型密封圈的設(shè)計(jì)使用和故障處理

1、一、O形密封圈的密封原理O 形密封圈簡(jiǎn)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(dòng)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(fù)運(yùn)動(dòng)密封中；不僅可單獨(dú)使用，而且是許多組合式密封裝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(dāng)，可以滿足各種運(yùn)動(dòng)條件的要求，工作壓力可從 1.333105Pa 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(diǎn)： 1）結(jié)構(gòu)尺寸小，裝拆方便。 2）靜、動(dòng)密封均可使用，用作靜密封時(shí)幾乎沒(méi)有泄漏。 3）使用單件O形密封圈，有雙向密封作用。 4）動(dòng)摩擦阻力較小。 5

2、）價(jià)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(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。在用于靜密封和動(dòng)密封時(shí)，密封接觸面接觸壓力產(chǎn)生原因和計(jì)算方法不盡相同，需分別說(shuō)明。 1、用于靜密封時(shí)的密封原理 在靜密封中以O(shè) 形圈應(yīng)用最為廣泛。如果設(shè)計(jì)、使用正確，O 形密封圈在靜密封中可以實(shí)現(xiàn)無(wú)泄漏的絕對(duì)密封。 O 形密封圈裝入密封槽后，其截面承受接觸壓縮應(yīng)力而產(chǎn)生彈性變形。對(duì)接觸面產(chǎn)生一定的初始接觸壓力Po。即使沒(méi)有介質(zhì)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(shí)現(xiàn)密封；當(dāng)容腔內(nèi)充入有壓力的介質(zhì)

3、后，在介質(zhì)壓力的作用下，O 形密封圈發(fā)生位移，移向低壓側(cè)，同時(shí)其彈性變形進(jìn)一步加大，填充和封閉間隙。此時(shí)，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） Pp=K P K壓力傳遞系數(shù)，對(duì)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(jiàn)，只要O 形密封圈存在初始?jí)毫?，就能?shí)現(xiàn)無(wú)泄漏的絕對(duì)密封。這種靠介質(zhì)本身壓力來(lái)改變O形密封圈接觸狀態(tài)，使之實(shí)現(xiàn)密封的性質(zhì)，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(shí)際上O 形密封圈安裝時(shí)可

4、能會(huì)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(dòng)密封取較小的壓縮率值。這是因?yàn)楹铣上鹉z在低溫下要壓縮，所以靜密封O 形圈的預(yù)壓縮量應(yīng)考慮補(bǔ)償它的低溫收縮量。 2、用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)的密封原理在液壓轉(zhuǎn)動(dòng)、氣動(dòng)元件與系統(tǒng)中，往復(fù)動(dòng)密封是一種最常見(jiàn)的密封要求。動(dòng)力缸活塞與缸體、活塞干預(yù)缸蓋以及各類滑閥上都用到往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封?？p隙由圓柱桿與圓柱孔形成，桿在圓柱孔內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)。密封作用限制流體的軸向泄漏。用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，O 形圈的預(yù)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(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰?。但由于液體介質(zhì)密封時(shí)，由于桿

5、運(yùn)動(dòng)速度、液體的壓力、粘度的作用，情況比靜密封復(fù)雜。 當(dāng)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(gè)強(qiáng)固的邊界層油膜，并且對(duì)滑移面產(chǎn)生極大的附著力。該液體薄膜始終存在于密封件與往復(fù)運(yùn)動(dòng)面之間，它亦起一定的密封作用，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)密封面的潤(rùn)滑是非常重要的。但是對(duì)泄漏來(lái)講是有害的。但往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸向外拖出時(shí)，軸上的液體薄膜便與軸一起拉出，由于密封件的“擦拭”作用，當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸縮回時(shí)，該液體薄膜便被密封元件阻留在外面。隨著往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(fù)運(yùn)動(dòng)式密封裝置的泄漏。由于液壓油

6、的粘度隨著溫度的升高而降低，油膜厚度相應(yīng)減小，所以液壓設(shè)備在低溫下啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)的泄漏較大，隨著運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因各種損失引起溫度升高，泄漏量有逐漸降低的趨勢(shì)。 O 形圈作為往復(fù)式密封，結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，可以降低元件價(jià)格。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(dòng)滑閥和氣動(dòng)缸中。 4）作為組合式往復(fù)動(dòng)密封裝置中的彈性體。 O 形圈作為往復(fù)動(dòng)密封最適合小直徑、短行程、中低壓力的應(yīng)用場(chǎng)合，氣動(dòng)缸、氣動(dòng)滑閥等往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件中。在液壓元件中，用O 形圈作主要?jiǎng)用芊猓话阆抻诙绦谐毯?10MPa 左右的中低壓力。O 形

7、圈不適合用作速度非常低的往復(fù)動(dòng)密封和單獨(dú)作為高壓往復(fù)動(dòng)密封。這主要是因?yàn)樵谶@種條件下摩擦較大，會(huì)導(dǎo)致密封過(guò)早失效。在任何型式應(yīng)用中，都要根據(jù)密封件的額定數(shù)據(jù)或能力來(lái)使用，并且要裝配得當(dāng)，才能得到滿意的性能。 3、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用密封 在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封中，通常采用油封和機(jī)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(guò)大和復(fù)雜，工藝性也差。機(jī)械密封雖然可用于高壓（40MPa ）、高速（50m/s）及高溫（400），但是結(jié)構(gòu)更加復(fù)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(jī)械設(shè)備上。 O 形圈用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)存在的主要問(wèn)題是焦耳熱效應(yīng)。焦耳熱效應(yīng)使高速的旋轉(zhuǎn)軸與O 形圈的接觸處產(chǎn)生磨擦

8、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(yán)重變形，壓縮量與伸長(zhǎng)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(lái)國(guó)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用 O 形圈進(jìn)行了廣泛深入的研究。為了避免出現(xiàn)焦耳熱效應(yīng)，關(guān)鍵在于根據(jù)橡膠的性能來(lái)正確地選擇設(shè)計(jì)O 形圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要是O 形圈的拉伸量和壓縮率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用O 形圈設(shè)計(jì)成內(nèi)徑與旋轉(zhuǎn)軸直徑相等或稍大些，一般大3%5%，在安裝O 形圈時(shí)，從內(nèi)徑向里壓縮，并將斷面的壓縮量也設(shè)計(jì)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

9、的散熱問(wèn)題。這樣就使O 形圈的工作情況大為改善，可應(yīng)用于最高轉(zhuǎn)速達(dá)4m/s 的旋轉(zhuǎn)軸的密封。 近年來(lái)又出現(xiàn)了耐熱氟橡膠和耐磨聚氨酯橡膠，并且對(duì)橡膠元件工作的焦耳熱效應(yīng)有了更深入的了解，并針對(duì)此問(wèn)題研究解決方案，設(shè)計(jì)出了新的O 形圈密封結(jié)構(gòu)，使O 形圈能夠更好的應(yīng)用與高速、高壓的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 O 形密封圈由于其具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工藝性能好、適用范圍廣泛等特點(diǎn)，正廣泛地在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(duì)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(yīng)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

10、彈性和回彈性； 2）適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，包括擴(kuò)張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和抗撕裂強(qiáng)度等。 3）性能穩(wěn)定，在介質(zhì)中不易溶脹，熱收縮效應(yīng)（焦耳效應(yīng)）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(zhì)等。 滿足上述要求的最適合而且最常用的材料是橡膠，所以O(shè) 形圈大多用橡膠材料制成。橡膠的品種很多，而且不斷有新的橡膠品種出現(xiàn)，設(shè)計(jì)與選用時(shí)，應(yīng)了解各種橡膠的特性，合理選擇。 在選擇O 形圈材料時(shí)，要注意考慮到以下幾點(diǎn)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(dòng)密封，是用在往復(fù)動(dòng)還是用在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中。 2）機(jī)械的工作狀態(tài) 就是指機(jī)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

11、考慮到每次斷續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，是否有沖擊載荷作用在密封部位。 3）工作介質(zhì)的情況 工作介質(zhì)時(shí)液體還是氣體，并要考慮到其物理、化學(xué)性質(zhì)。 4 ）工作壓力 工作壓力的大小、波動(dòng)幅度以及瞬時(shí)出現(xiàn)的最大壓力等。 5）工作溫度 包括瞬時(shí)溫度和冷熱交變時(shí)的溫度。 6）價(jià)格和來(lái)源等 絕大部分的O 形圈都是用各種等級(jí)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(nèi)工作。腈橡膠對(duì)礦物油和脂類有很好的耐受力，同時(shí)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(duì)介質(zhì)的適用性也不同。一般來(lái)說(shuō)，丁腈橡

12、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(duì)介質(zhì)的適用性也不同。例如丁腈橡膠，根據(jù)定腈含量的不同分為高、中、低三種，含丁腈量越高，耐油性能越好。 在某些應(yīng)用場(chǎng)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(shí)可以采用其他各種材料。例如，對(duì)耐熱性，耐油性有特別要求時(shí)，可用FKM（氟橡膠）：對(duì)耐磨性和耐壓有特別要求時(shí)，可選用AU/EU（聚氨酯橡膠）。近來(lái)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(jī)械用O 形密封圈，硬度應(yīng)在7090 度

13、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(dòng)密封件要硬。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(nèi)壓低、摩擦小的場(chǎng)合，硬度允許低于70 度；而在高壓下或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，可以高于度，但很少使用。 液壓、氣動(dòng)設(shè)備用O 形密封圈的材料選擇考慮與溫度的關(guān)系，介質(zhì)為石油基液壓油的O 形圈，溫度在-50 120時(shí)，用丁腈橡膠，而 120 230 范圍內(nèi)用硅橡膠（主要是靜密封），200以內(nèi)的動(dòng)密封用氟橡膠。當(dāng)被密封介質(zhì)為燃料油時(shí)，則用高丁腈橡膠為宜。在透平油之類的高苯胺點(diǎn)油中，因?yàn)槎‰嫦鹉z會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，應(yīng)慎用。丁腈橡膠在乙醇系液壓油中會(huì)發(fā)生膨脹現(xiàn)

14、象，故不能使用，而應(yīng)當(dāng)用丁苯橡膠。近年來(lái)為防止火災(zāi)采用不燃性磷酸酯系液壓油，這種情況下宜用氟橡膠。 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(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，對(duì)密封性能和使用壽命有重要意義。O 形圈一般安裝在密封溝槽內(nèi)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(shè)計(jì)加工時(shí)，若使O 形圈壓縮量過(guò)小，就會(huì)引起泄漏；壓縮量過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致O 形密封圈橡膠應(yīng)力松弛而引起泄漏。同樣，O 形圈工作中拉伸過(guò)度，也會(huì)加速老化而引起泄漏。世界各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此都有較嚴(yán)格的規(guī)定。 1、 O 形圈密封的設(shè)計(jì)原則 1

15、）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 形圈的壓縮率時(shí)，應(yīng)從如下三個(gè)方面考慮： l 要有足夠的密封接觸面積 l 摩擦力盡量小 l 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(guò)大的壓縮率無(wú)疑會(huì)增大滑動(dòng)摩擦力和永久變形。而壓縮率過(guò)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(shí)，要權(quán)衡個(gè)方面的因素。一般靜密封壓

16、縮率大于動(dòng)密封，但其極值應(yīng)小于25%，否則壓縮應(yīng)力明顯松弛，將產(chǎn)生過(guò)大的永久變形，在高溫工況中尤為嚴(yán)重。 O 形圈密封壓縮率W 的選擇應(yīng)考慮使用條件，靜密封或動(dòng)密封；靜密封又可分為徑向密封與軸向密封；徑向密封（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(zhì)作用于O 形圈的內(nèi)徑還是外徑又分受內(nèi)壓和外壓兩種情況，內(nèi)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(zhì)對(duì)O 形圈的作用力方向是不同的，所以預(yù)壓力設(shè)計(jì)也不同。對(duì)于動(dòng)密封則要區(qū)分是往復(fù)運(yùn)動(dòng)還是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封。 1 靜密封：圓柱靜密封裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)式密封裝置一樣，一

17、般取 W=10%15%；平面密封裝置取W=15%30% 。 2 對(duì)于動(dòng)密封而言，可以分為三種情況： 往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封一般取W=10%15% 。 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封在選取壓縮率時(shí)必須要考慮焦耳熱效應(yīng)，一般來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用 O 形圈的內(nèi)徑要比軸徑大3%5%，外徑的壓縮率W=3%8% 。低摩擦運(yùn)動(dòng)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(zhì)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(guò)這一范圍說(shuō)明材料選用不合適，應(yīng)改用其他材料的O 形圈，或?qū)o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(guó)都根據(jù)自己的使用經(jīng)驗(yàn)

18、制訂出標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(huì)導(dǎo)致O 形圈安裝困難，同時(shí)也會(huì)因截面直徑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 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(guān)，其值過(guò)小會(huì)使密封性受到影響；過(guò)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

19、O形圈的壓縮率W和截面直徑dO有關(guān)，可用下式計(jì)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： b=( 4W2+0.34W+0.31)dO ( W取 10%40%) 對(duì)摩擦力限制較高的O 形圈密封，如氣動(dòng)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(shè)計(jì) 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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO3601/1）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和組織標(biāo)準(zhǔn)等確定。如有些國(guó)家將O 形圈的尺寸系列分為P 系列（運(yùn)動(dòng)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(gè)系列組成。

20、 我國(guó)的O 形圈內(nèi)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 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(jìn)行加工，同時(shí)必須準(zhǔn)確地掌握作為設(shè)計(jì)依據(jù)的O 形圈材質(zhì)的收縮率。一般只能通過(guò)實(shí)測(cè)，來(lái)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(huì)隨著材質(zhì)硬度的提高而減小，也會(huì)隨著其內(nèi)徑的減小而提高。具有中等

21、硬度（HS75 5），以及中等大小（內(nèi)徑d=4070mm）的O 形圈，其內(nèi)徑的收縮率大約為1.5%。 一般，在靜密封場(chǎng)合，可選擇截面較小的密封圈；在動(dòng)密封場(chǎng)合，應(yīng)選擇截面較大的密封圈。通常，壓力較高和間隙較大時(shí)，應(yīng)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(gè)聚四氟乙烯擋圈。 3、 O 形密封圈密封溝槽設(shè)計(jì) O 形密封圈的壓縮量與拉伸量是由密封溝槽的尺寸來(lái)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(shè)計(jì)與選擇對(duì)密封裝置的密封性和使用壽命的影響很大，溝槽設(shè)計(jì)是 O 形圈密封設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 密封溝槽設(shè)計(jì)包括確定溝槽的形狀、尺寸、精度和表面粗糙等，對(duì)動(dòng)密

22、封，還有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)間隙。溝槽設(shè)計(jì)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(jiàn)的槽形為矩形槽。 1）溝槽形狀 矩形溝槽是液壓氣動(dòng)用O 形密封圈使用最多的溝槽形狀（見(jiàn)圖4-6 ）。這種溝槽的優(yōu)點(diǎn)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(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家均有應(yīng)用。設(shè)計(jì)的原則是O 形密封圈內(nèi)徑的公稱尺寸相等。密封溝槽即可開(kāi)在軸上，也可開(kāi)在孔上；軸向密封則溝槽開(kāi)在平面上。 2）

23、槽寬的設(shè)計(jì) 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(jì)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?yàn)椋?O 形圈裝入溝槽后，承受3%30%的壓縮，而橡膠材料本身教師不可壓縮的，所以應(yīng)有容納O 形圈變形部分的空間。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(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，能適應(yīng)O 形圈可能產(chǎn)生的輕微的滾動(dòng)現(xiàn)象。一般認(rèn)為，裝配后的O 形密封圈與槽壁之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙是必要的。但是這個(gè)間隙不能過(guò)大，否則在交變壓力的作用下就會(huì)變成有害的

24、“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(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力將會(huì)特別大，O 形圈無(wú)法滾動(dòng)，同時(shí)引起嚴(yán)重的磨損。槽也不宜過(guò)寬，因?yàn)椴圻^(guò)寬時(shí)O 形圈的游動(dòng)范圍很大，也容易磨損。特別是靜密封時(shí)，如果工作壓力是脈動(dòng)的，那么靜密封就不會(huì)靜，它將在不適宜的寬槽內(nèi)以同樣的脈動(dòng)頻率游動(dòng)，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(yīng)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(chǎng)合下保證取槽寬為O 形圈截面直徑的 1.11.5 倍。當(dāng)內(nèi)壓很高時(shí)，就必須使用擋圈，這時(shí)槽寬也應(yīng)相應(yīng)加大。 工作方式不同，徑向密封或軸向密封，動(dòng)密封或靜

25、密封，液壓密封或氣動(dòng)密封，密封溝槽尺寸不同。我國(guó)O 形圈密封圈與密封溝槽尺寸系列根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3452.31988），也可根據(jù)對(duì)根據(jù)對(duì)密封圈壓縮量與拉伸量的要求計(jì)算設(shè)計(jì)溝槽尺寸。 3）槽深的設(shè)計(jì) 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(nèi)徑處的壓縮變形量 和外徑處的壓縮變形量 組成，即 =+。當(dāng)=時(shí)，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(shuō)明O 形圈安裝時(shí)未受到拉伸。如果，則O 形圈截面中心圓的周長(zhǎng)小于槽中心圓的周長(zhǎng)，說(shuō)明O 形圈以

26、拉伸狀態(tài)裝在槽內(nèi)；若，則O 形圈截面中心圓的周長(zhǎng)大于槽的截面中心圓周長(zhǎng)，此時(shí)，O 形圈受周向壓縮，拆卸時(shí)，O 形圈會(huì)出現(xiàn)彈跳現(xiàn)象。 設(shè)計(jì)槽深時(shí)，應(yīng)首先確定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(shè)計(jì) 溝槽的外邊口處的圓角是為了防止O 形圈裝配時(shí)刮傷而設(shè)計(jì)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(yīng)力集中設(shè)計(jì)的。圓角半徑的取值，動(dòng)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(fù)運(yùn)

27、動(dòng)的活塞與缸壁之間必須有間隙，其大小與介質(zhì)工作壓力和O 形圈材料的硬度有關(guān)。間隙太小，制造、加工困難；間隙太大，O 形圈會(huì)被擠入間隙而損壞。一般內(nèi)壓越大，間隙越??；O 形圈材料硬度越大，間隙可放大。當(dāng)間隙值在曲線的左下方時(shí)，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(guān)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(guò)程中不運(yùn)動(dòng)，所以槽壁的粗糙度用Ra=6.33.2 m，對(duì)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)用O 形圈，因常在槽內(nèi)滾動(dòng)，槽壁與槽底的粗糙程度應(yīng)到低一些，要求在Ra=1.60 m 以下。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用的O 形圈一般在溝槽內(nèi)是靜止的

28、，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，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(shí)發(fā)生變形，此變形首先向它們的上下兩角擴(kuò)展，直到壓力超過(guò) 10.5MPa。這種變形一直在兩者之間進(jìn)行，而不致使擋圈發(fā)生“擠出”現(xiàn)象。根據(jù)擋圈材料和結(jié)構(gòu)形式的不同，其承壓能力提高的程度也不同。當(dāng)壓力足夠大時(shí)，擋圈也會(huì)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(dòng)密封壓力也能提高到40MPa。擋圈還有助于O

29、形圈保持良好的潤(rùn)滑。如果單向受壓，則在承受側(cè)用一個(gè)擋圈；如果雙向受壓則用兩個(gè)擋圈。對(duì)于靜密封，內(nèi)壓在32MPa 以下不用擋圈，超過(guò)此值用擋圈。使用擋圈后雖可防止O 形圈發(fā)生“間隙咬傷”現(xiàn)象，但會(huì)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(diǎn)。 1）工作精度高。 2）耐化學(xué)品性能優(yōu)異，可用于幾乎所有的介質(zhì)。 3）無(wú)硬化破損現(xiàn)象。 4）使用溫度范圍寬。 5）摩擦力小。 6）無(wú)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

30、 形圈在多種液壓、氣動(dòng)件管接頭、圓筒面及法蘭面等結(jié)合處被廣泛使用。對(duì)于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使用的O 形圈，當(dāng)工作中壓力大于 10MPa 時(shí)，如單向受壓，就在O 形圈受壓方向的另一側(cè)設(shè)置一個(gè)擋圈；如雙向受壓，則在O 形圈兩側(cè)各放一個(gè)擋圈。為了減小摩擦力，也可以采用楔形擋圈。當(dāng)壓力液體從左方施加作用時(shí)，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?lái)說(shuō)，采用擋圈會(huì)增大密封裝置的摩擦力，而楔形擋圈對(duì)減小這種摩擦力具有十分重要的意義。對(duì)于固定的O 形圈，當(dāng)工作壓力大于32MPa 時(shí)，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(dòng)密封壓

31、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(rùn)滑。 在用O 形圈作為往復(fù)運(yùn)動(dòng)式密封時(shí)，必須要注意密封全音滾動(dòng)扭轉(zhuǎn)引起的破損和因粘著造成的摩擦力的增加，而造成的失效。O 形圈如果裝配的妥善，并且使用條件適當(dāng)，一般不大容易在往復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生滾動(dòng)或扭曲的，因?yàn)镺形圈與密封溝槽的接觸面積大于在滑動(dòng)表面上的摩擦接觸面積，而且O 形圈本身的抗阻能力原來(lái)就能阻止扭曲。同時(shí)，摩擦力的分布也趨向保持O 形圈在其溝槽中靜止不動(dòng)，因?yàn)殪o摩擦大于滑動(dòng)摩擦，而且密封溝槽表面一般不如滑動(dòng)表面光潔。 O 形圈一般用于0.7MPa 以下的低壓氣動(dòng)系統(tǒng)，并且對(duì)密封性要求較高的場(chǎng)合。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，必須注意O 形

32、圈的潤(rùn)滑。 通常，為了提高防腐性和耐磨性，滑動(dòng)表面都進(jìn)行電鍍。鍍層的材質(zhì)對(duì) 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用條件、裝配質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)件的材質(zhì)、加工精度、潤(rùn)滑狀況、防塵措施等許多因素有直接關(guān)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(dòng)密封用O 形圈屬易損件，在任何往復(fù)式運(yùn)動(dòng)密封的應(yīng)用中，都要根據(jù)密封件的額定數(shù)據(jù)或能力來(lái)使用，并且要裝配得當(dāng)，這樣才能得到滿意的性能。 使用O 形密封圈進(jìn)行密封應(yīng)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(shì)就明顯的多，而且可能降低有效額定壓力。如果溝槽設(shè)計(jì)不能設(shè)置的使壓

33、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(shí)流速大于10m/s 的管路，均可產(chǎn)生負(fù)壓（真空）現(xiàn)象，這時(shí)工作狀態(tài)為負(fù)壓的密封。負(fù)壓于正壓的密封安全不同。而且與正壓漏油現(xiàn)象相反，負(fù)壓是吸氣。因此他們的密封情況也是相反的。如果不注意，誤將正壓情況用于負(fù)壓，則有可能把O 形圈吸進(jìn)去，造成空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)，引起油箱發(fā)生“開(kāi)鍋”現(xiàn)象。對(duì)于有可能產(chǎn)生負(fù)壓或真空的密封，應(yīng)采用防護(hù)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(zhì)量對(duì)其密封性和使用壽命均有重要的影響。泄漏問(wèn)題往往是因?yàn)榘惭b不良造成的。安裝過(guò)程中不允許出現(xiàn)O 形圈被劃傷和位置安裝不正，以及

34、O 形圈被扭曲等情況。裝配前，密封溝槽、密封耦合面必須嚴(yán)格清洗；同時(shí)對(duì)O 形圈裝配中要通過(guò)的表面涂敷潤(rùn)滑脂。 為了防止O 形圈在安裝時(shí)被尖角和螺紋等銳邊切傷或劃傷，應(yīng)在安裝的軸端和孔端留有 15 30的引入角。當(dāng)O 形圈需通過(guò)外螺紋時(shí)，應(yīng)使用專用的薄壁金屬導(dǎo)套，套住外螺紋。 另外，要防止漏裝或使用報(bào)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(duì)其進(jìn)行妥善保管。O形圈保管的妥善與否，對(duì)其使用壽命有很大的影響。O 形圈的保管應(yīng)做到： 1）避免放在陽(yáng)光直射、潮濕以及空氣流通的地方。因?yàn)檫@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

35、，適宜的空氣濕度為70% 以上。 2）O 形圈的存放必須離開(kāi)加熱設(shè)備 1m 以外，而且不允許放在有酸、堿的室內(nèi)。 3）O 形圈在存放時(shí)，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(shè)計(jì)、使用不當(dāng)會(huì)加速它的損壞，喪失密封性能。實(shí)驗(yàn)表明，如密封裝置各部分設(shè)計(jì)合理，單純地提高壓力，并不會(huì)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

36、入密封間隙而引起的間隙咬傷一級(jí)O 形圈在運(yùn)動(dòng)時(shí)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料是屬于粘彈性材料，所以初期設(shè)定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的使用，會(huì)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(guān)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(huì)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象，此時(shí)，壓縮應(yīng)力隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而減小。使用時(shí)間越長(zhǎng)、壓縮率和拉伸量越大，則由橡膠應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的應(yīng)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(shè)法降低壓縮率

37、是可取的。增加O形圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡(jiǎn)單的方法，不過(guò)這會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)尺寸的增加。 應(yīng)該注意，人們?cè)谟?jì)算壓縮率時(shí)，往往忽略了O 形圈在裝配時(shí)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(zhǎng)的變化成反比的。同時(shí)，由于拉力的作用，O 形圈的截面形狀也會(huì)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(yīng)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(zhì)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(diǎn)看，應(yīng)該按照使用條件盡量選用低硬度的材質(zhì)。在液體壓力和張力的作用下

38、，橡膠材料的O 形密封圈也會(huì)逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度會(huì)相應(yīng)減小，以致最后失去密封能力。 2）溫度與O 形圈馳張過(guò)程的關(guān)系 使用溫度是影響O 形圈永久變形的另一個(gè)重要因素。高溫會(huì)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(dāng)永久變形大于40%時(shí)，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(yīng)力值，將隨著O 形圈的馳張過(guò)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?jí)嚎s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(huì)完全喪失初始應(yīng)力；即使耐低溫的橡膠材料，此時(shí)的初始應(yīng)力也不會(huì)大于

39、20時(shí)初始應(yīng)力的25%。這是因?yàn)镺 形圈的初始?jí)嚎s量取決于線脹系數(shù)。所以，選取初始?jí)嚎s量時(shí)，就必須保證在由于馳張過(guò)程和溫度下降而造成應(yīng)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(yīng)特別注意橡膠材料的恢復(fù)指數(shù)和變形指數(shù)。綜上所述，在設(shè)計(jì)上應(yīng)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(zhǎng)使用壽命。 3）介質(zhì)工作壓力與永久變形 工作介質(zhì)的壓力是引起O 形圈永久變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設(shè)備的工作壓力正日益提高。長(zhǎng)時(shí)間的高壓作用會(huì)使O 形圈發(fā)生永久變形。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工作壓力選用適當(dāng)?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(yīng)越高。 為了改善

40、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(jìn)材料的配方，加入增塑劑。但是，具有增塑劑的O 密封形圈，長(zhǎng)時(shí)間在工作介質(zhì)中浸泡，增塑劑會(huì)逐漸被工作介質(zhì)吸收，導(dǎo)致 O 形密封圈體積收縮，甚至可能使O 形密封圈產(chǎn)生負(fù)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(jì)算O 形密封圈壓縮量和進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到這些收縮量。應(yīng)使壓制出的O形密封圈在工作介質(zhì)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(guān)。當(dāng)變形率在40%或更大時(shí)，即會(huì)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

41、丙橡膠 100，氟橡膠 140。因此各國(guó)對(duì)O 形圈的永久變形作了規(guī)定。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料 的O 形圈在不同溫度下的尺寸變化見(jiàn)表。同一材料的O 形圈，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(shí)O 形圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應(yīng)大為減少。加之又通常會(huì)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(dá) 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(nèi)徑脹大等現(xiàn)象，都會(huì)引起密封間隙的擴(kuò)大和間隙擠出現(xiàn)象的加

42、劇。O 形圈的硬度對(duì)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 形圈的間隙擠出現(xiàn)象越嚴(yán)重。 防止間隙咬傷的措施是，對(duì)O 形密封圈的硬度和密封間隙加以嚴(yán)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(dāng)?shù)拿芊馊ΡＷo(hù)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(zhuǎn)的現(xiàn)象，扭曲現(xiàn)象一般發(fā)生在動(dòng)密封狀態(tài)。 O 形圈如果裝配的妥善，并且使用條件適當(dāng)，一般不大容易在往復(fù)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生滾動(dòng)或扭曲，因?yàn)镺 形圈與溝槽的接觸面積大于在滑動(dòng)表面上的摩擦接觸面

43、積，而且O 形圈本身的抗拒能力原來(lái)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(dòng)，因?yàn)殪o摩擦大于滑動(dòng)摩擦，而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑動(dòng)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(guò)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(guò)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(yùn)動(dòng)用O 形圈比固定用O 形圈的斷面直徑大就是這個(gè)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(guò)大

44、，另一部分過(guò)小或不受壓縮。當(dāng)溝槽存在偏心即同軸偏差大于O 形圈的壓縮量時(shí)，密封會(huì)完全失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個(gè)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(zhì)硬度、潤(rùn)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(dǎo)致O 形圈的一部分沿工作表面滑動(dòng)，另一部分則發(fā)生滾動(dòng)，從而造成O 形圈的扭曲。運(yùn)動(dòng)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(yīng)是它處于扭曲狀態(tài)。假如在安裝時(shí)就被扭曲，則扭曲損傷就會(huì)很快發(fā)生。在工作中，扭曲現(xiàn)象會(huì)將 O 形圈切斷

45、，產(chǎn)生大量漏油，而且切斷的O 形圈會(huì)混到液壓系統(tǒng)的其他部位，造成重大事故。 為了防止O 形圈的扭曲損傷，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1）O 形圈安裝溝槽的同心度大小，應(yīng)從加工方便和不產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象兩個(gè)方面來(lái)考慮。 2）O 形圈斷面尺寸應(yīng)均勻，并且在每次安裝時(shí)都應(yīng)在密封部位充分涂抹潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。有時(shí)也可以采用浸透潤(rùn)滑油的氈圈式加油裝置。 3）加大O 形圈的截面直徑，動(dòng)密封用O 形密封圈的截面直徑一般應(yīng)大于靜密封用O 形圈；此外，O 形圈應(yīng)避免用作大直徑活塞的密封。 4）在低壓下也產(chǎn)生扭曲損傷時(shí)，可使用密封圈保護(hù)擋圈。 5）降低缸筒和活塞桿的表面粗糙度。 6）采用低摩擦系數(shù)的材料制作O 形密封圈。 7

46、）可用不易產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象的密封圈代替O 形圈。 4、 磨粒磨損現(xiàn)象 當(dāng)密封的間隙具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作環(huán)境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞桿表面，并隨著活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與油膜一起被帶入缸內(nèi)，成為侵入 O 形密封圈表面的磨粒，加速O 形圈的磨損，以致其失去密封性。為了避免這種情況發(fā)生，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵圈。 5、 滑動(dòng)表面對(duì) O 形圈的影響 滑動(dòng)表面的粗糙度是影響O 形圈表面摩擦與磨損的直接因素。一般地說(shuō)，表面光潔摩擦與磨損就小，所以滑動(dòng)表面的粗糙度數(shù)值往往很低（Ra0.20.050 m ）。但是，試驗(yàn)表明，表面粗糙過(guò)低（Ra 低于 0.050 m ）又會(huì)給摩擦與磨損帶來(lái)不利的

47、影響。這是因?yàn)槲⑿〉谋砻姘纪共黄?，可以保持必要的?rùn)滑油膜。因此要選擇適當(dāng)?shù)谋砻嬉蟆?滑動(dòng)表面的材質(zhì)對(duì)O 形圈的壽命也有影響。滑動(dòng)表面材質(zhì)的硬度越大、耐磨性越高、保持光潔的能力就越強(qiáng)，O 形圈的壽命也就越長(zhǎng)。這也是液壓缸活塞桿表面鍍鉻的重要原因。同理可以解釋具有同樣粗糙度的用銅、鋁合金制成的滑動(dòng)表面比鋼制滑動(dòng)表面對(duì)密封圈的摩擦與磨損更為嚴(yán)重，低硬度、大壓縮量的密封圈不如高硬度、小壓縮量的密封圈耐用的情況。 6、 摩擦力與 O 形圈的應(yīng)用 在動(dòng)密封裝置中，摩擦與磨損是O 形圈損壞的重要影響因素。磨損程度主要取決于摩擦力的大小。當(dāng)液體壓力微小時(shí)，O 形圈摩擦力的大小取決于它的預(yù)壓縮量。當(dāng)工作液體承

48、受壓力時(shí)，摩擦力隨之工作壓力的增加而增大。在工作壓力小于20MPa 的情況下，近似地呈線形關(guān)系。壓力大于20MPa 時(shí)，隨著壓力的增加，O 形圈與金屬表面接觸面積的增加也逐漸緩慢，摩擦力的增加也相應(yīng)緩慢。 在正常情況下，O 形圈的使用壽命隨著液體壓力的升高將會(huì)近似的呈平方關(guān)系而減小。 摩擦力的增加，使得旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸與O 形密封圈之間產(chǎn)生大量的摩擦熱。由于多數(shù) O 形圈都是用橡膠制成的，導(dǎo)熱性極差。因此，摩擦熱就會(huì)引起橡膠的老化，導(dǎo)致 O 形圈實(shí)效，破壞其密封性能。摩擦還會(huì)引起O 形圈表面損傷，使壓縮量減小。嚴(yán)重的摩擦?xí)芸煲餙 形圈的表面損壞，失去密封性。作氣動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)用密封時(shí)，摩擦熱

49、還會(huì)引起粘著，造成摩擦力進(jìn)一步增加。 運(yùn)動(dòng)用密封在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦阻力還是引起爬行的一個(gè)因素，影響元件和系統(tǒng)的工作性能。所以對(duì)運(yùn)動(dòng)密封來(lái)說(shuō)，摩擦性是重要性能之一。摩擦系數(shù)是摩擦特性的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，合成橡膠摩擦系數(shù)較大，由于密封在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通常處于工作油液或潤(rùn)滑劑參與的混合潤(rùn)滑狀態(tài)，摩擦系數(shù)一般在0.1 以下。 摩擦力的大小在很大程度上取決于被密封件的表面硬度與表面粗糙度。 7、 焦耳熱效應(yīng) 橡膠材料的焦耳熱效應(yīng)，是指處于拉伸狀態(tài)的橡膠遇熱產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象。在安裝O 形圈時(shí)，為了使它在密封溝槽內(nèi)不產(chǎn)生竄動(dòng)，在用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，不產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象，一般使它處于某種程度的拉伸狀態(tài)。但如果將這種安裝方法

50、用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生不良的結(jié)果。本來(lái)已經(jīng)緊箍在旋轉(zhuǎn)軸上的O形密封圈，因旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱而收縮，進(jìn)而使這種緊箍力增大，這樣，產(chǎn)生摩擦熱 收縮緊箍力增大產(chǎn)生摩擦熱，如此反復(fù)循環(huán)，就大大地促進(jìn)了橡膠的老化和磨損。四、O型密封圈綜述（內(nèi)含中國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）一、O型圈概述1、特點(diǎn)：（1）、結(jié)構(gòu)尺寸小、裝拆方便；（2）、適合多種密封形式：靜、動(dòng)密封均可使用，用作靜密封時(shí)幾乎沒(méi)有泄漏；（3）、使用單件O型密封圈，有雙向密封作用；（4）、動(dòng)摩擦阻力?。唬?）、價(jià)格低廉；（6）、工作壓力范圍：1.33310Pa的真空到400MPa的高壓；（7）、溫度范圍：-60C到200C.（8）、適合各種

51、用途材料，尺寸和溝槽都已標(biāo)準(zhǔn)化，互換性強(qiáng)（9）、適合多種運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)或組合運(yùn)動(dòng)（例如旋轉(zhuǎn)往復(fù)組合運(yùn)動(dòng)）（10）、適合多種不同的密封介質(zhì)：油、水、氣、化學(xué)介質(zhì)或其它混合介質(zhì)（11）、通過(guò)選用合適的橡膠材料和適當(dāng)?shù)呐浞皆O(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油、水、空氣、煤氣及各種化學(xué)介質(zhì)有效的密封作用。（12）、材料品種多，可以根據(jù)不同的流體進(jìn)行選擇：有丁腈橡膠（NRB）、氟橡膠（FKM）、硅橡膠（VMQ）、乙丙橡膠（EPDM）、氯丁橡膠（CR）、丁基橡膠（BU）、聚四氟乙烯（PTFE）、天然橡膠（NR）等2、適用標(biāo)準(zhǔn)：GB3452.1-92 液壓氣動(dòng)用 O 形橡膠密封圈尺寸系列及公差GB3452.2-

52、87 O 形橡膠密封圈外觀質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) GB3452.3 液壓氣動(dòng)用 O 形橡膠密封圈溝槽尺寸和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則 HG/T2579-94 O 形圈橡膠材料第一部分：用于普通液壓系統(tǒng) JISB2401-1991 O 形圈 大部分國(guó)家對(duì)O形密封圈都制定系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其中美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（AS 568）、日本標(biāo)準(zhǔn)（JISB2401）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 3601/1）較為通用。O型圈標(biāo)準(zhǔn)一覽表標(biāo)準(zhǔn)O型圈截面直徑W美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AS 568英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 15161.782.623.535.337.00日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B 24011.92.43.13.55.784國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3601/1德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 3771/1中國(guó)標(biāo)

53、準(zhǔn)GB 3452.11.82.653.555.307.00優(yōu)先的米制尺寸1.01.52.02.530.3.54.04.55.05.56.07.08.010.012.0美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AS 568（900系列）1.021.421.631.831.982.082.212.462.953.003、主要應(yīng)用：徑向靜密封：例如襯套、封蓋、導(dǎo)管、缸。軸向靜密封：例如法蘭、平板、頂蓋。動(dòng)密封情況：推薦用于中等使用工況，要受到其密封的速度和壓力的限制：密封往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、活塞桿、柱塞等密封在傳動(dòng)軸、主軸、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿等上慢速的擺動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)4、密封機(jī)理O形密封圈是一種自動(dòng)雙向作用密封元件。安裝時(shí)其徑向和軸向方面的預(yù)

54、壓縮賦與O形密封圈自身的初始密封能力。它隨系統(tǒng)壓力的提高而增大。（A）無(wú)壓縮狀態(tài)（B）無(wú)壓力作用下的壓縮狀態(tài)（C）壓力作用5、性能參數(shù)靜態(tài)密封動(dòng)態(tài)密封工作壓力無(wú)擋圈時(shí)，最高可達(dá)20MPa無(wú)擋圈時(shí)，最高可達(dá)5MPa有擋圈時(shí)，最高可達(dá)40MPa有擋圈時(shí)，較高壓力用特殊擋圈時(shí)，最高可達(dá)200MPa運(yùn)動(dòng)速度最大往復(fù)速度可達(dá)0.5m/s，最大旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)2.0m/s。溫度一般場(chǎng)合：-30+110；特殊橡膠：-60+250；旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合：-30+80介質(zhì)見(jiàn)橡膠密封件原料特性表。6、橡膠密封件特性橡膠密封件原料特性PROPERTIES OF SEAL ELEMENT MATERIALSELEMENT MATERIALSCOMMON NAME原材料一般名稱NITRILE丁腈橡膠NEOPRENE氯丁橡膠SILICONE硅橡膠FLUORO-ELASTOMER氟橡膠ET