「O型密封圈」O型圈應(yīng)用不同領(lǐng)域的密封原理

　　一、O形密封圈的密封原理

　　O形圈是一種是一種截面為圓形的橡膠圈密封元件，常用截面是圓形。主要材料為合成橡膠，在液壓工程、氣動(dòng)系統(tǒng)中是用的Z多、Z普遍的一種密封件，主要做靜密封及滑動(dòng)密封用。與其他密封件比有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.密封性好，壽命長(zhǎng);單圈就可對(duì)兩個(gè)方向起密封作用;

　　2.對(duì)油液、溫度和壓力的適應(yīng)性好;

　　3.結(jié)構(gòu)尺寸小，裝拆方便,動(dòng)摩擦阻力小;體積小，重量輕，成本低;

　　4.密封部位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便;

　　5.既可做靜密封也可做動(dòng)密封;靜、動(dòng)密封均可使用，用作靜密封時(shí)幾乎沒有泄漏。

　　6.尺寸和溝槽已被標(biāo)準(zhǔn)化，選用和外購(gòu)方便。

　　O形圈缺點(diǎn)：在做動(dòng)密封啟動(dòng)時(shí)，摩擦阻力較大，約為動(dòng)摩擦力的3～4倍，在高壓下易被擠入間隙。

　　二、O形圈使用材料選擇主要考慮以下幾點(diǎn)：

　　1.O形圈的工作狀態(tài)是指O形圈用于靜密封、動(dòng)密封還是滑動(dòng)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(shí)間的長(zhǎng)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(dòng)幅度和頻率以及瞬時(shí)出現(xiàn)的Z大壓力等;

　　5.工作溫度包括瞬時(shí)出現(xiàn)的溫度以及冷熱交替出現(xiàn)的溫度;

　　6.價(jià)格低廉。一般來說耐油用丁腈橡膠，耐臭氧用氯丁橡膠，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(shí)又耐油用共聚氯醇橡膠等。

　　O形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。在用于靜密封和動(dòng)密封時(shí)，密封接觸面接觸壓力產(chǎn)生原因和計(jì)算方法不盡相同，需分別說明。

　　三、用于靜密封時(shí)的密封原理

　　在靜密封中以O(shè)形圈應(yīng)用Z為廣泛。如果設(shè)計(jì)、使用正確，O形密封圈在靜密封中可以實(shí)現(xiàn)無泄漏的密封。

　　O形密封圈裝入密封槽后，其截面承受接觸壓縮應(yīng)力而產(chǎn)生彈性變形。對(duì)接觸面產(chǎn)生一定的初始接觸壓力Po。即使沒有介質(zhì)壓力或者壓力很小，O形密封圈靠自身的彈性力作用而也能實(shí)現(xiàn)密封;當(dāng)容腔內(nèi)充入有壓力的介質(zhì)后，在介質(zhì)壓力的作用下，O形密封圈發(fā)生位移，移向低壓側(cè)，同時(shí)其彈性變形進(jìn)一步加大，填充和封閉間隙δ。此時(shí)，坐用于密封副偶合面的接觸壓力上升為Pm：

　　Pm=Po+Pp

　　式中Pp——經(jīng)O形圈傳給接觸面的接觸壓力(0.1MPa)

　　Pp=K·P

　　K——壓力傳遞系數(shù)，對(duì)于橡膠制O形密封圈K=1;

　　P——被密封液體的壓力(0.1MPa)。

　　從而大大增加了密封效果。由于一般K≥1，所以Pm>P。由此可見，只要O形密封圈存在初始?jí)毫Γ湍軐?shí)現(xiàn)無泄漏的密封。這種靠介質(zhì)本身壓力來改變O形密封圈接觸狀態(tài)，使之實(shí)現(xiàn)密封的性質(zhì)，稱為自封作用。

　　理論上，壓縮變形即使為零，在油壓力下也能密封，但實(shí)際上O形密封圈安裝時(shí)可能會(huì)有偏心。所以，O形圈裝入密封溝槽后，其斷面一般受到7%—30%的壓縮變形。靜密封取較大的壓縮率值，動(dòng)密封取較小的壓縮率值。這是因?yàn)楹铣上鹉z在低溫下要壓縮，所以靜密封O形圈的預(yù)壓縮量應(yīng)考慮補(bǔ)償它的低溫收縮量。

　　四、O形圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)的密封原理

　　在液壓轉(zhuǎn)動(dòng)、氣動(dòng)元件與系統(tǒng)中，往復(fù)動(dòng)密封是一種Z常見的密封要求。動(dòng)力缸活塞與缸體、活塞干預(yù)缸蓋以及各類滑閥上都用到往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封。縫隙由圓柱桿與圓柱孔形成，桿在圓柱孔內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)。密封作用限制流體的軸向泄漏。用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，O形圈的預(yù)密封效果和自密封作用與靜密封一樣，并且由于O形圈自身的彈力，而具有磨損后自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰?。但由于液體介質(zhì)密封時(shí)，由于桿運(yùn)動(dòng)速度、液體的壓力、粘度的作用，情況比靜密封復(fù)雜。

　　當(dāng)液體在壓力作用下，液體分子與金屬表面互相作用，油液中所含的“G性分子”在金屬表面上緊密而整齊的排列，沿滑移面與密封件間形成一個(gè)強(qiáng)固的邊界層油膜，并且對(duì)滑移面產(chǎn)生G大的附著力。該液體薄膜始終存在于密封件與往復(fù)運(yùn)動(dòng)面之間，它亦起一定的密封作用，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)密封面的潤(rùn)滑是非常重要的。但是對(duì)泄漏來講是有害的。但往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸向外拖出時(shí)，軸上的液體薄膜便與軸一起拉出，由于密封件的“擦拭”作用，當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸縮回時(shí)，該液體薄膜便被密封元件阻留在外面。隨著往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程次數(shù)增多，阻留在外面的液體就越多，Z后形成油滴，這就是往復(fù)運(yùn)動(dòng)式密封裝置的泄漏。由于液壓油的粘度隨著溫度的升高而降低，油膜厚度相應(yīng)減小，所以液壓設(shè)備在低溫下啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)開始時(shí)的泄漏較大，隨著運(yùn)動(dòng)過程中因各種損失引起溫度升高，泄漏量有逐漸降低的趨勢(shì)。

　　O形圈作為往復(fù)式密封，結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，可以降低元件價(jià)格。主要用在：

　　1)低壓液壓元件中，一般限于短行程和10MPa左右的中等壓力。

　　2)小直徑、短行程以及中等壓力的液壓滑閥中。

　　3)氣動(dòng)滑閥和氣動(dòng)缸中。

　　4)作為組合式往復(fù)動(dòng)密封裝置中的彈性體。

　　O形圈作為往復(fù)動(dòng)密封Z適合小直徑、短行程、中低壓力的應(yīng)用場(chǎng)合，氣動(dòng)缸、氣動(dòng)滑閥等往復(fù)運(yùn)動(dòng)元件中。在液壓元件中，用O形圈作主要?jiǎng)用芊?，一般限于短行程?0MPa左右的中低壓力。O形圈不適合用作速度非常低的往復(fù)動(dòng)密封和單獨(dú)作為高壓往復(fù)動(dòng)密封。這主要是因?yàn)樵谶@種條件下摩擦較大，會(huì)導(dǎo)致密封過早失效。在任何型式應(yīng)用中，都要根據(jù)密封件的額定數(shù)據(jù)或能力來使用，并且要裝配得當(dāng)，才能得到滿意的性能。

　　五、O形圈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用密封原理

　　在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封中，通常采用油封和機(jī)械密封。但是油封的使用壓力較低，而且與O形圈相比，顯得過大和復(fù)雜，工藝性也差。機(jī)械密封雖然可用于高壓(40MPa)、高速(50m/s)及高溫(400℃)，但是結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、龐大，而且成本高，只適用于石油、化工等作用的一些重型機(jī)械設(shè)備上。

　　O形圈用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)存在的主要問題是焦耳熱效應(yīng)。焦耳熱效應(yīng)使高速的旋轉(zhuǎn)軸與O形圈的接觸處產(chǎn)生磨擦熱，生成的熱量使這些接觸部位的溫度不斷上升，橡膠材料受熱嚴(yán)重變形，壓縮量與伸長(zhǎng)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。發(fā)熱還加速密封材料老化，降低了O形圈的使用壽命;破壞密封油膜，由此引起斷油現(xiàn)象，加速密封的磨損。

　　基于上述情況，近年來G內(nèi)外旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用O形圈進(jìn)行了廣泛深入的研究。為了避免出現(xiàn)焦耳熱效應(yīng)，關(guān)鍵在于根據(jù)橡膠的性能來正確地選擇設(shè)計(jì)O形圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要是O形圈的拉伸量和壓縮率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用O形圈設(shè)計(jì)成內(nèi)徑與旋轉(zhuǎn)軸直徑相等或稍大些，一般大3%~5%，在安裝O形圈時(shí)，從內(nèi)徑向里壓縮，并將斷面的壓縮量也設(shè)計(jì)得小一些，一般約為5%。并且，盡量采用受熱量影響小的密封材料，充分考慮O形圈安裝處的散熱問題。這樣就使O形圈的工作情況大為改善，可應(yīng)用于Z高轉(zhuǎn)速達(dá)4m/s的旋轉(zhuǎn)軸的密封。

　　近年來又出現(xiàn)了耐熱氟橡膠和耐磨聚氨酯橡膠，并且對(duì)橡膠元件工作的焦耳熱效應(yīng)有了更深入的了解，并針對(duì)此問題研究解決方案，設(shè)計(jì)出了新的O形圈密封結(jié)構(gòu)，使O形圈能夠更好的應(yīng)用與高速、高壓的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

　　以上就是永嘉旭麗根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和我公司用戶在各領(lǐng)域的使用反饋所總結(jié)的關(guān)于O型密封圈的密封原及如何對(duì)O型密封圈產(chǎn)品做出正確選擇的技巧。