O形密封圈的設計、使用和故障處理大全

1、O形密封圈的設計、使用和故障處理大全 目 錄 一、O形密封圈的密封原理 . 2 1、用于靜密封時的密封原理 . 2 2、用于往復運動密封時的密封原理 . 2 3、旋轉運動用密封 . 3 二、O形密封圈的材料選擇 . 3 1、O 形圈密封的設計原則 . 5 1）壓縮率 . 5 2）拉伸量 . 5 3）接觸寬度 . 5 2、O 形圈的設計 . 6 3、O 形密封圈密封溝槽設計 . 6 1）溝槽形狀 . 6 2）槽寬的設計 . 6 3）槽深的設計 . 7 4）槽口及槽底圓角的設計 . 7 5）間隙 . 7 6）槽壁粗糙度 . 7 4、擋圈 . 7 三、O形密封圈的使用、安裝和故障分析處理 . 8 1

2、、O 形圈的使用 . 8 2、O 形圈的安裝 . 9 3、O 形圈的保管 . 9 4、O 形密封圈的故障和解決辦法 . 9 1）永久變形 . 10 2）間隙咬傷 . 11 3）扭曲現(xiàn)象 . 11 4）磨粒磨損現(xiàn)象 . 11 5）滑動表面對 O 形圈的影響 . 12 6）摩擦力與 O 形圈的應用 . 12 7）焦耳熱效應 . 12 四、O型密封圈綜述 . 12 1 一、O形密封圈的密封原理 O 形密封圈簡稱O 形圈，是一種截面為圓形的橡膠圈。O 形密封圈是液壓、氣動系統(tǒng)中使用最廣泛的一種密封件。O 形圈有良好的密封性，既可用于靜密封，也可用于往復運動密封中；不僅可單獨使用，而且是許多組合式密封裝

3、置中的基本組成部分。它的適用范圍很寬，如果材料選擇得當，可以滿足各種運動條件的要求，工作壓力可從 1.3333105Pa 的真空到400MPa 高壓；溫度范圍可從-60到200。與其它密封型式相比，O形密封圈具有以下特點： 1）結構尺寸小，裝拆方便。 2）靜、動密封均可使用，用作靜密封時幾乎沒有泄漏。 3）使用單件O形密封圈，有雙向密封作用。 4）動摩擦阻力較小。 5）價格低廉。 O 形密封圈是一種擠壓型密封，擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質的內壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。在用于靜密封和動密封時，密封接觸面接觸壓力產(chǎn)生原

4、因和計算方法不盡相同，需分別說明。 1、用于靜密封時的密封原理 在靜密封中以O 形圈應用最為廣泛。如果設計、使用正確，O 形密封圈在靜密封中可以實現(xiàn)無泄漏的絕對密封。 O 形密封圈裝入密封槽后，其截面承受接觸壓縮應力而產(chǎn)生彈性變形。對接觸面產(chǎn)生一定的初始接觸壓力Po。即使沒有介質壓力或者壓力很小，O 形密封 圈靠自身的彈性力作用而也能實現(xiàn)密封；當容腔內充入有壓力的介質后，在介質壓力的作用下，O 形密封圈發(fā)生位移，移向低壓側，同時其彈性變形進一步加大，填充和封閉間隙。此時，坐用于密封副偶合面的接觸壓力上升為Pm ： Pm=Po+Pp 式中 Pp經(jīng) O 形圈傳給接觸面的接觸壓力（0.1MPa） P

5、p=K 2P K壓力傳遞系數(shù)，對于橡膠制 O 形密封圈K=1； P被密封液體的壓力（0.1MPa）。 從而大大增加了密封效果。由于一般K1，所以PmP。由此可見，只要O 形密封圈存在初始壓力，就能實現(xiàn)無泄漏的絕對密封。這種靠介質本身壓力來改變O形密封圈接觸狀態(tài)，使之實現(xiàn)密封的性質，稱為自封作用。 理論上，壓縮變形即使為零，在油壓力下也能密封，但實際上O 形密封圈安裝時可能會有偏心。所以，O 形圈裝入密封溝槽后，其斷面一般受到7%30% 的壓縮變形。靜密封取較大的壓縮率值，動密封取較小的壓縮率值。這是因為合成橡膠在低溫下要壓縮，所以靜密封O 形圈的預壓縮量應考慮補償它的低溫收縮量。 2、用于往復

6、運動密封時的密封原理 在液壓轉動、氣動元件與系統(tǒng)中，往復動密封是一種最常見的密封要求。動力缸活塞與缸體、活塞桿與缸蓋以及各類滑閥上都用到往復運動密封?？p隙由圓柱桿與圓柱孔形成，桿在圓柱孔內軸向運動。密封作用限制流體的軸向泄漏。用作往復運動密封時，O 形圈的預密封效果和自密封作用與靜密封一樣，并且由于O形圈自身的彈力，而具有磨損后自動補償?shù)哪芰Α５捎谝后w介質密封時，由于桿運動速度、液體的壓力、粘度的作用，情況比靜密封復雜。 當液體在壓力作用下，液體分子與金屬表面互相作用，油液中所含的“極性分子”在金屬表面上緊密而整齊的排列，沿滑移面與密封件間形成一個強固的邊界層油膜，并且對滑移面產(chǎn)生極大的附著

7、力。該液體薄膜始終存在于密封件與往復運動面之間，它亦起一定的密封作用，并且對運動密封面的潤滑是非常重要的。但是對泄漏來講是有害的。但往復運動的軸向外拖出時，軸上的液體薄 2 膜便與軸一起拉出，由于密封件的“擦拭”作用，當往復運動的軸縮回時，該液體薄膜便被密封元件阻留在外面。隨著往復運動行程次數(shù)增多，阻留在外面的液體就越多，最后形成油滴，這就是往復運動式密封裝置的泄漏。由于液壓油的粘度隨著溫度的升高而降低，油膜厚度相應減小，所以液壓設備在低溫下啟動時，運動開始時的泄漏較大，隨著運動過程中因各種損失引起溫度升高，泄漏量有逐漸降低的趨勢。 O 形圈作為往復式密封，結構緊湊、尺寸小，可以降低元件價格。

8、主要用在： 1）低壓液壓元件中，一般限于短行程和10MPa 左右的中等壓力。 2）小直徑、短行程以及中等壓力的液壓滑閥中。 3）氣動滑閥和氣動缸中。 4）作為組合式往復動密封裝置中的彈性體。 O 形圈作為往復動密封最適合小直徑、短行程、中低壓力的應用場合，氣動缸、氣動滑閥等往復運動元件中。在液壓元件中，用O 形圈作主要動密封，一般限于短行程和 10MPa 左右的中低壓力。O 形圈不適合用作速度非常低的往復動密封和單獨作為高壓往復動密封。這主要是因為在這種條件下摩擦較大，會導致密封過早失效。在任何型式應用中，都要根據(jù)密封件的額定數(shù)據(jù)或能力來使用，并且要裝配得當，才能得到滿意的性能。 3、旋轉運動

9、用密封 在旋轉運動密封中，通常采用油封和機械密封。但是油封的使用壓力較低，而且與O 形圈相比，顯得過大和復雜，工藝性也差。機械密封雖然可用于高壓（40MPa ）、高速（50m/s）及高溫（400），但是結構更加復雜、龐大，而且成本高，只適用于石油、化工等作用的一些重型機械設備上。 O 形圈用于旋轉運動存在的主要問題是焦耳熱效應。焦耳熱效應使高速的旋轉軸與O 形圈的接觸處產(chǎn)生磨擦熱，生成的熱量使這些接觸部位的溫度不斷上升，橡膠材料受熱嚴重變形，壓縮量與伸長量發(fā)生變化的現(xiàn)象。發(fā)熱還加速密封材料老化，降低了O 形圈的使用壽命；破壞密封油膜，由此引起斷油現(xiàn)象，加速密封的磨損。 基于上述情況，近年來國內

10、外旋轉運動用 O 形圈進行了廣泛深入的研究。為了避免出現(xiàn)焦耳熱效應，關鍵在于根據(jù)橡膠的性能來正確地選擇設計O 形圈的結構參數(shù)，主要是O 形圈的拉伸量和壓縮率。根據(jù)實驗，將旋轉運動用O 形圈設計成內徑與旋轉軸直徑相等或稍大些，一般大3%5%，在安裝O 形圈時，從內徑向里壓縮，并將斷面的壓縮量也設計得小一些，一般約為5%。并且，盡量采用受熱量影響小的密封材料，充分考慮O 形圈安裝處的散熱問題。這樣就使O 形圈的工作情況大為改善，可應用于最高轉速達4m/s 的旋轉軸的密封。 近年來又出現(xiàn)了耐熱氟橡膠和耐磨聚氨酯橡膠，并且對橡膠元件工作的焦耳熱效應有了更深入的了解，并針對此問題研究解決方案，設計出了新

11、的O 形圈密封結構，使O 形圈能夠更好的應用與高速、高壓的旋轉運動。 O 形密封圈由于其具有體積小，結構簡單、成本低、工藝性能好、適用范圍廣泛等特點，正廣泛地在旋轉運動式密封裝置中推廣。 二、O形密封圈的材料選擇 O 形密封圈材料的選擇對其密封性能和使用壽命有著重要意義。材料的性能直接影響O 形圈的使用性能。除應具備密封圈材料的一般要求外，O 形密封圈還要注意下述條件： 1）富有彈性和回彈性； 2）適當?shù)臋C械強度，包括擴張強度、伸長率和抗撕裂強度等。 3）性能穩(wěn)定，在介質中不易溶脹，熱收縮效應（焦耳效應）小。 4 ）易加工成形，并能保持精密的尺寸。 5）不腐蝕接觸面，不污染介質等。 滿足上述要

12、求的最適合而且最常用的材料是橡膠，所以O 形圈大多用橡膠材料制成。橡膠的品 3 種很多，而且不斷有新的橡膠品種出現(xiàn)，設計與選用時，應了解各種橡膠的特性，合理選擇。 在選擇O 形圈材料時，要注意考慮到以下幾點因素： 1）O 形圈的工作狀態(tài) 指O 形圈是用于靜密封還是用于動密封，是用在往復動還是用在旋轉運動中。 2）機械的工作狀態(tài) 就是指機器是出于連續(xù)的工作狀態(tài)還是處于斷續(xù)的工作狀態(tài)，并要考慮到每次斷續(xù)時間的長短，是否有沖擊載荷作用在密封部位。 3）工作介質的情況 工作介質時液體還是氣體，并要考慮到其物理、化學性質。 4 ）工作壓力 工作壓力的大小、波動幅度以及瞬時出現(xiàn)的最大壓力等。 5）工作溫度

13、 包括瞬時溫度和冷熱交變時的溫度。 6）價格和來源等 絕大部分的O 形圈都是用各種等級和硬度（如 4090 度）的腈橡膠制成的。其中，一種典型的通用材料是硬度大約為75 度的低/ 中腈橡膠。腈橡膠具有良好的耐熱性，它可以在 100120范圍內工作。腈橡膠對礦物油和脂類有很好的耐受力，同時具有較寬的工作液體（包括水和乙二醇）適用范圍。橡膠的配方不同，對介質的適用性也不同。一般來說，丁腈橡膠耐油；氯丁橡膠耐候性和耐臭氧性好；丙烯酸酯橡膠和氟橡膠耐熱；聚氨酯橡膠耐高壓和磨損；共聚氯醇橡膠耐低溫耐油。橡膠的配方不同，成份不同,對介質的適用性也不同。例如丁腈橡膠，根據(jù)丁腈含量的不同分為高、中、低三種，含

14、丁腈量越高，耐油性能越好。 在某些應用場合，腈橡膠在性能方面有局限性或者與某些工作液之間缺乏相容性，這時可以采用其他各種材料。例如，對耐熱性，耐油性有特別要求時，可用FKM（氟橡膠）：對耐磨性和耐壓有特別要求時，可選用AU/EU（聚氨酯橡膠）。近來又增加了提高NBR 耐熱老化性的NEM，又稱加氫NBR ；HNBR ； 可供選用。 橡膠的硬度，一般機械用O 形密封圈，硬度應在7090 度之間。作為靜密封用的 O 形密封圈，通常材料硬度為邵爾硬度70 度，比動密封件要硬。旋轉運動用O 形密封圈，一般用丁基橡膠材料效果好，硬度以HS=80 為宜。在內壓低、摩擦小的場合，硬度允許低于70 度；而在高壓

15、下或旋轉運動中，可以高硬度，但很少使用。 液壓、氣動設備用O 形密封圈的材料選擇考慮與溫度的關系，介質為石油基液壓油的O 形圈，溫度在-50 120時，用丁腈橡膠，而 120 230 范圍內用硅橡膠（主要是靜密封），200以內的動密封用氟橡膠。當被密封介質為燃料油時，則用高丁腈橡膠為宜。在透平油之類的高苯胺點油中，因為丁腈橡膠會發(fā)生收縮現(xiàn)象，應慎用。丁腈橡膠在乙醇系液壓油中會發(fā)生膨脹現(xiàn)象，故不能使用，而應當用丁苯橡膠。近年來為防止火災采用不燃性磷酸酯系液壓油，這種情況下宜用氟橡膠。 4 O 形圈密封是典型的擠壓型密封。O 形圈截面直徑的壓縮率和拉伸是密封設計的主要內容，對密封性能和使用壽命有重

16、要意義。O 形圈一般安裝在密封溝槽內起密封作用。O 形密封圈良好的密封效果很大程度上取決于O 形圈尺寸與溝槽尺寸的正確匹配，形成合理的密封圈壓縮量與拉伸量。密封裝置設計加工時，若使O 形圈壓縮量過小，就會引起泄漏；壓縮量過大則會導致O 形密封圈橡膠應力松弛而引起泄漏。同樣，O 形圈工作中拉伸過度，也會加速老化而引起泄漏。世界各國的標準對此都有較嚴格的規(guī)定。 1、O 形圈密封的設計原則 1）壓縮率 壓縮率W 通常用下式表示： W= (d0-h)/do% 式中 d0 O 形圈在自由狀態(tài)下的截面直徑（mm ） h O 形圈槽底與被密封表面的距離，即O 形圈壓縮后的截面高度（mm ）。 在選取O 形圈

17、的壓縮率時，應從如下三個方面考慮： ? 要有足夠的密封接觸面積 ? 摩擦力盡量小 ? 盡量避免永久變形。 從以上這些因素不難發(fā)現(xiàn)，它們相互之間存在著矛盾。壓縮率大就可獲得大的接觸壓力，但是過大的壓縮率無疑會增大滑動摩擦力和永久變形。而壓縮率過小則可能由于密封溝槽的同軸度誤差和O 形圈誤差不符合要求，消失部分壓縮量而引起泄漏。因此，在選擇O 形圈的壓縮率時，要權衡個方面的因素。一般靜密封壓縮率大于動密封，但其極值應小于25%，否則壓縮應力明顯松弛，將產(chǎn)生過大的永久變形，在高溫工況中尤為嚴重。 O 形圈密封壓縮率W 的選擇應考慮使用條件，靜密封或動密封；靜密封又可分為徑向密封與軸向密封；徑向密封（

18、或稱圓柱靜密封）的泄漏間隙是徑向間隙，軸向密封（或稱平面靜密封）的泄漏間隙是軸向間隙。軸向密封根據(jù)壓力介質作用于O 形圈的內徑還是外徑又分受內壓和外壓兩種情況，內壓增加的拉伸，外壓降低O 形圈的初始拉伸。上述不同形式的靜密封，密封介質對O 形圈的作用力方向是不同的，所以預壓力設計也不同。對于動密封則要區(qū)分是往復運動還是旋轉運動密封。 1 靜密封：圓柱靜密封裝置和往復運動式密封裝置一樣，一般取 W=10%15%；平面密封裝置取W=15%30% 。 2 對于動密封而言，可以分為三種情況： 往復運動密封一般取W=10%15% 。 旋轉運動密封在選取壓縮率時必須要考慮焦耳熱效應，一般來說，旋轉運動用

19、O 形圈的內徑要比軸徑大3%5%，外徑的壓縮率W=3%8% 。 低摩擦運動用O 形圈，為了減小摩擦阻力，一般均選取較小的壓縮率，即 W=5%8% 。 此外，還要考慮到介質和溫度引起的橡膠材料膨脹。通常在給定的壓縮變形之外，允許的最大膨脹率為 15%，超過這一范圍說明材料選用不合適，應改用其他材料的O 形圈，或對給定的壓縮變形率予以修正。壓縮變形的具體數(shù)值，一般情況下，各國都根據(jù)自己的使用經(jīng)驗制訂出標準或給出推薦值。 2）拉伸量 O 形圈在裝入密封溝槽后，一般都有一定的拉伸量。與壓縮率不一樣，拉伸量的大小對O 形圈的密封性能和使用壽命也有很大的影響。拉伸量大不但會導致O 形圈安裝困難，同時也會因

20、截面直徑do 發(fā)生變化而使壓縮率降低，以致引起泄漏。拉伸量可用下式表示： =(d+do)/d1+do 式中 d 軸徑（mm ）； d1 O形圈的拉伸量。 3）接觸寬度 5 O 形圈裝入密封溝槽后，其橫截面產(chǎn)生壓縮變形。變形后的寬度及其與軸的接觸寬度都和O 形圈的密封性能和使用壽命有關，其值過小會使密封性受到影響；過大則增加摩擦，產(chǎn)生摩擦熱，影響O 形圈的壽命。 O形圈變形后的寬度BO（mm ）與O形圈的壓縮率W和截面直徑dO有關，可用下式計算 BO=1/(1-W)-0.6WdO （W取 10%40%） O形圈與軸的接觸面寬度b（mm ）也取決于W和dO： 2 b=( 4W+0.34W+0.31

21、)dO ( W取 10%40%) 對摩擦力限制較高的O 形圈密封，如氣動密封、液壓伺服控制元件密封，可據(jù)此估算摩擦力。 2、O 形圈的設計 絕大多數(shù)的O 形圈是用合成橡膠材料制成的。合成橡膠O 形圈的尺寸由國際標準（ISO3601/1）國家標準和組織標準等確定。如有些國家將O 形圈的尺寸系列分為P 系列（運動用）、G 系列（固定用）、V 系列（真空用）和ISO 系 列（一般工業(yè)用）四個系列組成。 我國的O 形圈內徑、截面直徑尺寸及公差由GB/T34542.11992 規(guī)定。 密封裝置的密封可靠性主要取決于O 形圈的壓縮量。在一般的情況下，這種壓縮量都是很小的，只有十幾微米到幾十微米，這就要求O

22、 形圈的尺寸公差具有很高的精度。因此，O 形圈需要采用高精度的模具進行加工，同時必須準確地掌握作為設計依據(jù)的O 形圈材質的收縮率。一般只能通過實測，來獲得O 形圈的收縮率。值得注意的是： 1）O 形圈截面收縮率很小，一般不予考慮。只有在其截面直徑大于 8mm 的情況下，才予以考慮。 2）在配方和工藝條件一定的情況下，O 形圈的收縮率會隨著材質硬度的提高而減小，也會隨著其內徑的減小而提高。具有中等硬度（HS75 ±5），以及中等大?。▋葟絛=4070mm）的O 形圈，其內徑的收縮率大約為1.5%。 一般，在靜密封場合，可選擇截面較小的密封圈；在動密封場合，應選擇截面較大的密封圈。通常，

23、壓力較高和間隙較大時，應選擇較高硬度的材料；也可以選擇一般硬度的材料，再安裝一個聚四氟乙烯擋圈。 3、O 形密封圈密封溝槽設計 O 形密封圈的壓縮量與拉伸量是由密封溝槽的尺寸來保證的，O 形密封圈選定后，其壓縮量、拉伸量及其工作狀態(tài)由溝槽決定，所以，溝槽設計與選擇對密封裝置的密封性和使用壽命的影響很大，溝槽設計是 O 形圈密封設計的主要內容。 密封溝槽設計包括確定溝槽的形狀、尺寸、精度和表面粗糙等，對動密封，還有確定相對運動間隙。溝槽設計原則是：加工容易，尺寸合理，精度容易保證，O 形圈裝拆較為方便。常見的槽形為矩形槽。 1）溝槽形狀 矩形溝槽是液壓氣動用O 形密封圈使用最多的溝槽形狀（見圖4

24、-6 ）。這種溝槽的優(yōu)點是加工容易，便于保證O 形密封圈具有必要的壓縮量。除矩形溝槽外，還有V 形、半圓形、燕尾形和三角形等型式的溝槽。 三角形溝槽截面形狀是以M 為直角邊的等邊直角三角形。截面積大約為O形圈截面面積的 1.051.10 倍。三角形溝槽式密封裝置在英國、美國、日本等國家均有應用。設計的原則是O 形密封圈內徑的公稱尺寸相等。密封溝槽即可開在軸上，也可開在孔上；軸向密封則溝槽開在平面上。 2）槽寬的設計 密封溝槽的尺寸參數(shù)取決于O 形密封圈的尺寸參數(shù)。 溝槽尺寸可按體積計算，通常要求矩形溝槽的尺寸比O 形圈的體積大 15%左右。這是因為： O 形圈裝入溝槽后，承受3%30%的壓縮，

25、而橡膠材料本身教師不可壓縮的，所以應有容納O 形 6 圈變形部分的空間。 處于油液中的O 形圈，除了存在由于油液的浸泡而可能引起的橡膠材料的膨脹外，還有可能存在隨著液體工作溫度的增高，而引起橡膠材料的膨脹現(xiàn)象。所以溝槽必須留有一定的余量。 在運動狀態(tài)下，能適應O 形圈可能產(chǎn)生的輕微的滾動現(xiàn)象。一般認為，裝配后的O 形密封圈與槽壁之間留有適當?shù)拈g隙是必要的。但是這個間隙不能過大，否則在交變壓力的作用下就會變成有害的“游隙”，而增加O 形圈的磨損。 槽不宜太窄，如果O 形圈截面填滿了槽的截面，那么運動時的摩擦阻力將會特別大，O 形圈無法滾動，同時引起嚴重的磨損。槽也不宜過寬，因為槽過寬時O 形圈的

26、游動范圍很大，也容易磨損。特別是靜密封時，如果工作壓力是脈動的，那么靜密封就不會靜，它將在不適宜的寬槽內以同樣的脈動頻率游動，出現(xiàn)異常磨損，使O 形圈很快失效。 O 形圈的截面面積至少應占矩形槽截面面積的 85%，槽寬必須大于O 形圈壓縮變形后的最大直徑。在許多場合下保證取槽寬為O 形圈截面直徑的 1.11.5 倍。當內壓很高時，就必須使用擋圈，這時槽寬也應相應加大。 工作方式不同，徑向密封或軸向密封，動密封或靜密封，液壓密封或氣動密封，密封溝槽尺寸不同。我國O 形圈密封圈與密封溝槽尺寸系列根據(jù)國家標準GB/T3452.31988），也可根據(jù)對根據(jù)對密封圈壓縮量與拉伸量的要求計算設計溝槽尺寸。

27、 3）槽深的設計 溝槽的深度主要取決于O 形密封圈所要求的壓縮率，溝槽的深度加上間隙，至少必須小于自由狀態(tài)下的O 形圈截面直徑，以保證密封所需的O 形圈壓縮的變形量。 O 形圈壓縮變形量由O 形圈內徑處的壓縮變形量 和外徑處的壓縮變形量 組成，即 =+。當=時，O 形圈的截面中心與槽的截面中心重合，兩中心圓的圓周相等，說明O 形圈安裝時未受到拉伸。如果>，則O 形圈截面中心圓的周長小于槽中心圓的周長，說明O 形圈以拉伸狀態(tài)裝在槽內；若<，則O 形圈截面中心圓的周長大于槽的截面中心圓周長，此時，O 形圈受周向壓縮，拆卸時，O 形圈會出現(xiàn)彈跳現(xiàn)象。 設計槽深時，應首先確

28、定O 形圈的使用方式，然后再去選定合理的壓縮變形率。 4）槽口及槽底圓角的設計 溝槽的外邊口處的圓角是為了防止O 形圈裝配時刮傷而設計的。它一般采 用較小的圓角半徑，即r=0.10.2mm 。這樣可以避免該處形成鋒利的刃口，O 形圈也不敢發(fā)生間隙擠出，并能使擋圈安放穩(wěn)定。 溝槽槽底的圓角主要是為了避免該處產(chǎn)生應力集中設計的。圓角半徑的取值，動密封溝槽可取R=0.31mm，靜密封溝槽可取其O 形圈截面直徑的一半，即R=d/2。 5）間隙 往復運動的活塞與缸壁之間必須有間隙，其大小與介質工作壓力和O 形圈材料的硬度有關。間隙太小，制造、加工困難；間隙太大，O 形圈會被擠入間隙而損壞。一般內壓越大，

29、間隙越??；O 形圈材料硬度越大，間隙可放大。當間隙值在曲線的左下方時，將不發(fā)生間隙咬傷即“擠出”現(xiàn)象。間隙的給定數(shù)值與零件的制造精度有很大關系。 6）槽壁粗糙度 密封溝槽的表面粗糙度，直接影響著O 形圈的密封性和溝槽的工藝性。靜密封用O 形圈工作過程中不運動，所以槽壁的粗糙度用Ra=6.33.2 m，對于往復運動用O 形圈，因常在槽內滾動，槽壁與槽底的粗糙程度應到低一些，要求在Ra=1.60 m 以下。旋轉運動用的O 形圈一般在溝槽內是靜止的，要求軸的粗糙度Ra=0.40 m 或者拋光。 4、擋圈 擋圈的作用在于防止O 形圈發(fā)生“間隙咬傷”現(xiàn)象，提高其使用壓力。安有擋圈的O 形圈在高壓作用下，

30、首先向擋圈靠攏。隨著壓力的增加，O 形圈與擋圈互相擠壓。由于它們是彈性體，兩者同時發(fā)生變形，此變形首先向它們的上下兩角擴展，直到壓力超過 10.5MPa。這種變形一直在兩者 7 之間進行，而不致使擋圈發(fā)生“擠出”現(xiàn)象。根據(jù)擋圈材料和結構形式的不同，其承壓能力提高的程度也不同。當壓力足夠大時，擋圈也會產(chǎn)生“擠出”現(xiàn)象。 O 形圈使用擋圈后，工作壓力可以大大提高。靜密封壓力能提高到 200700MPa；動密封壓力也能提高到40MPa。擋圈還有助于O 形圈保持良好的潤滑。如果單向受壓，則在承受側用一個擋圈；如果雙向受壓則用兩個擋圈。對于靜密封，內壓在32MPa 以下不用擋圈，超過此值用擋圈。使用擋圈

31、后雖可防止O 形圈發(fā)生“間隙咬傷”現(xiàn)象，但會增加密封裝置的摩擦阻力。 擋圈的材料有皮革、硬橡膠和聚四氟乙烯等，也有尼龍 6 和尼龍 1010 的。 而以聚四氟乙烯擋圈最為常用。聚四氟乙烯作為擋圈材料有下列特點。 1）工作精度高。 2）耐化學品性能優(yōu)異，可用于幾乎所有的介質。 3）無硬化破損現(xiàn)象。 4）使用溫度范圍寬。 5）摩擦力小。 6）無吸水性。 7）在177溫度下不發(fā)生老化等。 三、O形密封圈的使用、安裝和故障分析處理 1、O 形圈的使用 O 形圈在多種液壓、氣動件管接頭、圓筒面及法蘭面等結合處被廣泛使用。對于在運動過程中使用的O 形圈，當工作中壓力大于 10MPa 時，如單向受壓，就在O

32、 形圈受壓方向的另一側設置一個擋圈；如雙向受壓，則在O 形圈兩側各放一個擋圈。為了減小摩擦力，也可以采用楔形擋圈。當壓力液體從左方施加作用時，右方擋圈被推起，左方擋圈不與被密封表面接觸，因此摩擦力減小?？偟膩碚f，采用擋圈會增大密封裝置的摩擦力，而楔形擋圈對減小這種摩擦力具有十分重要的意義。對于固定的O 形圈，當工作壓力大于32MPa 時，也需要使用擋圈。 O 形圈使用擋圈后，其工作壓力可以大大提高。靜密封壓力能夠提高到200700MPa；動密封壓力也能夠提高到40MPa。而且擋圈還有助于O 形圈保持良好的潤滑。 在用O 形圈作為往復運動式密封時，必須要注意密封全音滾動扭轉引起的破損和因粘著造成

33、的摩擦力的增加，而造成的失效。O 形圈如果裝配的妥善，并且使用條件適當，一般不大容易在往復運動狀態(tài)下產(chǎn)生滾動或扭曲的，因為O形圈與密封溝槽的接觸面積大于在滑動表面上的摩擦接觸面積，而且O 形圈本身的抗阻能力原來就能阻止扭曲。同時，摩擦力的分布也趨向保持O 形圈在其溝槽中靜止不動，因為靜摩擦大于滑動摩擦，而且密封溝槽表面一般不如滑動表面光潔。 O 形圈一般用于0.7MPa 以下的低壓氣動系統(tǒng)，并且對密封性要求較高的場合。在氣動系統(tǒng)中，必須注意O 形圈的潤滑。 通常，為了提高防腐性和耐磨性，滑動表面都進行電鍍。鍍層的材質對 O 形圈的適用壽命也有一定的影響，一般鍍鉻鋼最好。 O 形圈的使用壽命與使

34、用條件、裝配質量、運動件的材質、加工精度、潤滑狀況、防塵措施等許多因素有直接關系。因此，O 形圈確切的使用壽命，要根據(jù)具體的工作條件才能做出判斷。動密封用O 形圈屬易損件，在任何往復式運動密封的應用中，都要根據(jù)密封件的額定數(shù)據(jù)或能力來使用，并且要裝配得當，這樣才能得到滿意的性能。 使用O 形密封圈進行密封應該盡量使壓力的方向和摩擦力的方向相反，如果兩種作用力同向，則O 形圈擠出的趨勢就明顯的多，而且可能降低有效額定壓力。如果溝槽設計不能設置的使壓力方向與摩擦力方向相反，則在710MPa 的壓力下宜采用擋圈。自吸式液壓泵或瞬時流速大于10m/s 的管路，均可產(chǎn)生負壓（真空）現(xiàn)象，這時工作狀態(tài)為負

35、壓的密封。負壓于正壓的密封安全不同。而且與正壓漏油現(xiàn)象相反，負壓是吸氣。因此他們的密封情況也是相反的。如果不注意，誤將正壓情 8 況用于負壓，則有可能把O 形圈吸進去，造成空氣進入液壓系統(tǒng)，引起油箱發(fā)生“開鍋”現(xiàn)象。對 于有可能產(chǎn)生負壓或真空的密封，應采用防護型溝槽，以防O 形圈被吸入孔口。 2、O 形圈的安裝 O 形圈的安裝質量對其密封性和使用壽命均有重要的影響。泄漏問題往往是因為安裝不良造成 的。安裝過程中不允許出現(xiàn)O 形圈被劃傷和位置安裝不正，以及O 形圈被扭曲等情況。裝配前，密 封溝槽、密封耦合面必須嚴格清洗；同時對O 形圈裝配中要通過的表面涂敷潤滑脂。 為了防止O 形圈在安裝時被尖角

36、和螺紋等銳邊切傷或劃傷，應在安裝的軸端和孔端留有 15 °30°的引入角。當O 形圈需通過外螺紋時，應使用專用的薄壁金屬導套，套住外螺紋。 另外，要防止漏裝或使用報廢的O 形圈。而且還要注意擋圈的安裝方向。 3、O 形圈的保管 O 形圈屬于易損件，因此需要對其進行妥善保管。O形圈保管的妥善與否，對其使用壽命有很 大的影響。O 形圈的保管應做到： 1）避免放在陽光直射、潮濕以及空氣流通的地方。因為這些都是加速O 形圈材料老化的因素。 存放O 形圈的適宜溫度為020，適宜的空氣濕度為70% 以上。 2）O 形圈的存放必須離開加熱設備 1m 以外，而且不允許放在有酸、堿的室內。

37、3）O 形圈在存放時，不允許受壓，以免引起壓縮永久變形。 4 ）存放O 形圈的聚乙烯塑料袋，必須記載其制造和出廠日期，以便按先后次序使用。橡膠材 料制O 形圈的保管有效期一般為25 年。 4、O 形密封圈的故障和解決辦法 O 形密封圈易出現(xiàn)的故障、原因及其解決的方法。 O 形圈設計、使用不當會加速它的損壞，喪失密封性能。實驗表明，如密封裝置各部分設計合 9 理，單純地提高壓力，并不會造成O 形圈的破壞。在高壓、高溫的工作條件下，O 形圈破壞的主要原因是O 形圈材料的永久變形和O 形圈被擠入密封間隙而引起的間隙咬傷一級O 形圈在運動時出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。 1）永久變形 由于O 形圈密封圈用的合成橡膠材

38、料是屬于粘彈性材料，所以初期設定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長時間的使用，會產(chǎn)生永久變形而逐漸喪失，最終發(fā)生泄漏。永久變形和彈力消失是O 形圈失去密封性能的主要原因，以下是造成永久變形的主要原因。 1）壓縮率和拉伸量與永久變形的關系 制作O 形圈所用的各種配方的橡膠，在壓縮狀態(tài)下都會產(chǎn)生壓縮應力松弛現(xiàn)象，此時，壓縮應力隨著時間的增長而減小。使用時間越長、壓縮率和拉伸量越大，則由橡膠應力松弛而產(chǎn)生的應力下降就越大，以致 O 形圈彈性不足，失去密封能力。因此，在允許的使用條件下，設法降低壓縮率是可取的。增加O形圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡單的方法，不過這會帶來結構尺寸的增加。 應該注意，人們在計算壓縮

39、率時，往往忽略了O 形圈在裝配時受拉伸而引起的截面高度的減小。O 形圈截面面積的變化是與其周長的變化成反比的。同時，由于拉力的作用，O 形圈的截面形狀也會發(fā)生變化，就表現(xiàn)為其高度的減小。此外，在表面張力作用下，O 形圈的外表面變得更平了，即截面高度略有減小。這也是O 形密封圈壓縮應力松弛的一種表現(xiàn)。 O 形圈截面變形的程度，還取決于O 形圈材質的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O 形圈，其截面高度也減小較多，從這一點看，應該按照使用條件盡量選用低硬度的材質。在液體壓力和張力的作用下，橡膠材料的O 形密封圈也會逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度會相應減小，以致最后失去密封能力。 2）溫度與O 形圈

40、馳張過程的關系 使用溫度是影響O 形圈永久變形的另一個重要因素。高溫會加速橡膠材料的老化。工作溫度越高，O 形圈的壓縮永久變形就越大。當永久變形大于40%時，O 形圈就失去了密封能力而發(fā)生泄漏。因壓縮變形而在O 形圈的橡膠材料中形成的初始應力值，將隨著O 形圈的馳張過程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消失。溫度在零下工作的O 形圈，其初始壓縮可能由于溫度的急劇降低而減小或完全消失。在-50-60的情況下，不耐低溫的橡膠材料會完全喪失初始應力；即使耐低溫的橡膠材料，此時的初始應力也不會大于20時初始應力的25%。這是因為O 形圈的初始壓縮量取決于線脹系數(shù)。所以，選取初始壓縮量時，就必須保證在由于馳

41、張過程和溫度下降而造成應力下降后仍有足夠的密封能力。 溫度在零下工作的 O 形圈,應特別注意橡膠材料的恢復指數(shù)和變形指數(shù)。綜上所述，在設計上應盡量保證O 形圈具有適宜的工作溫度，或選用耐高、低溫的O 形圈材料，以延長使用壽命。 3）介質工作壓力與永久變形 工作介質的壓力是引起O 形圈永久變形的主要因素。現(xiàn)代液壓設備的工作壓力正日益提高。長時間的高壓作用會使O 形圈發(fā)生永久變形。因此，設計時應根據(jù)工作壓力選用適當?shù)哪蛪合鹉z材料。工作壓力越高，所用材料的硬度和耐高壓性能也應越高。 為了改善O 形圈材料的耐壓性能，增加材料的彈性（特別是增加材料在低溫下的彈性）、降低材料的壓縮永久變形，一般需要改進材

42、料的配方，加入增塑劑。但是，具有增塑劑的O 密封形圈，長時間在工作介質中浸泡，增塑劑會逐漸被工作介質吸收，導致 O 形密封圈體積收縮，甚至可能使O 形密封圈產(chǎn)生負壓縮（即在O 形密封圈和被密封件的表面之間出現(xiàn)間隙）。因此，在計算O 形密封圈壓縮量和進行模具設計時，應充分考慮到這些收縮量。應使壓制出的O形密封圈在工作介質中浸泡510 晝夜后仍能保持必要的尺寸。 O 形圈材料的壓縮永久變形率與溫度有關。當變形率在40%或更大時，即會出現(xiàn)泄漏，所以幾種膠料的耐熱性界限為：丁腈橡膠70，三元乙丙橡膠 100，氟橡膠 140。因此各國對O 形圈的永久變形作了規(guī)定。中國標準橡膠材料 的O 形圈在不同溫度下

43、的尺寸變化見表。同一材料的O 形 10 圈，在同一溫度下，截面直徑大的O 形圈壓縮永久變形率較低。 在油中的情況就不同了。由于此時O 形圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應大為減少。加之又通常會引起膠料有一定的膨脹，所以因溫度引起的壓縮永久變形率將被抵消。因此，在油中的耐熱性大為提高。以丁腈橡膠為例，它的工作溫度可達 120或更高。 2）間隙咬傷 被密封的零件存在著幾何精度（包括圓度、橢圓度、圓柱度、同軸度等）不良、零件之間不同心以及高壓下內徑脹大等現(xiàn)象，都會引起密封間隙的擴大和間隙擠出現(xiàn)象的加劇。O 形圈的硬度對間隙擠出現(xiàn)象也有明顯的影響。液體或氣體的壓力越高，O 形圈材料硬度越小，則O 形圈的

44、間隙擠出現(xiàn)象越嚴重。 防止間隙咬傷的措施是，對O 形密封圈的硬度和密封間隙加以嚴格的控制。選用硬度合適的密封材料控制間隙。常用的O 形圈的硬度范圍是HS6090。低硬度者用于低壓，高硬度者用于高壓。配用適當?shù)拿芊馊ΡＷo擋圈，是防止O 形圈被擠入間隙的有效方法。 3）扭曲現(xiàn)象 扭曲是指O 形圈沿周向發(fā)生扭轉的現(xiàn)象，扭曲現(xiàn)象一般發(fā)生在動密封狀態(tài)。 O 形圈如果裝配的妥善，并且使用條件適當，一般不大容易在往復在往復運動狀態(tài)下產(chǎn)生滾動或扭曲，因為O 形圈與溝槽的接觸面積大于在滑動表面上的摩擦接觸面積，而且O 形圈本身的抗拒能力原來就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趨向保持O 形圈在其溝槽中靜止不動，因為靜摩

45、擦大于滑動摩擦，而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑動表面的粗糙度。 引起扭曲損傷的原因很多，其中最主要的是由于活塞、活塞桿和缸筒的間隙不均勻、偏心過大、O 形圈斷面直徑不均勻等造成，由于造成O 形圈在一周多受的摩擦力不均勻，O 形圈的某些部分摩擦過大，發(fā)生扭曲。通常，斷面尺寸較小的O 形圈，容易產(chǎn)生摩擦不均勻。造成扭曲（運動用O 形圈比固定用O 形圈的斷面直徑大就是這個道理。） 另外，由于密封溝槽存在著同軸度偏差，密封高度不相等以及O 形圈截面直徑不均勻等現(xiàn)象，可能使得O 形圈的一部分壓縮過大，另一部分過小或不受壓縮。當溝槽存在偏心即同軸偏差大于O 形圈的壓縮量時，密封會完全失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O 形密封圈沿圓周壓縮不均。此外還有由于O 形圈截面直徑、材質硬度、潤滑油膜厚度等的不均以及密封軸表面粗糙度等因素的影響，導致O 形圈的一部分沿工作表面滑動，另一部分則發(fā)生滾動，從而造成O 形圈的扭曲。運動用O 形圈很容易因扭曲而損壞，這是密封裝置發(fā)生損壞和泄漏的重要原因。因此提高密封溝槽的加工精密度以及減小偏心是保證O 形圈具有可靠的密封性和壽命的重要因素安裝密封圈不應是它處于扭曲狀態(tài)。假如在安裝時就被扭