【文章內(nèi)容簡介】 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，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5~10 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℃，三元乙丙橡膠 100℃，氟橡膠 140℃。因此各國對(duì)O 形圈的永久變形作了規(guī)定。中國標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料 的O 形圈在不同溫度下的尺寸變化見表。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HS60~90。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(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(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大，另一部分過小或不受壓縮。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，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滑油或潤滑脂。有時(shí)也可以采用浸透潤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）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，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（~ μm ）。但是，試驗(yàn)表明，表面粗糙過低（Ra 低于 μm ）又會(huì)給摩擦與磨損帶來不利的影響。這是因?yàn)槲⑿〉谋砻姘纪共黄?，可以保持必要的潤滑油膜。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?；瑒?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。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)密封來說，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滑劑參與的混合潤滑狀態(tài)， 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用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生不良的結(jié)果。本來已經(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、美國、法國、日本國家標(biāo)準(zhǔn)）一、O型圈概述特點(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?。? （5）、價(jià)格低廉； （6）、工作壓力范圍：10179。Pa的真空到400MPa的高壓； （7）、溫度范圍：60176。C到200176。C. （8）、適合各種用途材料，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）等適用標(biāo)準(zhǔn)： 《液壓氣動(dòng)用 O 形橡膠密封圈尺寸系列及公差》 《 O 形橡膠密封圈外觀質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》 《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/T257994 《 O 形圈橡膠材料第一部分：用于普通液壓系統(tǒng)》 JISB24011991 《 O 形圈》 大部分國家對(duì)O形密封圈都制定系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其中美國標(biāo)準(zhǔn)（AS 568）、日本標(biāo)準(zhǔn)（JISB2401）國際標(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美國標(biāo)準(zhǔn)AS 568英國標(biāo)準(zhǔn)BS 1516日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B 240184國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3601/1德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 3771/1中國標(biāo)準(zhǔn)GB 優(yōu)先的米制尺寸30.美國標(biāo)準(zhǔn)AS 568（900系列）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)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)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）無壓縮狀態(tài)（B）無壓力作用下的壓縮狀態(tài)（C）壓力作用性能參數(shù)靜態(tài)密封動(dòng)態(tài)密封工作壓力無擋圈時(shí)，最高可達(dá)20MPa無擋圈時(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。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《橡膠密封件原料特性表》。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FLUOROELASTOMER氟橡膠ETHYLENEPROPYLENE乙烯丙烯橡膠ASTM DESIGNATION美國材料實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)名稱NBRRCRCSISFKMVEPDMETEMPERATURE PROPERTIES 溫度特性RANGE ℃溫度范圍 攝氏40～+12030～+11070～+19040～+20040～+150WEATHER抗風(fēng)化性能GEEEEFLAME抗火焰性能PQEEEMECHANICAL PROPERTIES 機(jī)械特性TENSILE STRENGTH 延展性EGPEFELONGATION 伸張度GGP