O型圈設計、使用不(Bu)當會加速(Su)它的損壞，喪(Sang)失密封性能(Neng)。實驗表明(Ming)，如密封裝置各[Ge]部分設計合理，單純地提(Ti)高壓力，并不會[Hui]造成O型圈的破壞。在(Zai)高壓、高溫的工(Gong)作條件下，O型圈破壞的主要原因是O型圈材料的永久變形和O型[Xing]圈被擠入(Ru)密[Mi]封間隙而[Er]引起(Qi)的間隙咬傷一[Yi]級[Ji]O型圈[Quan]在運動(Dong)時出(Chu)現扭曲現[Xian]象(Xiang)。

1、永久(Jiu)變形

由于O型圈密封(Feng)圈[Quan]用的合成(Cheng)橡膠材料是屬于粘彈性[Xing]材料，所以(Yi)初期設定的壓緊量和回彈堵塞能[Neng]力經[Jing]長時間的使用，會産生永久變形而(Er)逐漸喪失，最終[Zhong]發生洩漏。永久變[Bian]形和彈力消失是O型圈失去(Qu)密封性能的主[Zhu]要原因，以下是(Shi)造成永久(Jiu)變[Bian]形的主要原因。

1).壓(Ya)縮率和(He)拉伸量與永[Yong]久變形的關系[Xi]

制作O型圈所用的各種配方的橡膠(Jiao)，在壓縮狀态下都(Dou)會産生壓縮應力(Li)松弛現象，此時，壓縮應力随着時間[Jian]的增長而減小。使用時間越長、壓縮[Suo]率和拉伸量越大，則由橡膠應力松[Song]弛而産生的應力下降就越大[Da]，以緻[Zhi]O型圈彈性[Xing]不足，失去密封能力。因此(Ci)，在(Zai)允許的使用條件[Jian]下，設法降低壓縮率(Lü)是可取的[De]。增加O型圈的截面尺寸是降低壓縮率最[Zui]簡單的方[Fang]法(Fa)，不過這會帶來結(Jie)構(Gou)尺(Chi)寸的增加。

應該[Gai]注意，人們在計算[Suan]壓縮率時，往[Wang]往忽略了O型圈在裝配時受拉[La]伸而引起的截面高(Gao)度的減小。O型圈截面[Mian]面積[Ji]的變化是與其周長的變化成反比的。同時，由于拉力的作用，O型圈的截面形狀也會發生(Sheng)變化，就[Jiu]表現為其(Qi)高度的減小。此(Ci)外，在表面張力作用下，O型圈的外表面變得更平了(Le)，即截(Jie)面高度略有減小[Xiao]。這[Zhe]也是O型密封圈[Quan]壓縮應力松弛的一種表現。

O型圈截(Jie)面變形的程(Cheng)度，還取決于[Yu]O型圈[Quan]材質的硬度。在拉伸量相同的情(Qing)況下，硬[Ying]度大的O型圈，其截(Jie)面(Mian)高度也減小較[Jiao]多，從(Cong)這一點看，應該按照[Zhao]使用條[Tiao]件盡量選用低硬度的(De)材(Cai)質。在液[Ye]體壓(Ya)力和張力的作[Zuo]用下，橡膠材料[Liao]的O型密封圈也(Ye)會逐漸(Jian)發生塑性變形，其截面(Mian)高度會相應[Ying]減小，以(Yi)緻最後失去密封能力。

2).溫[Wen]度(Du)與O型圈馳張[Zhang]過程的關系

使[Shi]用溫度是影[Ying]響O型圈永久(Jiu)變形的另一個重要[Yao]因素。高溫會加速[Su]橡膠材料的老化。工作溫度越高[Gao]，O型圈的壓(Ya)縮永久[Jiu]變形就[Jiu]越大。當永久變[Bian]形(Xing)大于40%時[Shi]，O型圈就失去了密封能力而發(Fa)生洩漏。因壓縮變形(Xing)而在O型圈的橡[Xiang]膠(Jiao)材料中形成的初始應(Ying)力值(Zhi)，将随着O型圈的馳張過程和溫度下(Xia)降的作用(Yong)而逐漸降低以緻消失。

溫度在零下工[Gong]作(Zuo)的O型圈，其初(Chu)始壓縮[Suo]可能由于溫度的急劇降低而減小或完全[Quan]消失。在-50~-60℃情況下，不耐低溫(Wen)的橡膠材料[Liao]會完全喪失初始應(Ying)力;即(Ji)使耐低溫的(De)橡膠材料，此[Ci]時的(De)初始應力也不會大[Da]于20℃時初始應力的25%。這是因[Yin]為O型圈的初(Chu)始壓縮量取(Qu)決于線脹系數。所以，選取初始壓縮量時，就必須保[Bao]證(Zheng)在[Zai]由于馳張過程和溫度下降而造[Zao]成應力下降後仍[Reng]有足夠的密封能(Neng)力[Li]。溫度在零下工作的O型圈,應特(Te)别注意橡膠材(Cai)料的[De]恢複指數和變形指數。

綜上所述，在設(She)計(Ji)上應盡量保證[Zheng]O型圈具有适宜的工作溫度，或(Huo)選[Xuan]用耐高、低溫[Wen]的O型[Xing]圈材料，以延長[Zhang]使用壽命(Ming)。

3).介質工作壓力與永久變形(Xing)

工作介質的壓力(Li)是引起O型圈[Quan]永(Yong)久[Jiu]變形的[De]主要(Yao)因素。現(Xian)代液壓[Ya]設備的工作壓力[Li]正[Zheng]日益提高[Gao]。長時間的高壓作用會使O型圈[Quan]發生永久變形。因此[Ci]，設計時應根據工作(Zuo)壓力(Li)選用适當的[De]耐(Nai)壓橡膠材料。工[Gong]作壓力[Li]越高，所用材料的[De]硬度和(He)耐高壓性能[Neng]也(Ye)應越高。

為了改善O型圈[Quan]材料的耐壓[Ya]性能，增加材[Cai]料的彈性(特别是增加材料在低溫下的彈性)、降低(Di)材料的壓縮永久變形，一[Yi]般需要改進材料的配方[Fang]，加入增塑[Su]劑。但是，具有增[Zeng]塑劑(Ji)的O密封形圈，長時間在工作介質[Zhi]中浸泡，增塑[Su]劑會逐漸被工作介質吸收，導緻O型密封(Feng)圈體積收縮，甚(Shen)至可能使O型密封圈(Quan)産生負壓縮(即在O型密封圈和被密[Mi]封(Feng)件的表面之間出現間(Jian)隙(Xi))。因此，在計算O型密封圈壓縮量和進行(Hang)模具設計時，應充分(Fen)考慮到這些收縮量。應使壓制(Zhi)出的O型密封圈[Quan]在工作介質中(Zhong)浸泡5~10晝夜後仍能保持必要的尺寸。

O型圈材料(Liao)的[De]壓縮永久變[Bian]形率(Lü)與溫度有關。當(Dang)變形率在40%或更大時，即會出(Chu)現洩漏，所以[Yi]幾種膠料的[De]耐熱性界限為:丁腈橡膠70℃，三(San)元乙(Yi)丙橡(Xiang)膠100℃，氟橡膠140℃。因(Yin)此各國對O型(Xing)圈的(De)永久[Jiu]變形作了規定。中[Zhong]國[Guo]标準橡膠材料(Liao)的O型圈在不同溫度下的尺寸(Cun)變化[Hua]見表。同一[Yi]材料的O型圈，在同一溫(Wen)度[Du]下，截(Jie)面直[Zhi]徑大的O型[Xing]圈壓縮永久變[Bian]形率較低。

在(Zai)油中[Zhong]的情況就不同了[Le]。由于此時O型圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應大為(Wei)減少。加之(Zhi)又通[Tong]常會引起[Qi]膠料有一定的膨脹，所以(Yi)因溫度引起的壓縮永[Yong]久變形率将[Jiang]被抵消。因此[Ci]，在油中[Zhong]的耐熱性大為[Wei]提高。以丁腈橡膠為例，它[Ta]的工作溫度可(Ke)達120℃或更高。

2、間(Jian)隙咬傷

被密[Mi]封的零件存在着幾何精度(包括圓度(Du)、橢圓度、圓柱度、同軸度(Du)等)不良、零件之[Zhi]間不(Bu)同心[Xin]以及高(Gao)壓下内[Nei]徑脹大等現象[Xiang]，都會引起[Qi]密封間隙的擴(Kuo)大和[He]間隙[Xi]擠出現象的[De]加劇。O型圈的(De)硬度對間隙擠出現象也有明顯的影響(Xiang)。液體或氣體的壓力(Li)越高，O型圈材料(Liao)硬度越小，則O型(Xing)圈的間隙擠出(Chu)現象越嚴重。

防止間隙咬傷的措(Cuo)施是，對O型密封圈的硬度[Du]和密封間隙[Xi]加以[Yi]嚴格的控制。選用硬度合适的密(Mi)封(Feng)材料控制[Zhi]間隙。常用的O型圈的(De)硬度(Du)範圍是HS60~90。低硬度者用于低[Di]壓，高硬度[Du]者(Zhe)用于高壓。配(Pei)用适當的密封圈保護擋(Dang)圈，是防止O型圈被擠(Ji)入間隙的有效方法。

3、扭曲現象(Xiang)

扭曲是指(Zhi)O型圈[Quan]沿周向發生扭[Niu]轉的現象，扭曲[Qu]現象[Xiang]一般發生在(Zai)動密(Mi)封[Feng]狀态(Tai)。

O型圈如果裝配(Pei)的妥善，并且使用條件适當，一般不大容易在往複在往複運[Yun]動狀态下産生滾動(Dong)或扭曲，因為O型圈與溝槽的接觸面積大于在滑動表面[Mian]上的摩擦接觸面積，而且O型圈本身的(De)抗拒能[Neng]力原來就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趨(Qu)向[Xiang]保持O型圈在其[Qi]溝槽中[Zhong]靜止不動，因為靜摩擦大于(Yu)滑動(Dong)摩擦，而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑動表面的粗糙度。

引起[Qi]扭曲損傷的原因很多，其中最[Zui]主要的是由于活塞、活(Huo)塞杆和缸筒[Tong]的間隙不均勻、偏心過[Guo]大(Da)、O型圈(Quan)斷面直[Zhi]徑不均勻等[Deng]造成(Cheng)，由于造(Zao)成O型圈在一(Yi)周多受的摩[Mo]擦力不均勻[Yun]，O型圈的某(Mou)些(Xie)部分摩擦過大，發(Fa)生扭曲(Qu)。通常，斷(Duan)面尺寸較小的O型(Xing)圈，容易産生[Sheng]摩擦不均勻[Yun]造成扭曲[Qu](運動用(Yong)O型圈比固定用[Yong]O型圈的斷面[Mian]直(Zhi)徑(Jing)大就是這個(Ge)道理)。

另外，由于密封溝槽存在着同軸度偏差[Cha]，密封高度不相(Xiang)等以及O型圈截面直徑不均勻等現象，可(Ke)能使得O型圈(Quan)的一部分壓縮過大，另一部分過小或[Huo]不受壓[Ya]縮(Suo)。當[Dang]溝槽存在偏心即(Ji)同軸偏差大于(Yu)O型圈(Quan)的壓縮量[Liang]時，密封會完全失效。密封溝槽同軸[Zhou]度偏差大的另一個害處是使O型密(Mi)封圈沿圓周壓縮不(Bu)均。

此外還有[You]由于O型圈截[Jie]面直徑、材質硬(Ying)度、潤滑油[You]膜厚度等(Deng)的不均[Jun]以及密[Mi]封軸表面粗糙度等因素[Su]的(De)影[Ying]響，導緻O型圈的(De)一部分沿工作表面滑動，另一部分(Fen)則發(Fa)生滾動，從而造成O型[Xing]圈的扭曲。運動用O型[Xing]圈很容易因扭曲而損壞，這是密封裝置發生損壞[Huai]和洩[Xie]漏的重要原因。因此提高密封溝槽的加工精密度以及減小[Xiao]偏心是保證O型[Xing]圈具有可靠的密封性和壽命的(De)重要因素。

安裝密封圈不(Bu)應是它處于[Yu]扭曲狀态。假如在安裝時[Shi]就被扭曲(Qu)，則扭(Niu)曲損傷就會[Hui]很快發生。在工作中，扭曲現象會将[Jiang]O型圈切斷，産生大量漏油，而且切[Qie]斷的(De)O型圈會混到液(Ye)壓系統的其他[Ta]部(Bu)位，造成重大事故[Gu]。

為了防止O型[Xing]圈的[De]扭曲損(Sun)傷，在設計時應注意以下幾點：

1).O型圈安裝溝槽的同心度大小[Xiao]，應從加工方便和不産生扭曲現象兩個(Ge)方面[Mian]來考慮。

2).O型圈斷面尺寸應均勻，并且在每次安[An]裝時都應在密封部位充分塗抹潤滑油或潤滑脂。有時也可(Ke)以采用浸(Jin)透潤(Run)滑油的氈圈式[Shi]加油裝置。

3).加大[Da]O型圈的截面直徑(Jing)，動密封(Feng)用O型(Xing)密封(Feng)圈的截面直徑一般應大于靜(Jing)密封[Feng]用O型[Xing]圈;此外，O型圈應避免用作大直[Zhi]徑活塞的密封(Feng)。

4).在[Zai]低壓下也産生扭曲損傷時，可使用(Yong)密封圈保護擋圈。

5).降低[Di]缸[Gang]筒和活塞[Sai]杆的表面粗糙度。

6).采用低摩(Mo)擦系數的材[Cai]料制作[Zuo]O型密(Mi)封圈。

7).可用(Yong)不易産(Chan)生扭曲現象的密[Mi]封圈代替O型圈。

4、磨粒磨損現象

當密(Mi)封的[De]間隙具有[You]相[Xiang]對運動時，工(Gong)作環境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞杆表面，并随着活[Huo]塞杆的往複運[Yun]動與油膜一(Yi)起(Qi)被[Bei]帶入缸内，成[Cheng]為侵入(Ru)O型密封[Feng]圈表面[Mian]的磨粒(Li)，加[Jia]速[Su]O型圈的磨損，以緻其失去密封性。為了避[Bi]免這種情況發生，在[Zai]往複運動式[Shi]密封裝置的[De]外伸軸端處(Chu)必(Bi)須使用防塵圈。

5、滑動表面對O型圈的影響

滑動表面的粗糙度(Du)是影響O型圈表面摩(Mo)擦與磨損[Sun]的直接因素。一般地[Di]說，表[Biao]面光[Guang]潔(Jie)摩擦與磨損就小，所以滑動[Dong]表面的粗糙度數值往往很低[Di](Ra0.2~0.050μm)。但是，試驗表明，表[Biao]面[Mian]粗糙過低(Di)(Ra低于0.050μm)又會(Hui)給摩擦與磨損帶來(Lai)不利的影響。這[Zhe]是因為微小的[De]表面凹凸不平[Ping]，可以保持必要(Yao)的潤滑油膜。因此要[Yao]選擇适當(Dang)的表面要求。

滑動表面的材質(Zhi)對O型圈的壽(Shou)命也有影響。滑動表面材質的硬度越大、耐磨性越高、保持光潔[Jie]的能力就越(Yue)強(Qiang)，O型圈的壽(Shou)命也就越長。這也是[Shi]液壓缸活塞杆表面鍍鉻的重[Zhong]要原因。同理可以解釋具(Ju)有同樣粗糙[Cao]度的用銅、鋁(Lü)合金制成(Cheng)的滑動表面比鋼制滑動表面對密[Mi]封圈的摩擦與(Yu)磨[Mo]損更為[Wei]嚴重，低硬(Ying)度、大壓縮量的密封[Feng]圈不如高硬(Ying)度(Du)、小壓縮量(Liang)的密封圈耐[Nai]用(Yong)的情況。

6、摩擦力與O型圈的應(Ying)用

在動密封裝置[Zhi]中，摩擦與磨損(Sun)是O型圈損壞(Huai)的重要(Yao)影響因素。磨損程[Cheng]度主要取決[Jue]于摩擦力的(De)大(Da)小。當液體壓力(Li)微小時，O型[Xing]圈摩擦力的大小取決于它的預壓縮量。當工作液[Ye]體[Ti]承受壓力時，摩擦[Ca]力随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(Si)地呈[Cheng]線形關系(Xi)。壓力大于20MPa時，随着壓力的增加，O型圈(Quan)與金屬(Shu)表面接觸面積的(De)增加也逐漸緩慢，摩擦力[Li]的增加也[Ye]相(Xiang)應緩慢。在正常情況下，O型圈的使(Shi)用壽命随(Sui)着液體[Ti]壓力的升高将會近似的呈平方關[Guan]系(Xi)而減小。

摩擦(Ca)力[Li]的增加，使得旋(Xuan)轉或往複運動的軸[Zhou]與O型密封圈(Quan)之間(Jian)産生大(Da)量的摩擦(Ca)熱。由于多[Duo]數O型圈[Quan]都是用橡[Xiang]膠制成[Cheng]的，導(Dao)熱性極差。因此，摩擦熱就(Jiu)會引[Yin]起橡膠的老化，導緻(Zhi)O型圈實效，破壞其密封性能。摩擦還會引起O型圈表[Biao]面損傷，使壓縮(Suo)量減小。嚴重的摩擦會很快引起O型圈(Quan)的表面(Mian)損壞，失去密封性。作氣動往[Wang]複運動用密封時(Shi)，摩擦熱還會引起[Qi]粘(Zhan)着，造(Zao)成摩[Mo]擦力(Li)進一步增(Zeng)加。

運動用密封在低速運(Yun)動時，摩擦阻力還是引起爬行的一[Yi]個[Ge]因素，影響元件和系統的工作性(Xing)能。所[Suo]以對運動密封來說，摩擦性是重要[Yao]性(Xing)能之一。摩[Mo]擦(Ca)系數是摩擦特(Te)性的一個[Ge]評價[Jia]指(Zhi)标，合(He)成橡膠(Jiao)摩擦[Ca]系數較大，由于密封在運[Yun]動狀态時，通常處于工作油(You)液或潤滑劑參與[Yu]的混合潤滑狀态(Tai)，摩擦系數一[Yi]般在0.1以下。摩[Mo]擦力的大小在很大程度上取決[Jue]于被(Bei)密封件的[De]表面硬度與表[Biao]面粗糙度。

7、焦耳熱效應

橡膠材料的焦(Jiao)耳熱效[Xiao]應，是指處于拉伸狀态的橡膠[Jiao]遇熱産生收縮的現象。在(Zai)安裝(Zhuang)O型圈時，為了使[Shi]它[Ta]在[Zai]密封溝槽(Cao)内[Nei]不産生竄動[Dong]，在用作往複運(Yun)動密封時，不産生扭曲現象(Xiang)，一般使[Shi]它處于某種程度的拉伸狀态。但如果(Guo)将這種(Zhong)安裝(Zhuang)方法[Fa]用于旋轉運動，就會[Hui]産生不良的結果。本來已(Yi)經緊箍在旋轉(Zhuan)軸上的O形密封圈，因旋轉運動[Dong]産生(Sheng)的摩擦熱[Re]而(Er)收縮(Suo)，進而使這種緊箍(Gu)力[Li]增大，這樣，産生[Sheng]摩擦熱→收縮→緊箍(Gu)力增(Zeng)大→産生摩擦熱→……，如此反複循環，就大大(Da)地(Di)促進了[Le]橡[Xiang]膠的老化和磨損。