O型圈基礎(chǔ)知識

1、O形圈基礎(chǔ)知識作者 吳丹 時間 2011.4.16一、概述1.1 O形圈特點 O形圈是一種小截面的圓環(huán)形密封元件，常用截面是圓形。主要材料為合成橡膠，在液壓工程中是用的最多、最普遍的一種密封件，主要做靜密封及滑動密封用。與其他密封件比有如下特點： a.密封性好，壽命長。 b.單圈就可對兩個方向起密封作用。 c.對油液、溫度和壓力的適應(yīng)性好。 d.動摩擦阻力小。e.體積小，重量輕，成本低。f.密封部位結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便g.既可做靜密封也可做動密封。h.尺寸和溝槽已被標(biāo)準(zhǔn)化，選用和外購方便。 其缺點是，在做動密封啟動時，摩擦阻力較大，約為動摩擦力的34倍，在高壓下易被擠入間隙。1.2 表示方法1

2、GB/T3452.1-1982的表示方法的表示方法 內(nèi)徑d1 線徑d2比如：1）O形圈 20 2.4 GB3452.1-82 20 代表O形圈內(nèi)徑為20mm 2.4 代表O形圈的截面直徑是2.4mm GB3452.1 代表的是標(biāo)準(zhǔn)號， 82 代表的是標(biāo)準(zhǔn)公布年代。2）24002000 GB3452.1-82 2400 代表O形圈的截面直徑是2.4mm 0200 代表O形圈內(nèi)徑為20mm1.2 表示方法2 GB/T3452.1-2005的表示方法的表示方法比如（1） O形圈 7.51.8G GB/T3452.1 ， 7.5內(nèi)徑 1.8斷面直徑 G系列 （G通用O形圈 ) （A宇航用O形圈） （2

3、）A 0075G GB/T3452.1 AO形圈線徑1.80mm BO形圈線徑2.65mm CO形圈線徑3.55mm DO形圈線徑5.30mm EO形圈線徑7.30mm二、O形圈密封工作狀態(tài)2.1 靜密封用O形圈的作用 O型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。像這種借介質(zhì)本身來改變O形圈接觸狀態(tài)使之實現(xiàn)密封的過程，稱為“自封作用”。 O形圈預(yù)密封PPPP 3m axPP3 ma x2.1 靜密封用O形圈的作用 自密封作用：由于預(yù)密封作用，O形圈與被密封光滑面和溝槽底面緊

4、密接觸。這樣當(dāng)流體通過間隙進(jìn)入溝槽時只能對O形圈的一側(cè)面起作用。當(dāng)流體壓力較大時，把O形圈推向溝槽另一側(cè)面而擠壓成D形，并把壓力傳遞給接觸給接觸面。 O形圈的自封是有限的，當(dāng)內(nèi)壓過高時，會出現(xiàn)O形圈的“膠料擠出”現(xiàn)象。即密封部位因有間隙存在，受高壓作用的O形圈在間隙處會產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到O形圈的料膠不能承受時，料膠就會被擠出來，此時雖然O形圈還能暫時維持密封，但實際已損壞。因此要嚴(yán)格選型。2.2 動密封用O形圈的作用 O形圈在動密封中，其預(yù)密封效果和自密封作用與靜密封一樣。但由于桿運動時很容易將流體帶到O形圈和桿之間，因此情況比較復(fù)雜。 工作中，假設(shè)O形圈左側(cè)作用著介質(zhì)壓力P1（如圖a）

5、，若將O形圈與桿接觸部位放大（圖b），其接觸表面實際是凹凸不平的，并非每一點都與金屬表面接觸。由于自封作用，O形圈對桿產(chǎn)生的接觸壓力大于P1而得到密封。但當(dāng)桿開始向右移動時附著在桿上的介質(zhì)被帶到楔形狹縫（圖c）。由于流體動壓效應(yīng)這部分介質(zhì)的壓力比P1大。當(dāng)它大于O形圈對桿的接觸力時，介質(zhì)便擠入O形圈的第一個凹槽處（圖d），桿繼續(xù)向右移動時介質(zhì)不斷地進(jìn)入下一個凹槽，介質(zhì)便沿著桿運動的方向泄露。當(dāng)桿向左運動時，由于趕運動方向與桿壓力方向相反，故不易泄露。泄漏量是隨著介質(zhì)的粘度和桿的運動速度提高而增大的，還與O形圈的尺寸、工作壓力等密切相關(guān)。a 壓力作用于O形圈一側(cè)b 接觸部位放大圖c 油被帶到楔形

6、狹縫d 油被擠入O形圈第一凹槽往復(fù)運動中橡膠O形圈的泄露back2.3 O形圈的密封形式1 按密封件與被密封裝置的相對運動狀態(tài)可以分為： 靜密封、往復(fù)動密封、轉(zhuǎn)動密封和開關(guān)密封。2 按O形圈在矩形溝槽中壓縮密封配合的壓縮量大?。ㄋ删o程度）可分為：壓緊、 套緊、液動、氣動和轉(zhuǎn)動5種基本密封配合，以及在端面倒角槽中擠緊密封配 合。此外還有滑動密封和浮動密封兩種特殊密封方法。3 按被密封件的結(jié)構(gòu)可分為：端面密封即軸向密封、角密封（孔端面倒角槽密封、 軸端面倒角槽密封）、圓柱密封即徑向密封（圓柱內(nèi)徑密封（活塞桿密封）、圓 柱外徑密封（活塞密封）、圓錐面密封和球面密封。三、O形圈的設(shè)計應(yīng)用3.1 O形圈

7、的使用參數(shù) 3.1.1 壓縮率 壓縮率W通常用下式表示：W=（d2-h）/d2 100% 式中d2 -O型圈在自由狀態(tài)下的截面直徑(mm) h -O型圈槽底與被密封表面的距離（溝槽深度），即O型圈壓縮后 的截面高度(mm) 在選取O形圈的壓縮率時,應(yīng)從如下3方面考慮： 1要有足夠的密封接觸面積； 2摩擦力盡量?。?3盡量避免永久變形。 3.1.1 壓縮率 O型密封圈壓縮率W的選擇應(yīng)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；徑向密封的泄漏間隙是徑向間隙，軸向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)壓和受外壓兩種情況，內(nèi)壓增加的拉伸，外

8、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O形圈的作用方向是不同的，所以預(yù)壓力設(shè)計也不同。對于動密封則要區(qū)分是往復(fù)運動密封還是旋轉(zhuǎn)運動密封。 1靜密封：圓柱靜密封裝置和往復(fù)運動式密封裝置一樣，一般取W=10%15%；平面靜密封裝置取W=15%30%。2對于動密封而言，可以分為三種情況；往復(fù)運動一般取W=10%15%。 旋轉(zhuǎn)運動密封在選取壓縮率時必須要考慮焦耳熱效應(yīng)，一般來說，旋轉(zhuǎn)運動用O形圈的內(nèi)徑要比軸徑大3%-5%，外徑的壓縮率W=3%-8%。低摩擦運動用O型圈，為了減少摩擦阻力，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

9、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(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。3.1.2 拉伸量 O型圈在裝入密封溝槽后，一般都有一定的拉伸量。與壓縮率一樣，拉伸量的大小對O型圈的密封性能和和使用壽命也有很大的影響。拉伸量大不但會導(dǎo)致O型圈安裝困難，同時也會因截面直徑d2發(fā)生變化而使壓縮率降低，以致引起泄漏。拉伸量a可用下式表示： =(d+d2)/(d1+d2) 式中d-軸徑（mm）；d1-O形圈內(nèi)徑（mm）。 拉伸量的取值范圍為1%-5%。如表一給出了O型圈拉伸量的推薦值，可根據(jù)軸徑的大小，按表選限取O型圈的拉伸量。密封形式密封形式 密封介質(zhì)

10、密封介質(zhì) 拉伸量拉伸量（%） 壓縮率壓縮率w（%） 靜密封液壓油 1.031.04 1525 空氣 1.01 1525 往復(fù)運動液壓油 1.02 1217 空氣 1.01 1217 旋轉(zhuǎn)運動液壓油 0.95 38 表一表一 O O型圈壓縮率與拉伸量的限取范圍型圈壓縮率與拉伸量的限取范圍3.2 O形圈的安裝溝槽 O形圈壓縮量的大小主要由安裝溝槽的結(jié)構(gòu)和尺寸來保證。常用的溝槽形狀有矩形和三角形，一般情況三角形僅用于某些固定密封。由于壓縮量不同所以靜密封、往復(fù)運動密封、選裝運動密封的溝槽雖形狀相似，但尺寸各不相同。3.2.1 槽寬槽寬主要從下面三個方面考慮：1）必須大于O形圈壓縮變形后的最大直徑。2

11、）必須考慮到O形圈由于運動發(fā)熱引起的膨脹和介質(zhì)溶脹。3）必須保證往復(fù)運動時槽內(nèi)有一定的空間使O形圈滾動自如。一般認(rèn)為，O形圈 的截面面積至少應(yīng)占據(jù)矩形截面面積的85%，在許多場合下取槽寬為O形圈截 面直徑的1.5倍。注：溝槽太窄會增大運動時的摩擦阻力，O形圈磨損加大，易損；溝槽太寬使得O形圈的游動范圍增大，也易磨損，且在靜密封的脈動壓力下，O形圈也可能 產(chǎn)生脈動游動出現(xiàn)異常磨損。另外，當(dāng)內(nèi)壓很高時必須用擋圈，槽寬應(yīng)相應(yīng) 增大。3.2 O形圈的安裝溝槽3.2.2 槽深 槽深是O形圈能否良好工作的關(guān)鍵尺寸，主要取決O形圈的壓縮變形量。此變形量由O形圈內(nèi)徑處的壓縮變形量（1）和O形圈外徑處的壓縮變形

12、量（2）組成，當(dāng)1=2時 ，O形圈截面與槽截面中心重合，兩種心愿的圓周相等，說明O形圈安裝時未受到拉伸；當(dāng)12時 ，O形圈截面中心的周長小于溝槽中心的周長，說明O形圈以拉伸狀態(tài)在溝槽內(nèi)；當(dāng)12時，O形圈截面周長大于溝槽截面中心周長，此時O形圈以周向壓縮來使用，拆卸時，O形圈會出現(xiàn)彈跳現(xiàn)象。設(shè)計槽深時應(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（詳見表一）。 除此之外，也要考慮材料對介質(zhì)的溶脹性，材料本身的膨脹性等相關(guān)因素，需考慮諸多設(shè)計因素。但國家對于溝槽的結(jié)構(gòu)已經(jīng)給出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。3.2 O形圈的安裝溝槽3.2.3 溝槽的選擇設(shè)計1.溝槽的安裝形式 a 徑向 活塞密封溝槽b 徑向 活

13、塞桿密封溝槽3.2.3 溝槽的選擇設(shè)計1.溝槽的安裝形式c 徑向 帶擋圈的溝槽d 軸向 溝槽說明：1）一般情況，為防止O形圈被擠入間隙而損壞，當(dāng)液體工作壓力超過 10MPa時，固定密封當(dāng)液體壓力超過32MPa時，應(yīng)加密封擋圈（如圖c）， 擋圈多少視O形圈受壓情況而定。 2）軸向密封外部受壓時注意加直徑d8處凸臺，以防止O形圈進(jìn)入管路。表二表二 O形圈徑向溝槽尺寸形圈徑向溝槽尺寸O形圈截面直徑d21.802.653.555.307.00溝槽寬度氣動密封2.23.44.66.99.3液壓動密封或靜密封b+0.252.43.64.87.19.59.5b1+0.253.85.06.29.012.3b2

14、+0.255.26.47.610.915.1溝槽深度t活塞桿密封，（計算d3用）液壓動密封1.422.162.964.485.95氣動動密封1.462.233.034.656.20靜密封1.382.072.744.195.67活塞桿密封，（計算d6用）液壓動密封1.472.243.074.666.16氣動動密封1.572.373.244.866.43靜密封1.422.152.854.365.89最小倒角長度Zmin1.11.51.82.73.6槽底圓角半徑r10.2-0.40.4-0.80.8-1.2槽楞圓角半徑r20.1-0.3活塞桿密封溝槽槽底最大直徑d3max=d4+2t，d4活塞桿直徑

15、活塞桿密封溝槽槽底最小直徑d6min=d5max+2t，d5max活塞桿最大直徑3.2.3 溝槽的選擇設(shè)計1.溝槽的安裝形式 O形圈的溝槽尺寸系列，中國已制定有標(biāo)準(zhǔn)，詳見表三。表三表三 密封用溝槽尺寸及壓縮量密封用溝槽尺寸及壓縮量3.2.3 溝槽的選擇設(shè)計3. O形圈溝槽加工要求 為避免劃傷和安裝不當(dāng)?shù)葐栴}造成的泄露， O形圈在安裝時對溝槽及相關(guān) 部件的精度都有一定要求。 首先，安裝時通過的尖叫需倒鈍或修圓，通過的內(nèi)孔應(yīng)倒1020坡口。 其次，注意O形圈安裝路徑上的表面精度，軸須有較低的粗糙度值，必要時 需涂以潤滑劑，對于安裝溝槽及配合表面精度的要求詳見表四。表四表四 O O形橡膠密封溝槽各配

16、合偶件的表面光潔度形橡膠密封溝槽各配合偶件的表面光潔度3.3 O形圈的材料選用O形圈材料選擇主要考慮以下幾點： 1）O形圈的工作狀態(tài) 是指O形圈用于靜密封、動密封還是滑動密封。 2）機(jī)器的工作狀態(tài) 指機(jī)器處于連續(xù)工作還是斷續(xù)工作，并考慮倒每次斷續(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(zhì)的情況 工作介質(zhì)是氣體還是液體，并考慮其物理和化學(xué)性能。 4）工作壓力 壓力大小，波動幅度和頻率以及瞬時出現(xiàn)的最大壓力等。 5）工作溫度 包括瞬時出現(xiàn)的溫度以及冷熱交替出現(xiàn)的溫度。 6）價格與來源。 一般來說耐油用丁腈橡膠，耐天候和臭氧用氯丁橡膠，耐熱用丙烯酸酯橡膠或氟橡膠，耐高壓、耐磨用聚氨酯橡膠，耐寒同時又耐油用共聚氯醇橡膠等。各種膠料的適用范圍詳見表五。（其他見附件）材料材料適用介質(zhì)適用介質(zhì)使用溫度使用溫度/備注備注運動用運動用靜止用靜止用丁腈橡膠礦物油，汽油，苯80-30120氯丁橡膠空氣，水，氧80-40120運動用應(yīng)注意丁基橡膠動、植物油，弱酸，堿80-30110永久