o型圈設計、使用不當會(huì)加速(sù)它的(de)損壞(huài)，喪(sàng)失(shī)密封性能(néng)。實驗表明，如密(mì)封裝(zhuāng)置各部分設計合理，單純(chún)地提(tí)高(gāo)壓(yā)力，并(bìng)不會造成(chéng)o型圈的破(pò)壞(huài)。在高壓(yā)、高溫(wēn)的工(gōng)作條件下，o型(xíng)圈破壞(huài)的主(zhǔ)要原因是(shì)o型(xíng)圈材料的永(yǒng)久變(biàn)形和o型圈(quān)被擠(jǐ)入(rù)密(mì)封間(jiān)隙而引起(qǐ)的間(jiān)隙咬(yǎo)傷一級o型圈在運動(dòng)時出(chū)現扭曲現象。

1、永久變形(xíng)

由(yóu)于o型(xíng)圈密封圈用的(de)合成橡膠材料(liào)是屬于粘彈性(xìng)材料，所以(yǐ)初期(qī)設定的壓緊量和回彈堵(dǔ)塞能(néng)力經(jīng)長時間的(de)使用(yòng)，會産生永(yǒng)久變形而逐漸(jiàn)喪失，最終(zhōng)發生(shēng)洩漏。永久變形(xíng)和彈(dàn)力(lì)消失是(shì)o型(xíng)圈失(shī)去密封(fēng)性能的主(zhǔ)要(yào)原(yuán)因，以下是(shì)造成(chéng)永久變(biàn)形的主(zhǔ)要原(yuán)因。

1).壓縮率(lǜ)和拉伸量(liàng)與永(yǒng)久變形的關系(xì)

制作o型圈(quān)所用(yòng)的各(gè)種配方的(de)橡膠，在壓(yā)縮狀态下(xià)都會産生(shēng)壓縮(suō)應力(lì)松弛(chí)現象，此(cǐ)時(shí)，壓縮(suō)應力随着(zhe)時間的增長而減小(xiǎo)。使(shǐ)用時間越長(zhǎng)、壓縮(suō)率和拉伸(shēn)量越大(dà)，則(zé)由橡(xiàng)膠應力松弛而産生的應力下降就越大，以緻(zhì)o型圈彈性(xìng)不(bú)足，失去密封(fēng)能力(lì)。因此(cǐ)，在允(yǔn)許的使用(yòng)條件下，設(shè)法降低壓縮率(lǜ)是可(kě)取的。增加(jiā)o型圈的截面尺(chǐ)寸是降低壓縮(suō)率最(zuì)簡單的方法，不過這會帶(dài)來結構(gòu)尺寸的(de)增加。

應該(gāi)注意(yì)，人們在計(jì)算壓(yā)縮率時，往往忽(hū)略了(le)o型(xíng)圈(quān)在裝(zhuāng)配時受拉伸(shēn)而引起的截面高(gāo)度的減(jiǎn)小。o型圈(quān)截面(miàn)面積的變(biàn)化是(shì)與其周長(zhǎng)的變化(huà)成(chéng)反(fǎn)比(bǐ)的。同(tóng)時，由(yóu)于拉(lā)力的(de)作用，o型圈的截(jié)面形狀也(yě)會發(fā)生變(biàn)化，就(jiù)表現為(wéi)其高度(dù)的減小(xiǎo)。此外，在表面(miàn)張(zhāng)力(lì)作用(yòng)下，o型(xíng)圈的外表面變(biàn)得更平了(le)，即截(jié)面高度略(luè)有減(jiǎn)小。這也是(shì)o型密封圈壓縮(suō)應力(lì)松弛(chí)的一(yī)種(zhǒng)表現。

o型圈截面變(biàn)形的程(chéng)度(dù)，還取決于o型圈材質的硬度。在(zài)拉伸量相(xiàng)同的(de)情況(kuàng)下，硬度大(dà)的o型圈，其截面高度(dù)也減小較(jiào)多，從這(zhè)一點看(kàn)，應該(gāi)按照使用(yòng)條件盡量(liàng)選用(yòng)低硬度的材質(zhì)。在液體壓(yā)力和(hé)張力的作用下(xià)，橡膠(jiāo)材料(liào)的o型密封圈也會逐(zhú)漸發生塑(sù)性(xìng)變形，其截面(miàn)高度(dù)會相應減(jiǎn)小，以(yǐ)緻最後失去密(mì)封能力。

2).溫度與(yǔ)o型圈馳張過程的關系(xì)

使用溫(wēn)度是影(yǐng)響o型圈永久變形的另(lìng)一個重要(yào)因素(sù)。高溫會加速橡膠材料的(de)老化(huà)。工作溫度越高(gāo)，o型圈的壓(yā)縮永(yǒng)久變形(xíng)就越大(dà)。當永(yǒng)久(jiǔ)變形大(dà)于40%時，o型圈就失(shī)去了密封能力(lì)而發(fā)生洩(xiè)漏。因壓縮(suō)變形而在(zài)o型圈的橡膠材料中形成(chéng)的初(chū)始應力(lì)值，将随(suí)着o型(xíng)圈(quān)的(de)馳張(zhāng)過程和溫度下(xià)降的(de)作用而逐(zhú)漸降(jiàng)低以(yǐ)緻消(xiāo)失。

溫(wēn)度在零下(xià)工作(zuò)的o型(xíng)圈，其初(chū)始(shǐ)壓(yā)縮可能(néng)由于溫度的(de)急(jí)劇降(jiàng)低而減小(xiǎo)或完全(quán)消失。在(zài)-50~-60℃情況(kuàng)下，不(bú)耐低(dī)溫(wēn)的橡(xiàng)膠(jiāo)材料會完全(quán)喪(sàng)失初(chū)始應(yīng)力;即使耐(nài)低溫的橡膠材(cái)料，此時的初始(shǐ)應(yīng)力也(yě)不會大(dà)于20℃時初(chū)始應力的25%。這(zhè)是因(yīn)為o型圈的初(chū)始(shǐ)壓縮量取(qǔ)決于線脹系數。所以，選取初始壓縮量(liàng)時(shí)，就必須保證在由于(yú)馳張過程(chéng)和溫(wēn)度下降而造成(chéng)應力下降(jiàng)後仍有足夠的(de)密封能(néng)力。溫度在零下工作的o型圈(quān),應特别注意橡膠材(cái)料的恢複指(zhǐ)數(shù)和(hé)變(biàn)形指數。

綜(zōng)上所述，在(zài)設計上應(yīng)盡量保證o型圈具有适宜的工(gōng)作溫度，或(huò)選(xuǎn)用(yòng)耐高、低溫的o型(xíng)圈材料(liào)，以延長使用(yòng)壽命。

3).介質工作壓力(lì)與永久變(biàn)形

工作介質的壓力(lì)是引起o型(xíng)圈永久變形的主(zhǔ)要因素。現代液壓設備(bèi)的工作壓(yā)力正日益提高。長時間的高壓(yā)作用會使o型(xíng)圈發生永久變形(xíng)。因此(cǐ)，設計(jì)時應根(gēn)據工作壓(yā)力(lì)選用适當的耐壓橡(xiàng)膠材(cái)料。工作壓(yā)力越高，所用材(cái)料的硬度和(hé)耐(nài)高壓性能也應越高(gāo)。

為了改善(shàn)o型圈(quān)材料的耐(nài)壓性能，增(zēng)加材(cái)料的彈性(xìng)(特别(bié)是增(zēng)加(jiā)材料在(zài)低溫下的彈性(xìng))、降低材料的壓縮(suō)永久變形，一(yī)般需要改(gǎi)進(jìn)材(cái)料的(de)配(pèi)方，加入(rù)增塑劑。但是，具(jù)有增(zēng)塑(sù)劑的o密(mì)封形(xíng)圈，長時間(jiān)在工作介質中(zhōng)浸泡(pào)，增塑(sù)劑會(huì)逐漸被(bèi)工作介(jiè)質吸收，導(dǎo)緻o型(xíng)密封圈體積收(shōu)縮，甚至(zhì)可能(néng)使(shǐ)o型密封(fēng)圈(quān)産生負壓縮(suō)(即(jí)在o型(xíng)密封(fēng)圈(quān)和被密封(fēng)件的表(biǎo)面之(zhī)間出(chū)現間隙)。因(yīn)此，在計算(suàn)o型密封圈壓縮量和進行(háng)模(mó)具設計(jì)時，應(yīng)充分考慮(lǜ)到這(zhè)些收縮量。應使壓制(zhì)出的(de)o型密封圈在工(gōng)作介(jiè)質中浸泡(pào)5~10晝夜後(hòu)仍能保持必要的(de)尺寸(cùn)。

o型圈材料的壓(yā)縮永久變(biàn)形率(lǜ)與溫(wēn)度有關。當變(biàn)形率在(zài)40%或更(gèng)大時(shí)，即(jí)會出現洩漏，所(suǒ)以幾種(zhǒng)膠料的(de)耐熱性界限(xiàn)為:丁腈橡(xiàng)膠70℃，三元乙丙橡膠100℃，氟橡膠140℃。因(yīn)此各國對o型(xíng)圈的(de)永久變形作了(le)規定(dìng)。中國(guó)标準(zhǔn)橡膠(jiāo)材料的o型(xíng)圈在不同(tóng)溫度(dù)下的尺寸變化(huà)見表。同一材料(liào)的o型圈，在同一溫(wēn)度下，截(jié)面直(zhí)徑大(dà)的o型圈壓(yā)縮永久(jiǔ)變形率(lǜ)較低(dī)。

在油中的(de)情況(kuàng)就不同了(le)。由于此時o型圈(quān)不與氧(yǎng)氣接觸(chù)，所以上述不良反應大(dà)為(wéi)減少。加之(zhī)又(yòu)通常會(huì)引(yǐn)起(qǐ)膠(jiāo)料有一定的(de)膨(péng)脹，所以因溫度引起的壓縮永久變形(xíng)率将被抵消。因(yīn)此，在(zài)油中的耐(nài)熱性(xìng)大為提高(gāo)。以丁腈橡(xiàng)膠為(wéi)例，它的工(gōng)作溫(wēn)度可(kě)達(dá)120℃或(huò)更高。

2、間隙咬傷

被密(mì)封的零件存(cún)在(zài)着幾何精(jīng)度(包(bāo)括圓(yuán)度、橢圓度(dù)、圓柱(zhù)度、同(tóng)軸度等)不(bú)良、零件之(zhī)間不同心(xīn)以及(jí)高壓下内(nèi)徑脹(zhàng)大等現象(xiàng)，都會(huì)引起(qǐ)密封間隙(xì)的擴大和間隙(xì)擠出現象的加劇。o型圈的(de)硬度(dù)對間隙擠(jǐ)出現(xiàn)象也(yě)有明顯的影響。液體或氣(qì)體的壓力越高，o型圈材料硬度(dù)越小，則(zé)o型(xíng)圈的間隙(xì)擠出(chū)現象(xiàng)越嚴(yán)重。

防止間(jiān)隙咬傷的措(cuò)施(shī)是，對(duì)o型密(mì)封圈的硬度和密封(fēng)間隙加以(yǐ)嚴格(gé)的(de)控(kòng)制。選用硬(yìng)度合适的(de)密(mì)封材料控制間隙(xì)。常用的o型圈的硬度(dù)範圍是hs60~90。低(dī)硬度者用于低(dī)壓，高(gāo)硬度者用(yòng)于高壓。配(pèi)用适(shì)當的(de)密(mì)封圈保(bǎo)護擋圈(quān)，是(shì)防止(zhǐ)o型(xíng)圈(quān)被擠入間(jiān)隙的有效方法。

3、扭曲(qǔ)現(xiàn)象

扭曲(qǔ)是指o型(xíng)圈(quān)沿周(zhōu)向發(fā)生扭轉的現(xiàn)象，扭曲現象(xiàng)一般發(fā)生在動(dòng)密封狀态(tài)。

o型圈(quān)如果(guǒ)裝配的妥善，并且使用條(tiáo)件适當，一般不(bú)大容易在(zài)往複(fú)在往複運動狀(zhuàng)态下産(chǎn)生(shēng)滾動或扭曲，因為o型(xíng)圈與溝槽的接觸面積大于在(zài)滑動表面(miàn)上的摩擦(cā)接觸面積(jī)，而且(qiě)o型圈本身(shēn)的抗(kàng)拒能力原(yuán)來就(jiù)能阻(zǔ)止(zhǐ)扭曲。摩擦力(lì)的分(fèn)布也趨(qū)向保持(chí)o型圈(quān)在其溝槽(cáo)中靜止不(bú)動，因(yīn)為靜摩擦大于(yú)滑動摩(mó)擦(cā)，而且(qiě)溝槽(cáo)表(biǎo)面的粗(cū)糙度一(yī)般不如滑動表面的粗(cū)糙度。

引起扭曲(qǔ)損傷(shāng)的(de)原因很多，其中最主要(yào)的是(shì)由(yóu)于(yú)活塞、活(huó)塞杆和缸筒(tǒng)的間(jiān)隙不均勻(yún)、偏心過大、o型圈(quān)斷面直徑(jìng)不均(jun1)勻等造成(chéng)，由于(yú)造成o型圈(quān)在一(yī)周多受的摩(mó)擦(cā)力不均勻(yún)，o型圈的某些部(bù)分摩(mó)擦過(guò)大(dà)，發(fā)生扭(niǔ)曲。通(tōng)常(cháng)，斷面尺(chǐ)寸較(jiào)小(xiǎo)的o型(xíng)圈(quān)，容易産生摩擦(cā)不均(jun1)勻造成扭(niǔ)曲(運動用(yòng)o型圈(quān)比固(gù)定用o型圈(quān)的斷面(miàn)直徑大(dà)就是(shì)這(zhè)個(gè)道理(lǐ))。

另外，由于密封溝槽(cáo)存(cún)在着同(tóng)軸度偏差(chà)，密封(fēng)高度(dù)不相等以(yǐ)及o型圈截面直(zhí)徑不均勻等現(xiàn)象，可能(néng)使得o型圈(quān)的一部分壓(yā)縮過大，另一部(bù)分過小(xiǎo)或(huò)不受(shòu)壓縮(suō)。當(dāng)溝槽存(cún)在偏心即同軸(zhóu)偏差大(dà)于o型圈(quān)的壓(yā)縮量時，密(mì)封會完全失效。密封溝槽同軸(zhóu)度偏差大的另一個害處(chù)是使(shǐ)o型密封圈沿圓(yuán)周壓縮不均。

此外還有由于o型(xíng)圈截(jié)面直徑、材(cái)質硬(yìng)度、潤滑油(yóu)膜厚(hòu)度等(děng)的不(bú)均以及密(mì)封軸(zhóu)表面粗糙度等(děng)因素的影(yǐng)響，導(dǎo)緻o型圈的一部(bù)分沿工作表面(miàn)滑動，另一部分(fèn)則發生滾動，從(cóng)而造(zào)成o型圈的扭曲(qǔ)。運動(dòng)用o型(xíng)圈很容易(yì)因扭(niǔ)曲而損壞(huài)，這是密封裝(zhuāng)置發生(shēng)損壞和洩(xiè)漏的(de)重要原因(yīn)。因此(cǐ)提高密封(fēng)溝槽(cáo)的加工(gōng)精密度(dù)以及減小偏心(xīn)是保(bǎo)證(zhèng)o型圈具有(yǒu)可靠的(de)密封(fēng)性和壽命的重(zhòng)要因素。

安裝密(mì)封圈(quān)不應是它(tā)處于(yú)扭曲狀态(tài)。假如(rú)在安(ān)裝時(shí)就被扭(niǔ)曲(qǔ)，則(zé)扭(niǔ)曲損(sǔn)傷就會很快發(fā)生。在工作(zuò)中，扭(niǔ)曲現象會(huì)将(jiāng)o型圈切(qiē)斷，産(chǎn)生大(dà)量漏油，而(ér)且切(qiē)斷的(de)o型圈會混到液(yè)壓系(xì)統的其他部位(wèi)，造成(chéng)重大事故(gù)。

為了防止o型圈的扭曲損(sǔn)傷，在(zài)設計時應注意以下(xià)幾點：

1).o型圈(quān)安裝(zhuāng)溝(gōu)槽(cáo)的同(tóng)心度大小，應從加工方便(biàn)和不(bú)産生扭曲(qǔ)現象(xiàng)兩個方(fāng)面(miàn)來考(kǎo)慮。

2).o型(xíng)圈斷面尺(chǐ)寸應均勻，并且(qiě)在每(měi)次安裝時(shí)都應在密封部(bù)位充(chōng)分塗抹潤滑油或潤(rùn)滑脂(zhī)。有時(shí)也可以采(cǎi)用浸透潤(rùn)滑油(yóu)的氈(zhān)圈式加油(yóu)裝置(zhì)。

3).加大o型圈的截面直徑，動(dòng)密封用(yòng)o型密(mì)封(fēng)圈的截(jié)面直徑(jìng)一般應(yīng)大(dà)于靜(jìng)密封(fēng)用o型圈;此(cǐ)外，o型圈(quān)應(yīng)避免(miǎn)用作大(dà)直(zhí)徑活(huó)塞的密(mì)封(fēng)。

4).在低(dī)壓下(xià)也産生扭曲損(sǔn)傷時，可使用密封圈保護(hù)擋圈。

5).降低(dī)缸筒和活塞杆的表(biǎo)面粗糙度。

6).采用(yòng)低摩(mó)擦(cā)系數的(de)材料制作o型密封圈。

7).可用不易(yì)産生(shēng)扭曲(qǔ)現象(xiàng)的密(mì)封圈代替o型圈。

4、磨(mó)粒(lì)磨損(sǔn)現(xiàn)象

當密封的(de)間隙具有相對(duì)運動時，工作環(huán)境中的灰(huī)塵和(hé)沙粒(lì)等被(bèi)粘附(fù)在活塞杆表面(miàn)，并随着活塞(sāi)杆(gǎn)的往複運動與(yǔ)油膜一起被帶(dài)入缸内，成(chéng)為侵入o型密封圈表(biǎo)面的磨粒，加速o型圈(quān)的磨(mó)損，以(yǐ)緻其失(shī)去密封性。為(wéi)了避免這種情況發生，在往複(fú)運動式(shì)密封裝置的外伸軸端處(chù)必須使(shǐ)用防塵(chén)圈(quān)。

5、滑動(dòng)表(biǎo)面對(duì)o型圈的(de)影響

滑動表(biǎo)面(miàn)的粗糙度(dù)是影(yǐng)響o型圈表面摩(mó)擦與磨損的直(zhí)接因(yīn)素。一般地(dì)說，表面光潔摩擦與磨損(sǔn)就小，所以滑(huá)動表面(miàn)的粗(cū)糙度(dù)數值(zhí)往往很低(ra0.2~0.050μm)。但是(shì)，試驗表明(míng)，表(biǎo)面(miàn)粗糙過低(ra低于(yú)0.050μm)又會給(gěi)摩擦與(yǔ)磨損(sǔn)帶來不利的(de)影響。這是因(yīn)為微小的表面凹凸(tū)不平(píng)，可以(yǐ)保持必(bì)要的潤(rùn)滑油(yóu)膜。因此要(yào)選擇(zé)适當的表(biǎo)面要(yào)求。

滑(huá)動表面的(de)材質對o型圈的壽命也有(yǒu)影響(xiǎng)。滑(huá)動表面(miàn)材(cái)質的硬度越(yuè)大、耐(nài)磨性越高(gāo)、保持光(guāng)潔(jié)的能力就越(yuè)強，o型圈的壽命也就越(yuè)長。這(zhè)也是(shì)液壓(yā)缸活塞杆表面鍍鉻(gè)的重要原因。同理可以解(jiě)釋具(jù)有(yǒu)同樣粗(cū)糙度的用銅、鋁(lǚ)合金(jīn)制(zhì)成的滑(huá)動表面比鋼制(zhì)滑動(dòng)表(biǎo)面(miàn)對密(mì)封圈(quān)的摩擦與磨損(sǔn)更為嚴重(zhòng)，低硬(yìng)度、大(dà)壓縮量的(de)密封(fēng)圈不(bú)如高硬(yìng)度(dù)、小壓縮量(liàng)的(de)密(mì)封圈(quān)耐(nài)用的情(qíng)況。

6、摩(mó)擦力(lì)與o型圈的應用

在動密封(fēng)裝置中，摩(mó)擦與磨損(sǔn)是o型(xíng)圈損壞的重(zhòng)要影響(xiǎng)因素。磨損程(chéng)度主要(yào)取決于摩(mó)擦力的(de)大(dà)小。當(dāng)液體(tǐ)壓(yā)力微小(xiǎo)時，o型圈(quān)摩擦力(lì)的大(dà)小取決于它的預壓縮量(liàng)。當工作液體承(chéng)受壓力時(shí)，摩擦力随(suí)之工作壓(yā)力的增加而增(zēng)大。在工作壓力(lì)小于(yú)20mpa的情況下(xià)，近似(sì)地呈線形(xíng)關(guān)系(xì)。壓力(lì)大于(yú)20mpa時，随着壓力的(de)增加，o型圈(quān)與金屬表(biǎo)面接觸面(miàn)積的(de)增加(jiā)也逐(zhú)漸緩慢(màn)，摩擦力(lì)的增加也相應(yīng)緩慢。在正常情況下，o型圈(quān)的使(shǐ)用壽(shòu)命随着液(yè)體壓力的升高(gāo)将會近似的呈(chéng)平方關系(xì)而減小。

摩擦(cā)力的增加，使(shǐ)得旋轉或(huò)往複運動(dòng)的軸(zhóu)與o型密封圈之(zhī)間産生大(dà)量的(de)摩擦熱。由于多(duō)數o型圈都是用(yòng)橡膠制成的，導(dǎo)熱性極差。因此(cǐ)，摩擦熱就(jiù)會引(yǐn)起橡膠的(de)老化(huà)，導緻(zhì)o型圈(quān)實效，破(pò)壞其密封性(xìng)能。摩擦還(hái)會(huì)引(yǐn)起o型圈表面損(sǔn)傷，使壓縮量減(jiǎn)小。嚴(yán)重(zhòng)的摩擦(cā)會很快(kuài)引(yǐn)起o型(xíng)圈的表面損壞(huài)，失去密封性。作氣動往複運動用密(mì)封時，摩擦(cā)熱還(hái)會引起粘(zhān)着，造成摩(mó)擦力(lì)進一步增加。

運(yùn)動用密封在低(dī)速運(yùn)動時，摩擦(cā)阻(zǔ)力還是引起(qǐ)爬行(háng)的一(yī)個(gè)因(yīn)素，影響元(yuán)件和(hé)系統的(de)工作性(xìng)能。所(suǒ)以(yǐ)對運動密(mì)封(fēng)來說，摩擦(cā)性是重要性能(néng)之一。摩擦系數(shù)是摩擦(cā)特(tè)性的(de)一個(gè)評價指标(biāo)，合成橡膠(jiāo)摩擦(cā)系數較大，由于(yú)密封在運動狀态時，通常處于(yú)工作(zuò)油液或潤滑劑參與的混(hùn)合潤滑(huá)狀态，摩擦系數一般在(zài)0.1以下。摩擦力的大小(xiǎo)在很大程(chéng)度上(shàng)取(qǔ)決(jué)于被密封件(jiàn)的表面(miàn)硬度與表面粗糙度(dù)。

7、焦耳熱效(xiào)應

橡膠材(cái)料的(de)焦耳(ěr)熱效(xiào)應，是(shì)指處于拉伸狀态的橡膠(jiāo)遇熱(rè)産生收(shōu)縮(suō)的現象。在安裝(zhuāng)o型圈時，為了使它在(zài)密封(fēng)溝槽内不(bú)産生(shēng)竄動(dòng)，在用(yòng)作往複(fú)運動密(mì)封時，不産生扭(niǔ)曲現(xiàn)象，一般使(shǐ)它處于某種程(chéng)度的拉伸狀态(tài)。但如果将這種(zhǒng)安裝(zhuāng)方法用于(yú)旋轉運動，就會(huì)産生不良的結(jié)果。本來(lái)已經緊(jǐn)箍在(zài)旋轉軸上(shàng)的o形密(mì)封(fēng)圈，因(yīn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動産生(shēng)的摩擦熱(rè)而收縮，進而使這種(zhǒng)緊箍力增大，這(zhè)樣，産生摩擦熱→收縮→緊箍(gū)力增(zēng)大→産(chǎn)生摩擦熱(rè)→……，如此(cǐ)反(fǎn)複(fú)循環，就大大(dà)地促進(jìn)了橡(xiàng)膠的老化(huà)和磨損(sǔn)。

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