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【有问必答】钢桶封闭器密封失效的原因及受力分析
文/辛巧娟
问：辛老师你好？我们在使用中，经常发现钢桶封闭器的密封渗漏问题，请问是属于密封圈质量问题吗？密封圈有封闭器中的受力会不会导致密封失效？
答：钢桶封闭器的密封失效是了个综合性问题，与封闭器和密封圈的本身质量有一定关系，但我们在实际应用中，发现多数的情况下，导致密封失效的原因，是在钢桶封闭器法兰锁装时，由于锁装模具的缺陷所致，还有就是桶塞安装时未采用扭力扳手，从而致使扭力过大损伤了密封圈所致。所以，遇到钢桶封闭器的密封失效问题，最先应该检查的是封闭器法兰锁装模具是否有问题，其次就是检查桶塞安装是否损坏了密封圈。
关于密封圈的受力情况，我借用有关专家的密封圈受力分析方法（李树虎《橡胶密封圈受力分析方法》），为您解答如下。
工程计算法是处理工程实际问题最为简单有效的方法之一，应用也最为广泛。橡胶密封圈工程算法需要３个假设：
①假设在小变形条件下橡胶材料是完全弹性的；
②在小变形条件下忽略密封圈的截面面积变化；③假设轴的刚性足够大，在工作过程中不发生形状改变。
密封圈内径一般小于桶塞或法兰的直径（存在过盈量δ），Ｏ形密封圈装配到桶塞或法兰上后由于伸长（用于旋转密封的Ｏ形圈除外，伸长率一般小于５％）而产生周向张力Ｐ，进而在轴上形成径向力，Ｏ形密封圈装配受力状态如图1所示。
图1 O形密封圈装配受力状态示意
HA即为密封圈的邵氏A型硬度
δ为橡胶圈的伸长率，主要由密封圈材料决定，可近似取橡胶圈的断裂伸长率
S即为密封圈变形前后的截面积变化，如下图红色部分
图2 桶塞密封圈工作实际圈
图3 桶塞密封圈受力分析图
其中S=S原-S现
S原=原密封圈高度A*原密封圈厚度B
S现=上图中红色部分
通过剖面的对比，该部分面积近似矩形，则S=高度C*宽度D。
高度C主要由翻边模具工艺高度H和翻边模具工艺夹角α控制。
高度C=(翻边工艺高度H-螺纹高度h)*sec α
宽度D主要由翻遍模具内模尺寸φA,桶塞套圈位置外径ΦB,和拧紧时使用的扭力M有关。
近似计算公式：
宽度D=（翻遍模具内模尺寸φA-桶塞套圈位置外径ΦB）*M*橡胶扭力压缩系数Y
带入公式可知
橡胶圈密封能力近似计算公式P=EKS(变)=EK(A*B-C*D)
=EK[A*B-(H-h) *sec α*（φA-ΦB）*M* Y]
公式中E、 K、 Y基本为常数数值，变化不大，决定密封能力的参数及变化情况如下：
1、密封圈高度A：不挤出的情况下数值越大越好
2、密封圈厚度B：不挤出的情况下数值越大越好
3、翻边工艺高度H：不影响其他工艺情况下越小越好
4、翻边模具工艺夹角α：不影响其他工艺情况下越大越好
5、翻遍模具内模尺寸φA：不影响其他工艺情况下越小越好
6、桶塞套圈位置外径ΦB：不影响其他工艺情况下越大越好
7、拧紧时使用的扭力M：不影响其他工艺情况下越大越好
以上的受力分析，其实就说明一个问题：正常情况下，橡胶封闭圈的弹性不会失效，由于弹性不会失效，所以它的密封性能也是能够保证的。
造成橡胶密封圈的失效，无外乎两种原因，一是法兰锁装时，由于模具的缺陷，导致密封圈损坏；一是桶塞安装时，过大的扭力导致密封圈损坏。
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