高压密封装置O形橡胶圈及挡圈蠕动装配法

摘要

本发明公开了一种高压密封装置O形橡胶圈及挡圈蠕动装配法，包括步骤：螺旋进给量控止在前进≯30°角，然后逆向后退15°角左右，以蠕动的方法来向前伸展释放O形橡胶圈径向压缩变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的挤压力，使O形橡胶圈和挡圈顺利通过与之配合的孔端面；O形橡胶圈和挡圈顺利通过与之配合的孔端面后，直接拧入O形橡胶圈和挡圈到止动点。本发明通过蠕动的方法来伸展释放大部分O形橡胶圈径向压缩变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的挤压力，而较小的端面挤压力不会使聚四氟乙烯挡圈不受径向约束的切口尖边部分突出。

说明书

技术领域

本发明涉及某武器系统小型高压气瓶的充气组件装配，其要求在42MPa内压上， 贮存气体10年以上不能泄漏。

背景技术

某小型高压气瓶贮存的气体是为某武器系统在发射准备阶段提供制冷源，制冷 剂气体在气瓶中呈高压状态，启动后经毛细管节流后，在其前端扩散产生冷流。该 小型高压气瓶贮存气体压力为42MPa，为满足高可靠性和长期贮存的需要，要求其 在10年以上贮存期内泄漏量不能超过一定值。为保证漏率指标，该气瓶的高压密 封装置的装配是关键环节之一。

在航天领域，对于高压静密封装置常用的密封方式有金属环垫、“O”形橡胶 密封圈加挡圈等密封方式。如采用金属环垫密封方式,则要施加比较大的拧紧力矩， 以使金属密封垫产生足够的密封比压。由于该气瓶体积较小，充气组件直径小，且 要装入深孔中，难以施加大拧紧力矩，故而选择“O”形橡胶密封圈加挡圈的密封 结构。

为了保证密封，设计师在设计时，将充气组件上的“O”形橡胶圈的压缩量控 制在上限。按此要求进行了相应的装配、测试和氦检，结果所装7件产品氦检数据 全部超差。分解充气组件后发现，产品上的挡圈没有正常进入密封槽，挡圈22°切 口尖角在挤压作用下变形或被“切”，承受高压后无挡圈支承的“O”形橡胶圈从 密封槽中挤出，从而丧失密封能力。两者失效示意图如图1所示。

发明内容

通常，“O”形圈装配时需在“O”形圈表面涂一薄层润滑脂，减少“O”形圈 装配时与金属件的摩擦力，防止橡胶件扭曲变形。但是，该气瓶的制冷剂直接对光 学元件制冷，工艺规定不得使用润滑脂以防止污染。

橡胶件作为一种超弹体，形状可以有较大改变而体积不能改变。由于“O”形 圈未涂润滑脂导致摩擦力增大，且压缩量较大，当“O”形圈旋入充气组件时，在 较大的压缩量和摩擦力增加的作用下，“O”形圈必然产生比正常状态下更大的变 形。为保证挡圈能装入密封槽内，挡圈开了一个22°斜切口，由于切口存在，挡圈 不再是一个整体环形结构，在不大的挤压力作用下，挡圈就开始向外翻转直至突出。 由于不能使用润滑脂，“O”形圈在装配时必然对挡圈产生相当大的挤压作用，而 聚四氟乙烯材料与金属表面的摩擦力极小，从而导致挡圈切口部分更易向外滑移突 出，使得挡圈没有正常进入与之配合的孔内，这就解释了为何产品挡圈没有正常进 入密封槽的现象。挡圈受挤失效示意图如图2所示。

根据分析可知，要提高装配质量，采取相应的措施使挡圈正常装入密封槽是解 决问题的关键。

如能采取措施使斜切口重新连接起来，使得挡圈成为一个整体结构，则能极大 提高抗挤压的能力。挡圈为聚四氟乙烯材料，非金属连接可以采用胶接的连接方法。 采用的粘结剂为502胶水，该胶水连接强度满足要求，施工简便，固化时间极短。 随即对新一批产品进行了装配工艺试验，再次装配充气组件并进行测试，氦检合格 率有所提高。分解后结果表明，氦检不合格的主要原因有两个，一个是胶水不足， 导致挡圈切口处没有连接上，致使挡圈失效；另一个是胶水太多，挡圈切口完全连 接上，但多余的胶水淌入密封槽内，胶接了“O”形圈，使得“O”形圈硬化丧失了 弹性变形能力，从而无法起到密封作用。

胶接的工艺方法，虽能有不错密封效果，但胶水的量难以控制，且涂胶的部位 不易掌握。多余胶水易形成碎末，成为多余物，且一致性差，对批量生产而言不是 一个合理的工艺方法。

虽然第一次装配方法改进效果有限，但证明了降低挡圈变形，减少“O”形圈 对挡圈的挤压作用的工艺改进方向是正确的。分析原来的装配过程，“O”形圈是 一次旋入，挡圈持续承受到挤压作用。改变一下思路，如果在装配过程中，能不断 地释放一些挡圈承受的挤压力，在“O”形圈及挡圈全部装配就位时，挡圈没有被 挤出就可以达到装配要求。

根据本发明的一个方面，提供一种高压密封装置O形橡胶圈及挡圈蠕动装配法， 螺旋进给量控止在前进≯30°角，然后逆向后退15°角左右，以蠕动的方法来向前 伸展释放O形橡胶圈径向压缩变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的挤压力，使O形橡 胶圈和挡圈顺利通过与之配合的孔端面。这样较小的端面挤压力不会使聚四氟乙稀 挡圈切口部分突出。

优选地，O形橡胶圈和挡圈顺利通过与之配合的孔端面后，直接拧入O形橡胶 圈和挡圈到止动点。

进一步地，通过分析研究，本发明的创新过程及详细方案具体如下。

充气组件拧入与之配合的气瓶壳体时，通过尺寸链计算，得出气瓶端面与充气 组件端面尺寸达到某一尺寸时，充气组件上的“O”形橡胶圈与气瓶孔口端面正好 接触。此时，螺旋进给量控制在前进≯50°角，然后逆向后退25°角，采用“进二 退一”以蠕动的方法来向前伸展释放“O”形橡胶圈径向压缩变形及橡胶摩擦阻尼 而产生对挡圈的挤压力，使“O”形橡胶圈和挡圈顺利通过与之配合的气瓶孔口端 面。一旦充气组件上的密封元件“O”形橡胶圈和挡圈通过气瓶孔口端面后就可以 直接拧入到止动点。

该方案关键点是通过来回往复以蠕动的方法来释放大部分“O”形橡胶圈径向 压缩变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的挤压力，而较小的端面挤压力不会使聚四氟 乙烯挡圈切口部分滑移突出。用该蠕动的方法进行充气组件装配，氦检合格率已达 80%左右。

该装配方法的特点是使“O”形橡胶圈不停地向前蠕动，故称为蠕动装配法。 试验表明采用蠕动装配法的确找到了富有成效性的解决方案,但应进一步改进蠕动 装配法提高装配合格率。

因此应进一步减少对挡圈的挤压变形作用，通过分析，“O”形圈蠕动时，前 进≯50°角，然后逆向后退25°角的方法还是不足以释放更多“O”形橡胶圈对挡 圈作用的挤压力，还存在个别挡圈突出的现象。采取的措施是将蠕动区间再缩小， 螺旋进给量控制在前进≯30°角，然后逆向后退15°角左右。

如图3所示，前进≯30°角时，“O”形橡胶圈向前运动，并在摩擦力的作用下 向后挤压挡圈，由于转动角度小，挡圈受到的挤压力不大，只产生弹性变形，使得 切口略微胀开。后退15°角左右时，使“O”形橡胶圈得以伸展。而挡圈不再受到 挤压,挤压力的消失使得挡圈恢复原来的形状，切口复原。结果如图4所示。

重复这个过程，“O”形橡胶圈就能不断向前运动，而挡圈不断释放所承受的 挤压力，同时也不断向前运动，直到“O”形橡胶圈和挡圈均顺利通过气瓶孔口端 面。

以上述手法装配的首批产品，经测试全部合格，初步验证了这方法的可行性。

目前，用螺旋进给量控止在前进≯30°角，然后逆向后退15°角左右，以蠕动 的方法来向前伸展释放“O”形橡胶圈径向压缩变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的 挤压力的装配法，经多次小批量装配均达到100%的合格率，从而验证了这一装配方 法的可行性。而该装配手法不乏为一种创新的安装手段，对类似于这种结构的密封 装置装配有借鉴作用，为新产品的研发提供了一种新的装配思路。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：

图1为“O”形圈和挡圈失效示意图，其中，挡圈22°切口处尖角没有正常进 入密封槽内，承压后导致“O”形橡胶圈从该部位突出而泄漏；

图2为档圈受“O”形圈挤压失效示意图；

图3为前进≯30°角时密封件状态示意图，螺旋进给量须控止在前进≯30°角；

图4为后退15°角时密封件状态示意图；图3和图4给出了以蠕动的方法来向 前伸展释放“O”形橡胶圈径向压缩变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的挤压力的装 配法；

图5为蠕动进给装配法达到效果示意图，经多次小批量装配均达到100%的合格 率，从而验证了这一装配方法的可行性。

图中：1为O形圈，2为密封槽，3为挡圈。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

在本发明的一个实施例中，对高压充气组件密封结构进行装配，其旋入的螺纹为M8 ×0.75，而“O”形橡胶圈选用Φ6.2×1。具体装配过程如下：

（1）0.75mm的行程等分为24个扇形区间；

（2）高压充气组件拧入与之配合的气瓶壳体时，通过测量和手感来判别“O”形橡 胶圈与气瓶壳体端面接触，此时，螺旋进给量须控止在前进≯30°角；

（3）逆向后退15°角左右，以蠕动的方法来向前伸展释放“O”形橡胶圈径向压缩 变形及橡胶摩擦阻尼而产生向后的挤压力；

（4）反复步骤（2)和步骤（3)，只要使旋入量达2圈，高压充气组件上的密封元 件“O”形橡胶圈和挡圈通过孔端面后就可以直接拧入到止动点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。