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1、O形圈基礎知識,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.尺寸和溝槽已被標準化，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

2、。,1.2 表示方法,1 GB/T3452.1-1982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 代表的是標準號， 82 代表的是標準公布年代。 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20mm,1.2 表示方法,2 GB/T3452.1-2005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 )

3、 （A宇航用O形圈） （2）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形圈預密封,2.1 靜密封用O形圈的作用,自密封作用：由于預密封作 用，O

4、形圈與被密封光滑面和溝槽 底面緊密接觸。這樣當流體通過 間隙進入溝槽時只能對O形圈的一 側(cè)面起作用。當流體壓力較大 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)生應力集 中，當應力達到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，因此情況比較復雜。

5、 工作中，假設O形圈左側(cè)作用著介質(zhì)壓力P1（如圖a），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）。由于流體動壓效應這部分介質(zhì)的壓力比 P1大。當它大于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)不斷地進入下一個凹槽，介質(zhì)便沿著桿運動的方向 泄露。當桿向左運動時，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

6、密 切相關。,back,2.3 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、往復動密封、轉(zhuǎn)動密封和開關密封。 2 按O形圈在矩形溝槽中壓縮密封配合的壓縮量大小（松緊程度）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形圈的設計應用,3.1 O形圈的使用參數(shù) 3.1.1 壓縮

7、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

8、，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O形圈的作用方向是不同的，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，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

9、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?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

10、據(jù)軸徑的大小，按表選限取O型圈的拉伸量。,表一 O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）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）必須保證往復運動時槽內(nèi)有一定的空間使O形圈滾動自如。一般認為，O形圈 的截面面積至少應占據(jù)矩形截面面積的85%，在許多場合下取槽寬為O

11、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，當內(nèi)壓很高時必須用擋圈，槽寬應相應 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量（2） 組成，當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

12、以拉伸狀態(tài)在溝槽內(nèi)；當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。設計槽深時應首先確定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因 素，需考慮諸多設計因素。但國家對于溝槽的結(jié)構已經(jīng)給出相關標準。,3.2 O形圈的安裝溝槽,3.2.3 溝槽的選擇設計 1.溝槽的安裝形式,a 徑向 活塞密封溝槽,b 徑向 活塞桿密封溝槽,3.2.3 溝槽的選擇設計,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

13、而損壞，當液體工作壓力超過 10MPa時，固定密封當液體壓力超過32MPa時，應加密封擋圈（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形圈進入管路。,表二 O形圈徑向溝槽尺寸,3.2.3 溝槽的選擇設計,1.溝槽的安裝形式 O形圈的溝槽尺寸系列，中國已制定有標準，詳見表三。,表三 密封用溝槽尺寸及壓縮量,3.2.3 溝槽的選擇設計,3. O形圈溝槽加工要求 為避免劃傷和安裝不當?shù)葐栴}造成的泄露， O形圈在安裝時對溝槽及相關 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)孔應倒1020坡口

14、。 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 O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）機器的工作狀態(tài) 指機器處于連續(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）,表五 O形圈密封材料使用規(guī)范,謝謝大家！,