泄漏检测夹具设计要点

COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. SB-2 CSH-32-0057A (2001年 4月发行) 泄漏检测夹具 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 要点 COSMO・空气检漏仪学习资料（３） 适用对象 ・ 空气检漏仪 LS-1880, LS-1842, LS-1862, LS-1861系列 ISO 9001認証 JQA-QM3681 总公司・工厂 :东京都八王子市石川町 2974-23 TEL: 0426(42)1357 FAX: 0426(46)2439 営业所 :东京・浦和・名古屋・大阪・广岛・浜松・东北 海外分公司 :美国(底特律)・韓国(汉城) 海外代理店 :台湾・马来西亚・英国・印度 上海事务所 :上海市虹口区四平路 257号新元大酒店 19E TEL: 021-65756880 FAX: 021-65756882 LEAKTEST TECHNOLOGY PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn CSH-32-0057A COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 目 录 页码 1. 密封材 1 （1） 平面密封 ........................................................................................1 （2） O形圈密封 ....................................................................................2 （3） O形圈槽的合理设计 ......................................................................2 （4） 大开口工件的密封 .........................................................................1 2. 夹具构造 1 （1） 夹具定位销 ....................................................................................1 （2） 多个开口部的密封 .........................................................................1 （3） 夹紧力的计算 .................................................................................1 （4） 浮动机构 ........................................................................................1 （5） 导杆 ...............................................................................................1 3. 工件托盘的构造 （1） 切换式托盘 ....................................................................................1 （2） 销 .................................................................................................1 （3） 滑动式切换 ....................................................................................1 （4） 固定螺钉 ........................................................................................ （5） 高度可调夹具 .................................................................................1 （6） 测试部位的定位销 .........................................................................1 4. 不易受温度影响的夹具 （1） 夹具的材质 ....................................................................................1 （2） 限位销（衬垫）的使用 ..................................................................1 （3） 夹具的材料 ....................................................................................1 （4） 填充物的材质 .................................................................................1 5. 防止内漏 （1） 密封腔内需填充物时 ......................................................................1 （2） 需要固定填充物时 .........................................................................1 （3） 容积小或者测试时间短时...............................................................1 6. 管状部位密封 10 （1） 管状部位内径密封 .........................................................................10 （2） 管状部位外径密封 .........................................................................10 7. 密封设备 11 （1） 密封材质的选择 .............................................................................11 （2） 密封橡胶的注意点 .........................................................................11 （3） 设备 ...............................................................................................16 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn １. 密封 COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 1 １. 密封材 （1） 平面密封 密封夹具必须保证夹紧后不可因密封材微动引起的容积变化（变化）而生产内压的变化。夹具松开时，密 封材不可脱落。 l 密封线条与 O 型圈一样，当陷入槽内后可减少容积变化。此时 为防止密封条被卡，需要有退避槽。工件外侧的退避槽应比内侧 略大。 l 对于平面密封垫，夹紧后为了使工件的金属面与夹具相接触应增 设限位销。改变限位销的高度，可调整密封垫的压缩率，并根据开口 部的大小增减限位销的数量。 l 若无法使用限位销，尽可能使用高硬度的较薄的密封垫，这样可以 减少变形的影响。 推荐使用的密封垫的材质、硬度 加工面的密封采用聚氨酯 50°～70° 管子的密封采用聚氨酯 70°～90° 毛坯面的密封采用聚氨酯 30°～50° l 若将密封槽设计成台形那么密封材不易脱落。 l 若将密封垫装入有Ｏ形圈的槽内，不易脱落。密封垫的外周留有间 隙的情况下，密封垫受压后才能使金属面与工件相接触。 工件 线条密封 密封材 密封材 限位销 外侧 退避槽 密封材 密封材 Ｏ 形圈 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn １. 密封 COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 2 （2） O形圈密封 O形圈的构造应设计成不因变形而引起容积变化等。另外夹具松开时，O形圈不能脱落。 l 加压时，O 形圈不可在槽内松动。 l Ｏ形圈不能被卡住。 l Ｏ形圈槽在加压的反侧应有斜度。 （3） O形圈槽的合理设计 l 压扁量应为Ｏ形圈直径的 15～20％。 l 槽的斜度为５度左右。 l O形圈的断面积应小于槽的断面积。 例 Ｏ形圈直径 ｄ＝φ3.5 压扁量 ｈ＝0.5（14％） Ｈ＝ｄ－h＝3.5－0.5＝３（ｍｍ） W＝3.5－0.1 （H：槽深 W：宽） H ｄ W h 5°(～15°) 正确例： 槽的外周倾斜 5°～15° 使密封圈不易脱落。 错误例：从槽内向外凸。 错误例：在槽内滑动。 加圧方式(正圧) (外侧有斜度) 加圧方式(负圧) (内侧有斜度) 密封夹具 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn ２. 夹具构造 COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 3 （4） 大开口工件的密封 使用 O形圈或者线条密封圈。 l 加工出 O 形圈槽或者线条密封槽，并增设数个带斜度的板块以 防密封圈脱落。 l O形圈的连接部的 R 为最小，此部分不可拱起。 夹具侧密封面 ２. 夹具构造 （1） 夹具定位销 当 O形圈、工件的封堵面不可使用限位销时 l 如图 1 所示，平面密封垫在密封夹紧后会产变形。如图２所示如果为夹紧气缸增设可调高度的限位销，那么 不会因密封垫变形而引发容积变化。 R R O 形圈槽 开口部 工件的 密封面 工件侧密封面 图 1 图 2 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn ２. 夹具构造 COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 4 （2） 多个开口部的密封 2个以上开口部 l 对于２个以上的开口部如图２所示，应设计成每个开口部都具有单独的夹具以及浮动装置，而不能采用图 1 的整体结构。 l 图 2 中的各个密封部应使用碟形弹 簧。有碟形弹簧的夹具为了便于交 换，不可设计成一体化而应如图 4 所示的那样做成螺钉组合方式。如果 A 处有过大的间隙会增加蝶形弹簧 的负担，从而影响寿命。 （3） 夹紧力的计算 先对测试压反力、O 形圈、密封垫的] 压缩力进行计算再决定夹紧力。 · 工件密封部位的面积：A（cm2） · 测试压：P(kg/cm2) · 测试压轴向负荷：F=A×P（kg/cm2） · O形圈（表1）或者密封垫（表2）的压缩力：F’（kgf） 工件 图 1 工件 图 2 图 3 图 4 A ※单位周长 1cm所需的压缩力(实验公式) 35 30 25 20 15 10 9 8 7 6 2 3 4 5 截面 直径 压缩率 (%) 压缩所需的力(kgf/cm) ×1.2 表-1 O形圈压缩率(kgf/cm) .2 .3 .4 .5 .6.7.8.9 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 8 9 10 ① ② ③ ⑤ ④ O形圈 直径 ① 1.9 ② 2.4 ③ 3.5 ④ 5.7 ⑤ 8.4 硬度 70゜ 安全系数为 20％时的夹紧力 （F＋F’）×1.2 图表查阅方法 根据所使用的 O 形圈的直径，从下表 中得到号码，再根据此号码所对应的 图表求出压缩比为 15±5%所对应的 压缩力。本图表示周长为 1cm 的压缩 力。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn ２. 夹具构造 COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 5 注意：如果气缸的行程过长或者前端的夹具过重，气缸的间隙会增大，所以应选择大一号的气缸。 （4）浮动机构 大开口工件的密封，如果采用浮动机构密封会更稳定。 l 如果市场上出售的浮动机构的尺寸等无法满足使用要求时，应采用如图所示的浮动机构。 使用可压缩的吸振橡胶能使夹具的姿势保持相对稳定。 为防止夹具的劣化，必须使用淬火衬垫，而且接触球面也必须淬火。 （5）导杆 防止夹具转动 l 图中的 A 尺寸应为杆径的 1.5 倍左右，防止回转的导杆 直径至少应与气缸的杆径相同。尽可能不是单边而在两 边都设置导杆。 l 尺寸 A 如果无法保证 1.5 倍，那么增加法兰改为图 3 的 结构。 l 气缸行程较长时，可将图 3 的法兰增长或者两侧都安装 回转防止机构。 A 气缸 図 1 A 气缸 图 2 气缸 图 3 硬度 H 压缩率 10％ 压缩率 20％ 30゜ 3 kgf/cm2 5 kg/cm2 40゜ 4 kgf/cm2 7 kg/cm2 50゜ 5 kgf/cm2 10 kg/cm2 60゜ 7 kgf/cm2 14 kg/cm2 70゜ 11 kgf/cm2 21 kg/cm2 80゜ 18 kgf/cm2 35 kg/cm2 表-2 密封材压缩力(kgf/cm2) 气缸 吸振橡胶 淬火 气缸 吸振橡胶 淬火 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn 错误！未找到引用源。 COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 6 ３. 工件托盘的构造 （1） 换 盘切 式托 采用托盘进行切换时 l 与销配合的托盘内安装衬套。为了方便更换，也可增加导杆。 为了减轻重量所用铝板时 l 加装铁制的法兰，铝板上不可直接旋螺丝。螺距应小一些， 以便进行微调整。 （2） 销 夹具使用定位销时 l 定位销应设计成容易拨取，更换。还需倒角或锪孔，使杂质能从 A处逃 逸。 （3） 滑动式切换 夹具需移动时 l 切换时如果不需精确定位，尽可能采用导轨和销或者小块作 为定位器。 A 图 1 A 图 2 切换托盘 衬套 切换托盘 底座 图 2 图 1 切换板 档销 档销 导向 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 7 （4） 固定螺钉 用螺钉将夹具固定时 l 必须倒角或开槽。为了防止螺钉的松动，可采用 图 3a的双螺钉或图 3b的螺母锁紧。 （5） 高度可调夹具 固定复杂工件时 ● 斜线部的夹具高度设计成可调。 （6） 测试部位的定位销 工件的夹具堵塞了检测部位的螺孔时 l 为了避免螺钉的泄漏部被定位销堵住，如图 2(b)所示在螺钉接触部开十字槽，让泄漏气体流向外部。 图 1 図3 (a) (b) 图 2 图 1 A 螺钉的泄漏检查 图 2(A 视) (a) (b) 气缸 气缸 气缸 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 8 4. 不易受温度影响的夹具 工件温度与周围温度不同时，与工件接触的夹具部分，如果使用绝热性好（导热差）的材料，可以减少温 度变化的影响。 参考： 物质的导热率 物 质 ｋ（Ｗ／ｍ・Ｋ） 备 考 丙烯 ０．１７～０．２５ 绝缘体 橡胶（硬） ０．２ 尼龙 ０．２７ 铝材 ２３６ 导体 钢（碳素钢） ４８ 不锈钢 １５ 铁 ８３．５ 铜 ４０３ 空气 ２．４１×１０―２ 气体 （1） 夹 质具的材 对于O形圈、线条密封，封堵夹具的金属面可用做限位，密封圈安置 在槽内，此方式可以有效地防止变形的影响。但是接触面容易受温度 的影响，因此可以使用传热差的材料做夹具，这样能控制工件的热传 递，防止温度变化。如果机械上为了保证设备的使用寿命，必须使用 金属材料时，应选用导热差的不锈钢。 （2） 限位销（衬垫）的使用 如果夹具无法使用导热差的材料时，在工件和密封夹具之间使用多个 限位销（衬垫）以减少与夹具直接接触的面积。导热差的平面密封材， 温度变化虽然小，但是变形大，所以必须增设限位销。限位销尽量使 用硬树脂材料，并且还需备品。使用Ｏ形圈时，应尽量选择粗O形圈， 夹具封堵后保证夹具面与工件面之间留有0.1～0.2mm的间隙。 （3） 夹具的材料 与工件接触部分需使用导热性差（硬树脂材料）的材料。 （4） 填充物的材质 对于常温工件的检测，可以用铝质填充物，温度高的工件或者低温工件，可以选用硬树脂材料作为填充物， 确保工件内部的空气温度无变化。 导热率ｋ： 厚１ｍ的板的两侧有１Ｋ的温 差时，在１ｓ间通过这块板１ｍ ２时流过的热量。单位Ｗ・ｍ－１・ Ｋ－１ 密封材 限位销 密封 密封材 限位销 工件 限位构造 O形圈 0.1～0.2 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 9 5.防止内漏 （1） 时密封腔内需填充物 l 填充物底面与密封腔底面即使密合，气体也会渗透至接合 面（内部泄漏）。在检测过程中有这种现象出现会引发误判 断。为了防止这种现象，如图 1 所示，事先减少填充物与 密封腔底部的接触面，使空气更容易流入。此外还可如图 1 所示在填充物底部的厚壁上打通孔。 （2） 需要固定填充物时 l 如图 3 所示在填充物底部留出间隙，为了防止气体不完全 进入固定螺栓的间隙内，如图 4所示可以做成贯通螺栓孔， 或者倒面使空气容易进入间隙。 （3） 容积小或者测试时间短时 l 如果使用 O 形圈，图 5的 A面，也会有气体渗透，所以事 先可将该面下降 0.1～0.2mm左右。 図 1 通孔 填充物 密封腔 间隙 与密封腔底面接触部位(四角) 图 2 填充物底面 图 5 A O形圈 图 3 固定填充物 填充物 固定螺栓 密封腔 工件 图 4 固定螺栓 螺栓 通孔 倒面 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 10 6. 管状部位密封 l 管状部位的密封材变形、老化（管材造成的划痕、损坏）以及密封材引起的堵塞通常是由断面 的密封引起的。 l 所以对于管状部位采用内径、外径的密封,可以改善上述问题及管路的流量不足,从而实现提高 检测精度,缩短检测时间。 (１) 管状部位内径密封 (２) 管状部位外径密封 密封用 O型圈 封堵圧 密封活塞 定位销 工件形状 工件形状 密封用 O型圈 封堵圧 密封活塞 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 11 7. 密封装置 ７－１密封材质的选择 表１ 项目 O型圈（O ring） 线条橡胶（成型） 板条橡胶 适用部位 仅适用加工面 仅适用加工面 全面（最好为加工面） 优点 ・价格便宜 ・可与密封部位形状随形 ・橡胶变形影响较小 ・价格便宜 ・不容易产生粉沫 缺点 ・容易产生粉沫 ・寿命短 ・价格高 ・容易扭曲 ・容易拆卸 ・角容易折断 ・与密封部位形状不易吻合 ・容易留下压痕 材质 ・腈基丁二烯橡胶 （NBR） ・腈基丁二烯橡胶（NBR） ・聚氨酯 ・COSMO凝胶密封材 ・聚氨酯 ・COSMO凝胶密封材 注意事项 ①由于加紧力过高会导致橡胶寿命缩短,所以要设定适当的夹紧力。 ７－２密封橡胶的注意点 （１）密封橡胶 项目 内容 注意事项 橡胶硬度 ・加工面：Hs75度 ・毛坯面：Hs60度 ・特殊面：Hs40度 ・公差±３度 ・希望用颜色来区分硬度 根据密封面的形 状和大小来选择 ・相对于孔径的橡胶直径 孔径＋10㎜≧橡胶 ・异型孔密封橡胶形状 为了减小夹紧力,在不 影响密封情况下,减小封堵材料面积。 ・最小密封面的宽度保证在 5mm以上,如图（①） ・密封宽度确保 5 ㎜以上 ・确保中心重合,设计时保证汽缸行程有 余量。密封部位的倒角要大于工件的 导角。（②） ② ① PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 12 （２）密封定位安装 项目 内容 注意事项 ・防止密封橡胶脱落 固定密封橡胶方法 ①用 0 型圈固定 ②用螺纹固定 ③用定位销固定 ・在密封橡胶上钻孔,用定位销与本体 固定 ・为了区分无孔橡胶和有孔橡胶,可以在有 孔橡胶的本体内装上弹簧销，而无孔橡胶上 不装。 确保橡胶更换的方 便性 ・在本体上预留通气孔,更换时用螺丝 刀顶出（适用Ｏ型圈类） ・与固定用的本体直径相同或比本体 直径略小。（螺纹类） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 13 项目 内容 注意事项 ・高度不同平面的密 封夹紧 ・一侧用硬性夹紧，另一侧用带有弹簧的柔 性夹紧。 ＜单侧弹簧夹紧方式＞ 浮动机构安装实例 ・两侧弹簧夹紧方式 有时在两处或更多处需要的夹紧力 大致相同时，可以分别配上弹簧。 ・不带弹簧夹紧方式 在同一刀具一次性加工、检测压力 较低等情况下，结合加工条件来决 定是否选择弹簧夹紧。 ・夹紧压力由汽缸压力和弹簧压力 决定。 参考夹紧压力计算方法 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 14 （３）O型圈 项目 内容 注意事项 ・根据用途选择规格 ①飞机用（AS568型）Ｏ型圈 因为直径大但比较细,所以适用于大工件并且封 堵复杂的产品。 ②S规格Ｏ型圈 （厂家ＮＯＫ） O型圈比较细 ③统一规格Ｏ型圈 Ｐ型号运动用 G型号固定用 ・从本体上脱落时,容易卡在夹 具和工件间而断开。 ・O 型圈太粗时,半径不能太 小。 ・O 型圈太细时,容易产生粉 沫。 ・维护保养性 ・防止脱落 ・对于大工件可采用夹具本体整体更换的形式。 ・在本体上开燕尾槽。 ・在保证夹具强度的前提下尽 可能减轻重量。（例如铝制基 座等） （４）条型橡胶（成型） 项目 内容 注意事项 ・防止过度密封 ・设计成不同高度的平面，仅在必要的部位进行密 封并且设置当块调整夹具。 ・材质的选择 ①聚氨酯橡胶 容易制造,经久耐用 ②腈基丁二烯橡胶 容易制造 ③硅胶 经久耐用 ・易脱落的部位增设凸台。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 15 项目 内容 注意事项 ・防止脱落的方法 ①易脱落的部位设计成凸台结构。 ②设计成凸缘。 ③凸缘比较大时，要设计成夹板来固定。 ・从本体上脱落时,容易卡在夹具 和工件间而断开。 ・确保容易装拆 ・对于密封橡胶不易取出的情况，在线条橡 胶边缘设计成一个突出部分。 （５）固定线条橡胶的本体 项目 内容 注意事项 ・维护保养性 ・对于大工件可采用夹具本体整体更换的形 式 ・在保证夹具强度的前提下尽可 能减轻重量。（例如铝制基座 等） ・防止脱落 ・在本体上开燕尾槽 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 16 ７－３设备 项目 内容 注意事项 ・工件封堵 ・密封的顺序是先把工件定位，然后再封堵。 ・如果是多工位封堵，而且封堵和松开同时进行，那 么检漏仪要启动排气抗干扰功能。 ・如果支架是整体构造，应尽量减小振动，同样在检 测中其他元器件也要减小振动。 ・对于形状特殊而薄的工件(油底壳、歧气管 )要进行 特殊夹紧。 ・对于大容积的工件可以在内腔内填充物体。 ・为了保证工件稳定封 堵。 ・要尽量防止空压、油 压振动或支架变形而引 起的封堵压力的变化。 ・为了防止因振动产生 的检测误差。 ・尽量减小工件容积可 以提高检测精度。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn COSMO INSTRUMENTS CO., LTD. 17 项目 内容 注意事项 配管 ・参考其他相关资料 ・为了容易修理和检查可以把不同配管用颜色区分。（黒 色、蓝色、黄色等） ・管接头采用套筒箍紧螺纹方式。 ・配管长度以减小容积为原则尽量短。 （例 N2-4：10×7.5 type at 44ml/m） ・配管的安装要确保在工件封堵检测过程中保持固定不 动。 ・容积较小且高压检测时可选用双层配管。 （例 500ml以下、0.35MPa以上） ・尽量避免加压后的配管膨 胀，以减小检测误差。 ・防止从配管泄漏。 ・提高检测精度、缩短节拍。 ・尽量避免外部因素对检测 结果的影响。 调压阀 ・大容积工件需要预加压，可采用大流量调压阀。 （例 SMC ＩＲ３０００等） ・有预加压时,可以采用两个调压阀分别控制。 ・１次压力要高于２次压力０．１ＭＰａ以上。 ・可以缩短加压时间。 ・保证测试压稳定。 ・保证测试压稳定。 外部排气阀 （Ｇ３） ・防止检漏仪进油、水。 ・防止沉水的工件再次检测 后，排气时把水吸入传感 器。 空气干燥器 ・防止空压源的水分进入检漏仪。 ・设置在空压源出口。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.com.cn