O形密封圈的设计使用和故障处理大全.doc

目 录一、O形密封圈的密封原理11、用于静密封时的密封原理22、用于往复运动密封时的密封原理23、旋转运动用密封3二、O形密封圈的材料选择31、O 形圈密封的设计原则41）压缩率42）拉伸量53）接触宽度52、O 形圈的设计53、O 形密封圈密封沟槽设计61）沟槽形状62）槽宽的设计63）槽深的设计74）槽口及槽底圆角的设计75）间隙76）槽壁粗糙度74、挡圈7三、O形密封圈的使用、安装和故障分析处理81、O 形圈的使用82、O 形圈的安装83、O 形圈的保管84、O 形密封圈的故障和解决办法91）永久变形92）间隙咬伤103）扭曲现象114）磨粒磨损现象115）滑动表面对 O 形圈的影响116）摩擦力与 O 形圈的应用127）焦耳热效应12四、O型密封圈综述12一、O形密封圈的密封原理 O 形密封圈简称O 形圈，是一种截面为圆形的橡胶圈。O 形密封圈是液压、气动系统中使用最广泛的一种密封件。O 形圈有良好的密封性，既可用于静密封，也可用于往复运动密封中；不仅可单独使用，而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的适用范围很宽，如果材料选择得当，可以满足各种运动条件的要求，工作压力可从 1.333105Pa 的真空到400MPa 高压；温度范围可从-60到200。与其它密封型式相比，O形密封圈具有以下特点： 1）结构尺寸小，装拆方便。 2）静、动密封均可使用，用作静密封时几乎没有泄漏。 3）使用单件O形密封圈，有双向密封作用。 4）动摩擦阻力较小。 5）价格低廉。 O 形密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。在用于静密封和动密封时，密封接触面接触压力产生原因和计算方法不尽相同，需分别说明。 1、用于静密封时的密封原理 在静密封中以O 形圈应用最为广泛。如果设计、使用正确，O 形密封圈在静密封中可以实现无泄漏的绝对密封。 O 形密封圈装入密封槽后，其截面承受接触压缩应力而产生弹性变形。对接触面产生一定的初始接触压力Po。即使没有介质压力或者压力很小，O 形密封 圈靠自身的弹性力作用而也能实现密封；当容腔内充入有压力的介质后，在介质压力的作用下，O 形密封圈发生位移，移向低压侧，同时其弹性变形进一步加大，填充和封闭间隙。此时，坐用于密封副偶合面的接触压力上升为Pm ： Pm=Po+Pp 式中 Pp经 O 形圈传给接触面的接触压力（0.1MPa） Pp=K P K压力传递系数，对于橡胶制 O 形密封圈K=1； P被密封液体的压力（0.1MPa）。 从而大大增加了密封效果。由于一般K1，所以PmP。由此可见，只要O 形密封圈存在初始压力，就能实现无泄漏的绝对密封。这种靠介质本身压力来改变O形密封圈接触状态，使之实现密封的性质，称为自封作用。 理论上，压缩变形即使为零，在油压力下也能密封，但实际上O 形密封圈安装时可能会有偏心。所以，O 形圈装入密封沟槽后，其断面一般受到7%30% 的压缩变形。静密封取较大的压缩率值，动密封取较小的压缩率值。这是因为合成橡胶在低温下要压缩，所以静密封O 形圈的预压缩量应考虑补偿它的低温收缩量。 2、用于往复运动密封时的密封原理 在液压转动、气动元件与系统中，往复动密封是一种最常见的密封要求。动力缸活塞与缸体、活塞杆与缸盖以及各类滑阀上都用到往复运动密封。缝隙由圆柱杆与圆柱孔形成，杆在圆柱孔内轴向运动。密封作用限制流体的轴向泄漏。用作往复运动密封时，O 形圈的预密封效果和自密封作用与静密封一样，并且由于O形圈自身的弹力，而具有磨损后自动补偿的能力。但由于液体介质密封时，由于杆运动速度、液体的压力、粘度的作用，情况比静密封复杂。 当液体在压力作用下，液体分子与金属表面互相作用，油液中所含的“极性分子”在金属表面上紧密而整齐的排列，沿滑移面与密封件间形成一个强固的边界层油膜，并且对滑移面产生极大的附着力。该液体薄膜始终存在于密封件与往复运动面之间，它亦起一定的密封作用，并且对运动密封面的润滑是非常重要的。但是对泄漏来讲是有害的。但往复运动的轴向外拖出时，轴上的液体薄膜便与轴一起拉出，由于密封件的“擦拭”作用，当往复运动的轴缩回时，该液体薄膜便被密封元件阻留在外面。随着往复运动行程次数增多，阻留在外面的液体就越多，最后形成油滴，这就是往复运动式密封装置的泄漏。由于液压油的粘度随着温度的升高而降低，油膜厚度相应减小，所以液压设备在低温下启动时，运动开始时的泄漏较大，随着运动过程中因各种损失引起温度升高，泄漏量有逐渐降低的趋势。 O 形圈作为往复式密封，结构紧凑、尺寸小，可以降低元件价格。主要用在： 1）低压液压元件中，一般限于短行程和10MPa 左右的中等压力。 2）小直径、短行程以及中等压力的液压滑阀中。 3）气动滑阀和气动缸中。 4）作为组合式往复动密封装置中的弹性体。 O 形圈作为往复动密封最适合小直径、短行程、中低压力的应用场合，气动缸、气动滑阀等往复运动元件中。在液压元件中，用O 形圈作主要动密封，一般限于短行程和 10MPa 左右的中低压力。O 形圈不适合用作速度非常低的往复动密封和单独作为高压往复动密封。这主要是因为在这种条件下摩擦较大，会导致密封过早失效。在任何型式应用中，都要根据密封件的额定数据或能力来使用，并且要装配得当，才能得到满意的性能。 3、旋转运动用密封 在旋转运动密封中，通常采用油封和机械密封。但是油封的使用压力较低，而且与O 形圈相比，显得过大和复杂，工艺性也差。机械密封虽然可用于高压（40MPa ）、高速（50m/s）及高温（400），但是结构更加复杂、庞大，而且成本高，只适用于石油、化工等作用的一些重型机械设备上。 O 形圈用于旋转运动存在的主要问题是焦耳热效应。焦耳热效应使高速的旋转轴与O 形圈的接触处产生磨擦热，生成的热量使这些接触部位的温度不断上升，橡胶材料受热严重变形，压缩量与伸长量发生变化的现象。发热还加速密封材料老化，降低了O 形圈的使用寿命；破坏密封油膜，由此引起断油现象，加速密封的磨损。 基于上述情况，近年来国内外旋转运动用 O 形圈进行了广泛深入的研究。为了避免出现焦耳热效应，关键在于根据橡胶的性能来正确地选择设计O 形圈的结构参数，主要是O 形圈的拉伸量和压缩率。根据实验，将旋转运动用O 形圈设计成内径与旋转轴直径相等或稍大些，一般大3%5%，在安装O 形圈时，从内径向里压缩，并将断面的压缩量也设计得小一些，一般约为5%。并且，尽量采用受热量影响小的密封材料，充分考虑O 形圈安装处的散热问题。这样就使O 形圈的工作情况大为改善，可应用于最高转速达4m/s 的旋转轴的密封。 近年来又出现了耐热氟橡胶和耐磨聚氨酯橡胶，并且对橡胶元件工作的焦耳热效应有了更深入的了解，并针对此问题研究解决方案，设计出了新的O 形圈密封结构，使O 形圈能够更好的应用与高速、高压的旋转运动。 O 形密封圈由于其具有体积小，结构简单、成本低、工艺性能好、适用范围广泛等特点，正广泛地在旋转运动式密封装置中推广。二、O形密封圈的材料选择 O 形密封圈材料的选择对其密封性能和使用寿命有着重要意义。材料的性能直接影响O 形圈的使用性能。除应具备密封圈材料的一般要求外，O 形密封圈还要注意下述条件： 1）富有弹性和回弹性； 2）适当的机械强度，包括扩张强度、伸长率和抗撕裂强度等。 3）性能稳定，在介质中不易溶胀，热收缩效应（焦耳效应）小。 4 ）易加工成形，并能保持精密的尺寸。 5）不腐蚀接触面，不污染介质等。 满足上述要求的最适合而且最常用的材料是橡胶，所以O 形圈大多用橡胶材料制成。橡胶的品种很多，而且不断有新的橡胶品种出现，设计与选用时，应了解各种橡胶的特性，合理选择。 在选择O 形圈材料时，要注意考虑到以下几点因素： 1）O 形圈的工作状态 指O 形圈是用于静密封还是用于动密封，是用在往复动还是用在旋转运动中。 2）机械的工作状态 就是指机器是出于连续的工作状态还是处于断续的工作状态，并要考虑到每次断续时间的长短，是否有冲击载荷作用在密封部位。 3）工作介质的情况 工作介质时液体还是气体，并要考虑到其物理、化学性质。 4 ）工作压力 工作压力的大小、波动幅度以及瞬时出现的最大压力等。 5）工作温度 包括瞬时温度和冷热交变时的温度。 6）价格和来源等 绝大部分的O 形圈都是用各种等级和硬度（如 4090 度）的腈橡胶制成的。其中，一种典型的通用材料是硬度大约为75 度的低/ 中腈橡胶。腈橡胶具有良好的耐热性，它可以在 100120范围内工作。腈橡胶对矿物油和脂类有很好的耐受力，同时具有较宽的工作液体（包括水和乙二醇）适用范围。橡胶的配方不同，对介质的适用性也不同。一般来说，丁腈橡胶耐油；氯丁橡胶耐候性和耐臭氧性好；丙烯酸酯橡胶和氟橡胶耐热；聚氨酯橡胶耐高压和磨损；共聚氯醇橡胶耐低温耐油。橡胶的配方不同，成份不同,对介质的适用性也不同。例如丁腈橡胶，根据丁腈含量的不同分为高、中、低三种，含丁腈量越高，耐油性能越好。 在某些应用场合，腈橡胶在性能方面有局限性或者与某些工作液之间缺乏相容性，这时可以采用其他各种材料。例如，对耐热性，耐油性有特别要求时，可用FKM（氟橡胶）：对耐磨性和耐压有特别要求时，可选用AU/EU（聚氨酯橡胶）。近来又增加了提高NBR 耐热老化性的NEM，又称加氢NBR ；HNBR ； 可供选用。 橡胶的硬度，一般机械用O 形密封圈，硬度应在7090 度之间。作为静密封用的 O 形密封圈，通常材料硬度为邵尔硬度70 度，比动密封件要硬。旋转运动用O 形密封圈，一般用丁基橡胶材料效果好，硬度以HS=80 为宜。在内压低、摩擦小的场合，硬度允许低于70 度；而在高压下或旋转运动中，可以高硬度，但很少使用。 液压、气动设备用O 形密封圈的材料选择考虑与温度的关系，介质为石油基液压油的O 形圈，温度在-50 120时，用丁腈橡胶，而 120 230 范围内用硅橡胶（主要是静密封），200以内的动密封用氟橡胶。当被密封介质为燃料油时，则用高丁腈橡胶为宜。在透平油之类的高苯胺点油中，因为丁腈橡胶会发生收缩现象，应慎用。丁腈橡胶在乙醇系液压油中会发生膨胀现象，故不能使用，而应当用丁苯橡胶。近年来为防止火灾采用不燃性磷酸酯系液压油，这种情况下宜用氟橡胶。 O 形圈密封是典型的挤压型密封。O 形圈截面直径的压缩率和拉伸是密封设计的主要内容，对密封性能和使用寿命有重要意义。O 形圈一般安装在密封沟槽内起密封作用。O 形密封圈良好的密封效果很大程度上取决于O 形圈尺寸与沟槽尺寸的正确匹配，形成合理的密封圈压缩量与拉伸量。密封装置设计加工时，若使O 形圈压缩量过小，就会引起泄漏；压缩量过大则会导致O 形密封圈橡胶应力松弛而引起泄漏。同样，O 形圈工作中拉伸过度，也会加速老化而引起泄漏。世界各国的标准对此都有较严格的规定。 1、O 形圈密封的设计原则 1）压缩率 压缩率W 通常用下式表示： W= (d0-h)/do% 式中 d0 O 形圈在自由状态下的截面直径（mm ） h O 形圈槽底与被密封表面的距离，即O 形圈压缩后的截面高度（mm ）。 在选取O 形圈的压缩率时，应从如下三个方面考虑： l 要有足够的密封接触面积 l 摩擦力尽量小 l 尽量避免永久变形。 从以上这些因素不难发现，它们相互之间存在着矛盾。压缩率大就可获得大的接触压力，但是过大的压缩率无疑会增大滑动摩擦力和永久变形。而压缩率过小则可能由于密封沟槽的同轴度误差和O 形圈误差不符合要求，消失部分压缩量而引起泄漏。因此，在选择O 形圈的压缩率时，要权衡个方面的因素。一般静密封压缩率大于动密封，但其极值应小于25%，否则压缩应力明显松弛，将产生过大的永久变形，在高温工况中尤为严重。 O 形圈密封压缩率W 的选择应考虑使用条件，静密封或动密封；静密封又可分为径向密封与轴向密封；径向密封（或称圆柱静密封）的泄漏间隙是径向间隙，轴向密封（或称平面静密封）的泄漏间隙是轴向间隙。轴向密封根据压力介质作用于O 形圈的内径还是外径又分受内压和外压两种情况，内压增加的拉伸，外压降低O 形圈的初始拉伸。上述不同形式的静密封，密封介质对O 形圈的作用力方向是不同的，所以预压力设计也不同。对于动密封则要区分是往复运动还是旋转运动密封。 1 静密封：圆柱静密封装置和往复运动式密封装置一样，一般取 W=10%15%；平面密封装置取W=15%30% 。 2 对于动密封而言，可以分为三种情况： 往复运动密封一般取W=10%15% 。 旋转运动密封在选取压缩率时必须要考虑焦耳热效应，一般来说，旋转运动用 O 形圈的内径要比轴径大3%5%，外径的压缩率W=3%8% 。 低摩擦运动用O 形圈，为了减小摩擦阻力，一般均选取较小的压缩率，即 W=5%8% 。 此外，还要考虑到介质和温度引起的橡胶材料膨胀。通常在给定的压缩变形之外，允许的最大膨胀率为 15%，超过这一范围说明材料选用不合适，应改用其他材料的O 形圈，或对给定的压缩变形率予以修正。压缩变形的具体数值，一般情况下，各国都根据自己的使用经验制订出标准或给出推荐值。 2）拉伸量 O 形圈在装入密封沟槽后，一般都有一定的拉伸量。与压缩率不一样，拉伸量的大小对O 形圈的密封性能和使用寿命也有很大的影响。拉伸量大不但会导致O 形圈安装困难，同时也会因截面直径do 发生变化而使压缩率降低，以致引起泄漏。拉伸量可用下式表示： =(d+do)/d1+do 式中 d 轴径（mm ）； d1 O形圈的拉伸量。 3）接触宽度 O 形圈装入密封沟槽后，其横截面产生压缩变形。变形后的宽度及其与轴的接触宽度都和O 形圈的密封性能和使用寿命有关，其值过小会使密封性受到影响；过大则增加摩擦，产生摩擦热，影响O 形圈的寿命。 O形圈变形后的宽度BO（mm ）与O形圈的压缩率W和截面直径dO有关，可用下式计算 BO=1/(1-W)-0.6WdO （W取 10%40%） O形圈与轴的接触面宽度b（mm ）也取决于W和dO： b=( 4W2+0.34W+0.31)dO ( W取 10%40%) 对摩擦力限制较高的O 形圈密封，如气动密封、液压伺服控制元件密封，可据此估算摩擦力。 2、O 形圈的设计 绝大多数的O 形圈是用合成橡胶材料制成的。合成橡胶O 形圈的尺寸由国际标准（ISO3601/1）国家标准和组织标准等确定。如有些国家将O 形圈的尺寸系列分为P 系列（运动用）、G 系列（固定用）、V 系列（真空用）和ISO 系 列（一般工业用）四个系列组成。 我国的O 形圈内径、截面直径尺寸及公差由GB/T34542.11992 规定。 密封装置的密封可靠性主要取决于O 形圈的压缩量。在一般的情况下，这种压缩量都是很小的，只有十几微米到几十微米，这就要求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进行加工，同时必须准确地掌握作为设计依据的O 形圈材质的收缩率。一般只能通过实测，来获得O 形圈的收缩率。值得注意的是： 1）O 形圈截面收缩率很小，一般不予考虑。只有在其截面直径大于 8mm 的情况下，才予以考虑。 2）在配方和工艺条件一定的情况下，O 形圈的收缩率会随着材质硬度的提高而减小，也会随着其内径的减小而提高。具有中等硬度（HS75 5），以及中等大小（内径d=4070mm）的O 形圈，其内径的收缩率大约为1.5%。 一般，在静密封场合，可选择截面较小的密封圈；在动密封场合，应选择截面较大的密封圈。通常，压力较高和间隙较大时，应选择较高硬度的材料；也可以选择一般硬度的材料，再安装一个聚四氟乙烯挡圈。 3、O 形密封圈密封沟槽设计 O 形密封圈的压缩量与拉伸量是由密封沟槽的尺寸来保证的，O 形密封圈选定后，其压缩量、拉伸量及其工作状态由沟槽决定，所以，沟槽设计与选择对密封装置的密封性和使用寿命的影响很大，沟槽设计是 O 形圈密封设计的主要内容。 密封沟槽设计包括确定沟槽的形状、尺寸、精度和表面粗糙等，对动密封，还有确定相对运动间隙。沟槽设计原则是：加工容易，尺寸合理，精度容易保证，O 形圈装拆较为方便。常见的槽形为矩形槽。 1）沟槽形状 矩形沟槽是液压气动用O 形密封圈使用最多的沟槽形状（见图4-6 ）。这种沟槽的优点是加工容易，便于保证O 形密封圈具有必要的压缩量。除矩形沟槽外，还有V 形、半圆形、燕尾形和三角形等型式的沟槽。 三角形沟槽截面形状是以M 为直角边的等边直角三角形。截面积大约为O形圈截面面积的 1.051.10 倍。三角形沟槽式密封装置在英国、美国、日本等国家均有应用。设计的原则是O 形密封圈内径的公称尺寸相等。密封沟槽即可开在轴上，也可开在孔上；轴向密封则沟槽开在平面上。 2）槽宽的设计 密封沟槽的尺寸参数取决于O 形密封圈的尺寸参数。 沟槽尺寸可按体积计算，通常要求矩形沟槽的尺寸比O 形圈的体积大 15%左右。这是因为： O 形圈装入沟槽后，承受3%30%的压缩，而橡胶材料本身教师不可压缩的，所以应有容纳O 形圈变形部分的空间。 处于油液中的O 形圈，除了存在由于油液的浸泡而可能引起的橡胶材料的膨胀外，还有可能存在随着液体工作温度的增高，而引起橡胶材料的膨胀现象。所以沟槽必须留有一定的余量。 在运动状态下，能适应O 形圈可能产生的轻微的滚动现象。一般认为，装配后的O 形密封圈与槽壁之间留有适当的间隙是必要的。但是这个间隙不能过大，否则在交变压力的作用下就会变成有害的“游隙”，而增加O 形圈的磨损。 槽不宜太窄，如果O 形圈截面填满了槽的截面，那么运动时的摩擦阻力将会特别大，O 形圈无法滚动，同时引起严重的磨损。槽也不宜过宽，因为槽过宽时O 形圈的游动范围很大，也容易磨损。特别是静密封时，如果工作压力是脉动的，那么静密封就不会静，它将在不适宜的宽槽内以同样的脉动频率游动，出现异常磨损，使O 形圈很快失效。 O 形圈的截面面积至少应占矩形槽截面面积的 85%，槽宽必须大于O 形圈压缩变形后的最大直径。在许多场合下保证取槽宽为O 形圈截面直径的 1.11.5 倍。当内压很高时，就必须使用挡圈，这时槽宽也应相应加大。 工作方式不同，径向密封或轴向密封，动密封或静密封，液压密封或气动密封，密封沟槽尺寸不同。我国O 形圈密封圈与密封沟槽尺寸系列根据国家标准GB/T3452.31988），也可根据对根据对密封圈压缩量与拉伸量的要求计算设计沟槽尺寸。 3）槽深的设计 沟槽的深度主要取决于O 形密封圈所要求的压缩率，沟槽的深度加上间隙，至少必须小于自由状态下的O 形圈截面直径，以保证密封所需的O 形圈压缩的变形量。 O 形圈压缩变形量由O 形圈内径处的压缩变形量 和外径处的压缩变形量 组成，即 =+。当=时，O 形圈的截面中心与槽的截面中心重合，两中心圆的圆周相等，说明O 形圈安装时未受到拉伸。如果，则O 形圈截面中心圆的周长小于槽中心圆的周长，说明O 形圈以拉伸状态装在槽内；若，则O 形圈截面中心圆的周长大于槽的截面中心圆周长，此时，O 形圈受周向压缩，拆卸时，O 形圈会出现弹跳现象。 设计槽深时，应首先确定O 形圈的使用方式，然后再去选定合理的压缩变形率。 4）槽口及槽底圆角的设计 沟槽的外边口处的圆角是为了防止O 形圈装配时刮伤而设计的。它一般采 用较小的圆角半径，即r=0.10.2mm 。这样可以避免该处形成锋利的刃口，O 形圈也不敢发生间隙挤出，并能使挡圈安放稳定。 沟槽槽底的圆角主要是为了避免该处产生应力集中设计的。圆角半径的取值，动密封沟槽可取R=0.31mm，静密封沟槽可取其O 形圈截面直径的一半，即R=d/2。 5）间隙 往复运动的活塞与缸壁之间必须有间隙，其大小与介质工作压力和O 形圈材料的硬度有关。间隙太小，制造、加工困难；间隙太大，O 形圈会被挤入间隙而损坏。一般内压越大，间隙越小；O 形圈材料硬度越大，间隙可放大。当间隙值在曲线的左下方时，将不发生间隙咬伤即“挤出”现象。间隙的给定数值与零件的制造精度有很大关系。 6）槽壁粗糙度 密封沟槽的表面粗糙度，直接影响着O 形圈的密封性和沟槽的工艺性。静密封用O 形圈工作过程中不运动，所以槽壁的粗糙度用Ra=6.33.2 m，对于往复运动用O 形圈，因常在槽内滚动，槽壁与槽底的粗糙程度应到低一些，要求在Ra=1.60 m 以下。旋转运动用的O 形圈一般在沟槽内是静止的，要求轴的粗糙度Ra=0.40 m 或者抛光。 4、挡圈 挡圈的作用在于防止O 形圈发生“间隙咬伤”现象，提高其使用压力。安有挡圈的O 形圈在高压作用下，首先向挡圈靠拢。随着压力的增加，O 形圈与挡圈互相挤压。由于它们是弹性体，两者同时发生变形，此变形首先向它们的上下两角扩展，直到压力超过 10.5MPa。这种变形一直在两者之间进行，而不致使挡圈发生“挤出”现象。根据挡圈材料和结构形式的不同，其承压能力提高的程度也不同。当压力足够大时，挡圈也会产生“挤出”现象。 O 形圈使用挡圈后，工作压力可以大大提高。静密封压力能提高到 200700MPa；动密封压力也能提高到40MPa。挡圈还有助于O 形圈保持良好的润滑。如果单向受压，则在承受侧用一个挡圈；如果双向受压则用两个挡圈。对于静密封，内压在32MPa 以下不用挡圈，超过此值用挡圈。使用挡圈后虽可防止O 形圈发生“间隙咬伤”现象，但会增加密封装置的摩擦阻力。 挡圈的材料有皮革、硬橡胶和聚四氟乙烯等，也有尼龙 6 和尼龙 1010 的。 而以聚四氟乙烯挡圈最为常用。聚四氟乙烯作为挡圈材料有下列特点。 1）工作精度高。 2）耐化学品性能优异，可用于几乎所有的介质。 3）无硬化破损现象。 4）使用温度范围宽。 5）摩擦力小。 6）无吸水性。 7）在177温度下不发生老化等。三、O形密封圈的使用、安装和故障分析处理1、O 形圈的使用 O 形圈在多种液压、气动件管接头、圆筒面及法兰面等结合处被广泛使用。对于在运动过程中使用的O 形圈，当工作中压力大于 10MPa 时，如单向受压，就在O 形圈受压方向的另一侧设置一个挡圈；如双向受压，则在O 形圈两侧各放一个挡圈。为了减小摩擦力，也可以采用楔形挡圈。当压力液体从左方施加作用时，右方挡圈被推起，左方挡圈不与被密封表面接触，因此摩擦力减小。总的来说，采用挡圈会增大密封装置的摩擦力，而楔形挡圈对减小这种摩擦力具有十分重要的意义。对于固定的O 形圈，当工作压力大于32MPa 时，也需要使用挡圈。 O 形圈使用挡圈后，其工作压力可以大大提高。静密封压力能够提高到200700MPa；动密封压力也能够提高到40MPa。而且挡圈还有助于O 形圈保持良好的润滑。 在用O 形圈作为往复运动式密封时，必须要注意密封全音滚动扭转引起的破损和因粘着造成的摩擦力的增加，而造成的失效。O 形圈如果装配的妥善，并且使用条件适当，一般不大容易在往复运动状态下产生滚动或扭曲的，因为O形圈与密封沟槽的接触面积大于在滑动表面上的摩擦接触面积，而且O 形圈本身的抗阻能力原来就能阻止扭曲。同时，摩擦力的分布也趋向保持O 形圈在其沟槽中静止不动，因为静摩擦大于滑动摩擦，而且密封沟槽表面一般不如滑动表面光洁。 O 形圈一般用于0.7MPa 以下的低压气动系统，并且对密封性要求较高的场合。在气动系统中，必须注意O 形圈的润滑。 通常，为了提高防腐性和耐磨性，滑动表面都进行电镀。镀层的材质对 O 形圈的适用寿命也有一定的影响，一般镀铬钢最好。 O 形圈的使用寿命与使用条件、装配质量、运动件的材质、加工精度、润滑状况、防尘措施等许多因素有直接关系。因此，O 形圈确切的使用寿命，要根据具体的工作条件才能做出判断。动密封用O 形圈属易损件，在任何往复式运动密封的应用中，都要根据密封件的额定数据或能力来使用，并且要装配得当，这样才能得到满意的性能。 使用O 形密封圈进行密封应该尽量使压力的方向和摩擦力的方向相反，如果两种作用力同向，则O 形圈挤出的趋势就明显的多，而且可能降低有效额定压力。如果沟槽设计不能设置的使压力方向与摩擦力方向相反，则在710MPa 的压力下宜采用挡圈。自吸式液压泵或瞬时流速大于10m/s 的管路，均可产生负压（真空）现象，这时工作状态为负压的密封。负压于正压的密封安全不同。而且与正压漏油现象相反，负压是吸气。因此他们的密封情况也是相反的。如果不注意，误将正压情况用于负压，则有可能把O 形圈吸进去，造成空气进入液压系统，引起油箱发生“开锅”现象。对于有可能产生负压或真空的密封，应采用防护型沟槽，以防O 形圈被吸入孔口。 2、O 形圈的安装 O 形圈的安装质量对其密封性和使用寿命均有重要的影响。泄漏问题往往是因为安装不良造成的。安装过程中不允许出现O 形圈被划伤和位置安装不正，以及O 形圈被扭曲等情况。装配前，密封沟槽、密封耦合面必须严格清洗；同时对O 形圈装配中要通过的表面涂敷润滑脂。 为了防止O 形圈在安装时被尖角和螺纹等锐边切伤或划伤，应在安装的轴端和孔端留有 15 30的引入角。当O 形圈需通过外螺纹时，应使用专用的薄壁金属导套，套住外螺纹。 另外，要防止漏装或使用报废的O 形圈。而且还要注意挡圈的安装方向。 3、O 形圈的保管 O 形圈属于易损件，因此需要对其进行妥善保管。O形圈保管的妥善与否，对其使用寿命有很大的影响。O 形圈的保管应做到： 1）避免放在阳光直射、潮湿以及空气流通的地方。因为这些都是加速O 形圈材料老化的因素。存放O 形圈的适宜温度为020，适宜的空气湿度为70% 以上。 2）O 形圈的存放必须离开加热设备 1m 以外，而且不允许放在有酸、碱的室内。 3）O 形圈在存放时，不允许受压，以免引起压缩永久变形。 4 ）存放O 形圈的聚乙烯塑料袋，必须记载其制造和出厂日期，以便按先后次序使用。橡胶材料制O 形圈的保管有效期一般为25 年。 4、O 形密封圈的故障和解决办法 O 形密封圈易出现的故障、原因及其解决的方法。 O 形圈设计、使用不当会加速它的损坏，丧失密封性能。实验表明，如密封装置各部分设计合理，单纯地提高压力，并不会造成O 形圈的破坏。在高压、高温的工作条件下，O 形圈破坏的主要原因是O 形圈材料的永久变形和O 形圈被挤入密封间隙而引起的间隙咬伤一级O 形圈在运动时出现扭曲现象。 1）永久变形 由于O 形圈密封圈用的合成橡胶材料是属于粘弹性材料，所以初期设定的压紧量和回弹堵塞能力经长时间的使用，会产生永久变形而逐渐丧失，最终发生泄漏。永久变形和弹力消失是O 形圈失去密封性能的主要原因，以下是造成永久变形的主要原因。 1）压缩率和拉伸量与永久变形的关系 制作O 形圈所用的各种配方的橡胶，在压缩状态下都会产生压缩应力松弛现象，此时，压缩应力随着时间的增长而减小。使用时间越长、压缩率和拉伸量越大，则由橡胶应力松弛而产生的应力下降就越大，以致 O 形圈弹性不足，失去密封能力。因此，在允许的使用条件下，设法降低压缩率是可取的。增加O形圈的截面尺寸是降低压缩率最简单的方法，不过这会带来结构尺寸的增加。 应该注意，人们在计算压缩率时，往往忽略了O 形圈在装配时受拉伸而引起的截面高度的减小。O 形圈截面面积的变化是与其周长的变化成反比的。同时，由于拉力的作用，O 形圈的截面形状也会发生变化，就表现为其高度的减小。此外，在表面张力作用下，O 形圈的外表面变得更平了，即截面高度略有减小。这也是O 形密封圈压缩应力松弛的一种表现。 O 形圈截面变形的程度，还取决于O 形圈材质的硬度。在拉伸量相同的情况下，硬度大的O 形圈，其截面高度也减小较多，从这一点看，应该按照使用条件尽量选用低硬度的材质。在液体压力和张力的作用下，橡胶材料的O 形密封圈也会逐渐发生塑性变形，其截面高度会相应减小，以致最后失去密封能力。 2）温度与O 形圈驰张过程的关系 使用温度是影响O 形圈永久变形的另一个重要因素。高温会加速橡胶材料的老化。工作温度越高，O 形圈的压缩永久变形就越大。当永久变形大于40%时，O 形圈就失去了密封能力而发生泄漏。因压缩变形而在O 形圈的橡胶材料中形成的初始应力值，将随着O 形圈的驰张过程和温度下降的作用而逐渐降低以致消失。温度在零下工作的O 形圈，其初始压缩可能由于温度的急剧降低而减小或完全消失。在-50-60的情况下，不耐低温的橡胶材料会完全丧失初始应力；即使耐低温的橡胶材料，此时的初始应力也不会大于20时初始应力的25%。这是因为O 形圈的初始压缩量取决于线胀系数。所以，选取初始压缩量时，就必须保证在由于驰张过程和温度下降而造成应力下降后仍有足够的密封能力。 温度在零下工作的 O 形圈,应特别注意橡胶材料的恢复指数和变形指数。综上所述，在设计上应尽量保证O 形圈具有适宜的工作温度，或选用耐高、低温的O 形圈材料，以延长使用寿命。 3）介质工作压力与永久变形 工作介质的压力是引起O 形圈永久变形的主要因素。现代液压设备的工作压力正日益提高。长时间的高压作用会使O 形圈发生永久变形。因此，设计时应根据工作压力选用适当的耐压橡胶材料。工作压力越高，所用材料的硬度和耐高压性能也应越高。 为了改善O 形圈材料的耐压性能，增加材料的弹性（特别是增加材料在低温下的弹性）、降低材料的压缩永久变形，一般需要改进材料的配方，加入增塑剂。但是，具有增塑剂的O 密封形圈，长时间在工作介质中浸泡，增塑剂会逐渐被工作介质吸收，导致 O 形密封圈体积收缩，甚至可能使O 形密封圈产生负压缩（即在O 形密封圈和被密封件的表面之间出现间隙）。因此，在计算O 形密封圈压缩量和进行模具设计时，应充分考虑到这些收缩量。应使压制出的O形密封圈在工作介质中浸泡510 昼夜后仍能保持必要的尺寸。 O 形圈材料的压缩永久变形率与温度有关。当变形率在40%或更大时，即会出现泄漏，所以几种胶料的耐热性界限为：丁腈橡胶70，三元乙丙橡胶 100，氟橡胶 140。因此各国对O 形圈的永久变形作了规定。中国标准橡胶材料 的O 形圈在不同温度下的尺寸变化见表。同一材料的O 形圈，在同一温度下，截面直径大的O 形圈压缩永久变形率较低。 在油中的情况就不同了。由于此时O 形圈不与氧气接触，所以上述不良反应大为减少。加之又通常会引起胶料有一定的膨胀，所以因温度引起的压缩永久变形率将被抵消。因此，在油中的耐热性大为提高。以丁腈橡胶为例，它的工作温度可达 120或更高。 2）间隙咬伤 被密封的零件存在着几何精度（包括圆度、椭圆度、圆柱度、同轴度等）不良、零件之间不同心以及高压下内径胀大等现象，都会引起密封间隙的扩大和间隙挤出现象的加剧。O 形圈的硬度对间隙挤出现象也有明显的影响。液体或气体的压力越高，O 形圈材料硬度越小，则O 形圈的间隙挤出现象越严重。 防止间隙咬伤的措施是，对O 形密封圈的硬度和密封间隙加以严格的控制。选用硬度合适的密封材料控制间隙。常用的O 形圈的硬度范围是HS6090。低硬度者用于低压，高硬度者用于高压。配用适当的密封圈保护挡圈，是防止O 形圈被挤入间隙的有效方法。 3）扭曲现象 扭曲是指O 形圈沿周向发生扭转的现象，扭曲现象一般发生在动密封状态。 O 形圈如果装配的妥善，并且使用条件适当，一般不大容易在往复在往复运动状态下产生滚动或扭曲，因为O 形圈与沟槽的接触面积大于在滑动表面上的摩擦接触面积，而且O 形圈本身的抗拒能力原来就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趋向保持O 形圈在其沟槽中静止不动，因为静摩擦大于滑动摩擦，而且沟槽表面的粗糙度一般不如滑动表面的粗糙度。 引起扭曲损伤的原因很多，其中最主要的是由于活塞、活塞杆和缸筒的间隙不均匀、偏心过大、O 形圈断面直径不均匀等造成，由于造成O 形圈在一周多受的摩擦力不均匀，O 形圈的某些部分摩擦过大，发生扭曲。通常，断面尺寸较小的O 形圈，容易产生摩擦不均匀。造成扭曲（运动用O 形圈比固定用O 形圈的断面直径大就是这个道理。） 另外，由于密封沟槽存在着同轴度偏差，密封高度不相等以及O 形圈截面直径不均匀等现象，可能使得O 形圈的一部分压缩过大，另一部分过小或不受压缩。当沟槽存在偏心即同轴偏差大于O 形圈的压缩量时，密封会完全失效。密封沟槽同轴度偏差大的另一个害处是使O 形密封圈沿圆周压缩不均。此外还有由于O 形圈截面直径、材质硬度、润滑油膜厚度等的不均以及密封轴表面粗糙度等因素的影响，导致O 形圈的一部分沿工作表面滑动，另一部分则发生滚动，从而造成O 形圈的扭曲。运动用O 形圈很容易因扭曲而损坏，这是密封装置发生损坏和泄漏的重要原因。因此提高密封沟槽的加工精密度以及减小偏心是保证O 形圈具有可靠的密封性和寿命的重要因素安装密封圈不应是它处于扭曲状态。假如在安装时就被扭曲，则扭曲损伤就会很快发生。在工作中，扭曲现象会将 O 形圈切断，产生大量漏油，而且切断的O 形圈会混到液压系统的其他部位，造成重大事故。 为了防止O 形圈的扭曲损伤，在设计时应注意以下几点 1）O 形圈安装沟槽的同心度大小，应从加工方便和不产生扭曲现象两个方面来考虑。 2）O 形圈断面尺寸应均匀，并且在每次安装时都应在密封部位充分涂抹润滑油或润滑脂。有时也可以采用浸透润滑油的毡圈式加油装置。 3）加大O 形圈的截面直径，动密封用O 形密封圈的截面直径一般应大于静密封用O 形圈；此外，O 形圈应避免用作大直径活塞的密封。 4）在低压下也产生扭曲损伤时，可使用密封圈保护挡圈。 5）降低缸筒和活塞杆的表面粗糙度。 6）采用低摩擦系数的材料制作O 形密封圈。 7）可用不易产生扭曲现象的密封圈代替O 形圈。 4）磨粒磨损现象 当密封的间隙具有相对运动时，工作环境中的灰尘和沙粒等被粘附在活塞杆表面，并随着活塞杆的往复运动与油膜一起被带入缸内，成为侵入 O 形密封圈表面的磨粒，加速O 形圈的磨损，以致其失去密封性。为了避免这种情况发生，在往复运动式密封装置的外伸轴端处必须使用防尘圈。 5）滑动表面对 O 形圈的影响 滑动表面的粗糙度是影响O 形圈表面摩擦与磨损的直接因素。一般地说，表面光洁摩擦与磨损就小，所以滑动表面的粗糙度数值往往很低（Ra0.20.050 m ）。但是，试验表明，表面粗糙过低（Ra 低于 0.050 m ）又会给摩擦与磨损带来不利的影响。这是因为微小的表面凹凸不平，可以保持必要的润滑油膜。因此要选择适当的表面要求。 滑动表面的材质对O 形圈的寿命也有影响。滑动表面材质的硬度越大、耐磨性越高、保持光洁的能力就越强，O 形圈的寿命也就越长。这也是液压缸活塞杆表面镀铬的重要原因。同理可以解释具有同样粗糙度的用铜、铝合金制成的滑动表面比钢制滑动表面对密封圈的摩擦与磨损更为严重，低硬度、大压缩量的密封圈不如高硬度、小压缩量的密封圈耐用的情况。 6）摩擦力与 O 形圈的应用 在动密封装置中，摩擦与磨损是O 形圈损坏的重要影响因素。磨损程度主要取决于摩擦力的大小。当液体压力微小时，O 形圈摩擦力的大小取决于它的预压缩量。当工作液体承受压力时，摩擦力随之工作压力的增加而增大。在工作压力小于20MPa 的情况下，近似地呈线形关系。压力大于20MPa 时，随着压力的增加，O 形圈与金属表面接触面积的增加也逐渐缓慢，摩擦力的增加也相应缓慢。 在正常情况下，O 形圈的使用寿命随着液体压力的升高将会近似的呈平方关系而减小。 摩擦力的增加，使得旋转或往复运动的轴与O 形密封圈之间产生大量的摩擦热。由于多数 O 形圈都是用橡胶制成的，导热性极差。因此，摩擦热就会引起橡胶的老化，导致 O 形圈实效，破坏其密封性能。摩擦还会引起O 形圈表面损伤，使压缩量减小。严重的摩擦会很快引起O 形圈的表面损坏，失去密封性。作气动往复运动用密封时，摩擦热还会引起粘着，造成摩擦力进一步增加。 运动用密封在低速运动时，摩擦阻力还是引起爬行的一个因素，影响元件和系统的工作性能。所以对运动密封来说，摩擦性是重要性能之一。摩擦系数是摩擦特性的一个评价指标，合成橡胶摩擦系数较大，由于密封在运动状态时，通常处于工作油液或润滑剂参与的混合润滑状态，摩擦系数一般在0.1 以下。 摩擦力的大小在很大程度上取决于被密封件的表面硬度与表面粗糙度。 7）焦耳热效应 橡胶材料的焦耳热效应，是指处于拉伸状态的橡胶遇热产生收缩的现象。在安装O 形圈时，为了使它在密封沟槽内不产生窜动，在用作往复运动密封时，不产生扭曲现象，一般使它处于某种程度的拉伸状态。但如果将这种安装方法用于旋转运动，就会产生不良的结果。本来已经紧箍在旋转轴上的O形密封圈，因旋转运动产生的摩擦热而收缩，进而使这种紧箍力增大，这样，产生摩擦热 收缩紧箍力增大产生摩擦热，如此反复循环，就大大地促进了橡胶的老化和磨损。四、O型密封圈综述（内含中国、美国、法国、日本国家标准）一、O型圈概述1、特点： （1）、结构尺寸小、装拆方便； （2）、适合多种密封形式：静、动密封均可使用，用作静密封时几乎没有泄漏； （3）、使用单件O型密封圈，有双向密封作用； （4）、动摩擦阻力小； （5）、价格低廉； （6）、工作压力范围：1.33310Pa的真空到400MPa的高压； （7）、温度范围：-60C到200C. （8）、适合各种用途材料，尺寸和沟槽都已标准化，互换性强 （9）、适合多种运动方式：旋转运动、轴向往复运动或组合运动（例如旋转往复组合运 动） （10）、适合多种不同的密封介质：油、水、气、化学介质或其它混合介质 （11）、通过选用合适的橡胶材料和适当的配方设计，实现对油、水、空气、煤气及各种化学介质有效的密封作用。 （12）、材料品种多，可以根据不同的流体进行选择：有丁腈橡胶（NRB）、氟橡胶（FKM）、硅橡胶（VMQ）、乙丙橡胶（EPDM）、氯丁橡胶（CR）、丁基橡胶（BU）、聚四氟乙烯（PTFE）、天然橡胶（NR）等2、适用标准： GB3452.1-92 液压气动用 O 形橡胶密封圈尺寸系列及公差GB3452.2-87 O 形橡胶密封圈外观质量检验标准 GB3452.3 液压气动用 O 形橡胶密封圈沟槽尺寸和设计计算准则 HG/T2579-94 O 形圈橡胶材料第一部分：用于普通液压系统 JISB2401-1991 O 形圈 大部分国家对O形密封圈都制定系列产品标准，其中美国标准（AS 568）、日本标准（JISB2401）国际标准（ISO 3601/1）较为通用。O型圈标准一览表标准O型圈截面直径W美国标准AS 568英国标准BS 15161.782.623.535.337.00日本标准JIS B 24011.92.43.13.55.784国际标准ISO 3601/1德国标准DIN 3771/1中国标准GB 3452.11.82.653.555.307.00优先的米制尺寸1.01.52.02.530.3.54.04.55.05.56.07.08.010.012.0美国标准AS 568（900系列）1.021.421.631.831.982.082.212.462.953.003、主要应用： 径向静密封：例如衬套、封盖、导管、缸。 轴向静密封：例如法兰、平