改進，使密封性能得以大大提高，氣密試驗一次性通過率達到了95%以上。該型裝備各密封面的結構基本相同，以下就最容易發(fā)生漏點的換能器孔密封的改進進行探討。

1 密封結構原理

橡膠密封圈采用的硫化橡膠是一種彈性顯著的高彈性材料，由于采用的是端面密封方式，其密封性能主要取決于軸向的變形率ε:

式中:h0為密封件變形前變形方向上的尺寸;h 為密封件變形后變形方向上的尺寸。

對于O 型橡膠密封圈，其受擠壓后的變形是不確定的，在截面上呈不均勻性，在最大擠壓點變形量為ε':

式中:d 為O 型密封圈變形前尺寸;h 為密封面溝槽高度。

根據使用狀況，對動密封結構取10%≤ε'≤25%，對靜密封結構取15%≤ε'≤35%，一般情況下，實際靜密封結構取經驗值25%≤ε'≤35%為宜。也就是說取變形量ε'較大比變形量ε'較小所起到的密封效果好。

2 改進分析

以換能器孔為例，其結構及尺寸如圖1 所示，換能器基體2通過代螺紋的壓環(huán)3 緊固在尾部基體上，圖1 中黑色部分1 即為O 型橡膠密封圈，黑色部分底端的臺面即為密封面。圖2 為O型橡膠密封圈變形前的尺寸，d 為密封圈截面直徑，圖3 為密封狀態(tài)，黑色部分為密封圈變形后的狀態(tài)。

原設計中，密封圈的內徑為φ70mm，根據GB3452.1—82《O型橡膠密封圈尺寸及公差》標準要求，設計者取密封圈截面標準尺寸d = φ5. 3mm，根據圖示，密封面溝槽高度基本尺寸h =4.24，其相對變形量為:

顯然其變形量小于經驗值25%，實際運用中，由于受環(huán)境、溫度以及橡膠密封圈材質的影響，橡膠密封圈會變硬變脆導致變形量達不到要求［3］，從而未達到設計要求的密封效果。

要使密封效果得到改進，應從提高密封圈變形量入手，通過公式ε' =(d-h)/d 可看出，可以增大密封圈截面直徑d 和減小密封溝槽h 兩個參量。

教材中采用的是如圖1所示的裝置進行實驗，在平時教學實驗中水面往往上升不到1/5，我認為是因為存在以下不足：

實際應用中，考慮到該型裝備已有一定的產量，如果同時屐尾蓋上密封溝槽的高度h 和O 型橡膠密封圈的截面直徑d，將使今后的配備橡膠密封圈不具有互換性，影響產品使用，所以只對密封圈截面直徑d 做出改動。

取經驗值ε' = 30%，將h=4.24 mm 帶入公式

得到期望值d=6.06 mm。

由于尾蓋尺寸的限制，根據圖3 可知溝槽的寬度b =6 mm，顯然，密封圈截面直徑最大只能取到6 mm，此時的變形量為

ε' = 29%滿足25%≤ε' ≤35%的經驗值的要求，因此可將O 型橡膠密封圈的截面直徑由原先的d=5.3 mm 改為d=6 mm變形量為ε'由20%增加到29%。

我們用同樣的原理和計算方法對其他密封圈做了相應的改進，試驗證明，氣密試驗的一次性通過率由40%提高到了90%以上，為裝備的質量和快速反應提供了較好的保障。

3 結束語

通過以上對密封圈的改進，我們得到了如下的結論:一是根據GB3452.1—82《O 型橡膠密封圈尺寸有公差》［4］公差標準要求d=6 mm 是一非標值，這也是原先設計時沒有取這個值的原因。二是由于為了保證互換性，保持尾蓋的尺寸不變，根據GB3452.3—88《活塞密封溝槽尺寸》［5］標準要求，其溝槽尺寸也是一個非標值，這是一個不得已的尺寸保留。三是經計算，改進后的O 型橡膠密封圈截面面積為:

如圖3 所示，圖中黑色部分為密封圈壓縮后所能填充的面積

由于S' ＜S，所以密封圈并未完全進入密封面形成的溝槽中，其實際變形量也未達到達29%，但由于d 的增大，實際增大了密封面的有效接觸面積，同樣達到了較好的密封效果，試驗結果也充分地證明了這一點。

［1］洪鐘德. 簡明機械設計手冊［M］. 上海:同濟大學出版社，2002.

［2］李國英.表面工程手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1997.

［3］馬燕秋，王仁輝，劉樹華.材料自然老化手冊［M］.北京:中國石化出版社，2004.

［4］GB3452.1—82.O 型橡膠密封圈尺寸有公差［S］.1982.

［5］GB3452.3—88.活塞密封溝槽尺寸［S］.1988.