o型(xíng)圈設計、使(shǐ)用不當會加速它的損壞，喪失(shī)密封性能。實驗(yàn)表明，如密封裝(zhuāng)置各部分設計(jì)合理，單純地提(tí)高壓力，并不會(huì)造成o型圈的破(pò)壞。在高(gāo)壓、高溫(wēn)的工作條(tiáo)件下(xià)，o型圈破壞的主(zhǔ)要原(yuán)因是o型圈(quān)材料的永久變(biàn)形和(hé)o型圈被擠入密封間(jiān)隙而引起(qǐ)的間隙咬(yǎo)傷一(yī)級o型圈在運動時出現扭(niǔ)曲現象(xiàng)。

1、永久變形

由于(yú)o型圈密(mì)封圈用(yòng)的合成(chéng)橡膠材料是屬(shǔ)于粘彈性材料(liào)，所以初期設定(dìng)的壓緊量(liàng)和回(huí)彈堵(dǔ)塞能力經(jīng)長時間的使用，會産生永(yǒng)久變(biàn)形而逐漸(jiàn)喪失(shī)，最終(zhōng)發(fā)生洩漏(lòu)。永久變形和彈(dàn)力消(xiāo)失是o型圈(quān)失去密封性能(néng)的主要(yào)原因，以(yǐ)下是(shì)造成(chéng)永久(jiǔ)變形的(de)主要原(yuán)因。

1).壓縮率和拉(lā)伸量(liàng)與永久變(biàn)形的關系

制作(zuò)o型圈(quān)所用的各(gè)種(zhǒng)配方的橡膠(jiāo)，在壓縮狀态下(xià)都會産生壓縮(suō)應力(lì)松弛(chí)現象(xiàng)，此時(shí)，壓縮應力(lì)随着(zhe)時間(jiān)的增(zēng)長而減(jiǎn)小。使用時間越(yuè)長、壓縮率和拉伸(shēn)量越(yuè)大，則(zé)由(yóu)橡膠應(yīng)力松弛而(ér)産生(shēng)的應(yīng)力下降就(jiù)越大，以緻(zhì)o型圈彈性不(bú)足，失去(qù)密封能力(lì)。因此(cǐ)，在允許的使用(yòng)條件(jiàn)下，設法降(jiàng)低壓縮(suō)率(lǜ)是可(kě)取的。增(zēng)加o型圈的截面尺(chǐ)寸是(shì)降低(dī)壓縮(suō)率最(zuì)簡單(dān)的方(fāng)法，不(bú)過這會帶(dài)來結(jié)構尺寸(cùn)的增加(jiā)。

應該注意，人們在(zài)計(jì)算壓縮率(lǜ)時，往往(wǎng)忽略(luè)了o型圈在裝配時受拉伸(shēn)而引起(qǐ)的截(jié)面高度的(de)減小(xiǎo)。o型圈(quān)截面(miàn)面積(jī)的變化是(shì)與其周長(zhǎng)的變化成反(fǎn)比的。同時，由(yóu)于拉力的(de)作用(yòng)，o型圈的截(jié)面形(xíng)狀(zhuàng)也(yě)會發生變(biàn)化，就(jiù)表現(xiàn)為其高度(dù)的減(jiǎn)小。此(cǐ)外，在表面張力作用下，o型(xíng)圈的(de)外表(biǎo)面(miàn)變(biàn)得更(gèng)平了(le)，即截(jié)面高度略有減小。這也是(shì)o型密封(fēng)圈壓縮應力(lì)松弛的一種(zhǒng)表(biǎo)現。

o型(xíng)圈(quān)截(jié)面變(biàn)形的程度，還取(qǔ)決于(yú)o型(xíng)圈材質(zhì)的硬(yìng)度。在(zài)拉伸量相(xiàng)同的情況(kuàng)下，硬度大(dà)的o型圈，其(qí)截(jié)面高度也減小較(jiào)多，從這一點看，應該(gāi)按照使用(yòng)條件(jiàn)盡量選用低硬(yìng)度的(de)材質。在液(yè)體壓(yā)力和張力(lì)的作用下，橡膠(jiāo)材料(liào)的o型(xíng)密(mì)封(fēng)圈也(yě)會(huì)逐(zhú)漸發(fā)生塑性(xìng)變形，其(qí)截面高度會相應減小，以緻最(zuì)後失去(qù)密(mì)封能(néng)力。

2).溫度(dù)與(yǔ)o型圈(quān)馳張過程的關(guān)系

使用(yòng)溫度是影響o型圈永久變形的(de)另一(yī)個(gè)重要因素。高溫會加速橡膠材(cái)料的老(lǎo)化。工作溫度越高，o型圈(quān)的壓縮永久變形就(jiù)越大。當永久變形大于40%時(shí)，o型圈(quān)就(jiù)失去了密封能(néng)力而發(fā)生洩漏。因壓縮(suō)變形(xíng)而(ér)在(zài)o型圈(quān)的橡膠材料中(zhōng)形成的初始應(yīng)力值，将随着o型(xíng)圈的馳張過程(chéng)和溫度下降的(de)作用而逐漸降(jiàng)低以緻消失。

溫度在零下工作(zuò)的o型(xíng)圈，其初始(shǐ)壓縮可(kě)能(néng)由于(yú)溫度的(de)急劇降(jiàng)低而減小或完(wán)全消(xiāo)失。在-50~-60℃情況(kuàng)下，不(bú)耐低(dī)溫的(de)橡膠材料會完(wán)全喪(sàng)失(shī)初(chū)始應(yīng)力;即使耐低溫的橡膠材(cái)料，此(cǐ)時的初始應力也不會大(dà)于20℃時(shí)初始應力的25%。這(zhè)是因(yīn)為o型圈的(de)初始(shǐ)壓(yā)縮量取(qǔ)決于線脹系數。所以(yǐ)，選取初始(shǐ)壓縮量(liàng)時(shí)，就必須保(bǎo)證在(zài)由于(yú)馳張過程和溫度下降而造成(chéng)應力(lì)下(xià)降(jiàng)後仍(réng)有足夠的密封能力(lì)。溫(wēn)度在零(líng)下工(gōng)作的o型圈(quān),應特别注(zhù)意橡(xiàng)膠材(cái)料的(de)恢複(fú)指數和變(biàn)形指數。

綜上所述，在(zài)設計上應盡量(liàng)保證o型圈(quān)具有适宜的工作溫(wēn)度，或(huò)選(xuǎn)用耐高(gāo)、低溫的o型(xíng)圈材(cái)料，以延長使用(yòng)壽命。

3).介質工作(zuò)壓力(lì)與永久變形

工作介(jiè)質的(de)壓力(lì)是引起o型(xíng)圈永久變(biàn)形的主要因(yīn)素。現(xiàn)代(dài)液壓設備的工(gōng)作壓力(lì)正日益(yì)提高。長時間的(de)高壓(yā)作(zuò)用會使(shǐ)o型圈(quān)發(fā)生(shēng)永久(jiǔ)變形(xíng)。因(yīn)此(cǐ)，設計(jì)時應根(gēn)據工作(zuò)壓力(lì)選用适當(dāng)的耐壓橡(xiàng)膠材料。工(gōng)作壓力越(yuè)高，所用(yòng)材(cái)料的(de)硬度和耐高壓(yā)性能也(yě)應(yīng)越高(gāo)。

為了改(gǎi)善(shàn)o型圈(quān)材料的耐壓性(xìng)能，增加材料的(de)彈性(特别是增加材料(liào)在低溫(wēn)下(xià)的彈性)、降低(dī)材料的壓縮永(yǒng)久變形(xíng)，一般需要改進(jìn)材料的配方(fāng)，加入增塑(sù)劑。但是，具有增(zēng)塑劑的o密封形圈，長(zhǎng)時間(jiān)在工(gōng)作介質(zhì)中浸泡(pào)，增塑(sù)劑會逐漸(jiàn)被工作介(jiè)質吸(xī)收，導緻o型密封(fēng)圈體(tǐ)積收縮，甚(shèn)至可能(néng)使o型密(mì)封圈産生負壓(yā)縮(即(jí)在o型密封(fēng)圈和被(bèi)密(mì)封件的表(biǎo)面之(zhī)間出(chū)現間隙(xì))。因此，在計算(suàn)o型密封圈壓縮量和(hé)進行(háng)模具設計時，應(yīng)充分考慮(lǜ)到這(zhè)些收縮量(liàng)。應使(shǐ)壓制出的(de)o型密(mì)封圈在工作介(jiè)質中(zhōng)浸泡5~10晝(zhòu)夜後仍能保持必(bì)要的尺(chǐ)寸。

o型圈(quān)材料的壓縮永(yǒng)久(jiǔ)變形率(lǜ)與溫度有關。當變(biàn)形(xíng)率在40%或更大時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)洩漏，所以幾種膠料(liào)的(de)耐(nài)熱性界限(xiàn)為:丁腈橡膠70℃，三(sān)元乙丙(bǐng)橡(xiàng)膠100℃，氟(fú)橡膠140℃。因(yīn)此各國對o型(xíng)圈的永久(jiǔ)變(biàn)形作了規定。中國标準橡膠(jiāo)材料的(de)o型(xíng)圈在(zài)不同溫度(dù)下的(de)尺寸(cùn)變化(huà)見表(biǎo)。同一材料的o型(xíng)圈，在同一溫(wēn)度(dù)下，截面直(zhí)徑大(dà)的o型(xíng)圈壓(yā)縮永(yǒng)久變形率(lǜ)較低(dī)。

在油(yóu)中的情況就不同(tóng)了。由(yóu)于(yú)此時o型圈(quān)不與氧氣(qì)接觸，所以上述(shù)不良(liáng)反應大為(wéi)減少。加之(zhī)又通常會引(yǐn)起(qǐ)膠料有一定的(de)膨脹，所(suǒ)以(yǐ)因溫(wēn)度引起的壓縮(suō)永久變形率将(jiāng)被抵消。因此(cǐ)，在(zài)油中(zhōng)的耐(nài)熱性大為提高。以丁(dīng)腈橡膠為(wéi)例，它(tā)的工作溫(wēn)度可(kě)達120℃或更高。

2、間隙咬傷

被密封的(de)零件(jiàn)存在(zài)着幾(jǐ)何精(jīng)度(dù)(包括圓(yuán)度、橢圓度(dù)、圓柱(zhù)度、同軸度(dù)等)不(bú)良、零件之(zhī)間不同心(xīn)以及高壓(yā)下内徑(jìng)脹大等現象，都會引起(qǐ)密封間(jiān)隙(xì)的(de)擴大和間隙擠出(chū)現象的加劇。o型(xíng)圈的(de)硬(yìng)度對間(jiān)隙擠出(chū)現象也(yě)有明顯的影響(xiǎng)。液體(tǐ)或氣體的(de)壓力(lì)越高(gāo)，o型圈(quān)材料(liào)硬度越小，則(zé)o型圈的(de)間隙(xì)擠出現象越嚴(yán)重。

防(fáng)止間隙咬(yǎo)傷的措(cuò)施是，對o型密封(fēng)圈的硬(yìng)度和(hé)密封間隙加以(yǐ)嚴(yán)格的控(kòng)制。選用(yòng)硬(yìng)度合(hé)适的密(mì)封材料(liào)控制間隙。常用(yòng)的(de)o型(xíng)圈的硬度(dù)範圍(wéi)是hs60~90。低(dī)硬度者用于低(dī)壓，高(gāo)硬度者用于高(gāo)壓。配用适當的(de)密封圈保(bǎo)護擋(dǎng)圈，是防止o型圈(quān)被擠入間隙的(de)有效方(fāng)法。

3、扭曲(qǔ)現象

扭(niǔ)曲是指o型圈沿(yán)周向發(fā)生扭轉的(de)現象(xiàng)，扭曲(qǔ)現(xiàn)象(xiàng)一般(bān)發生在(zài)動(dòng)密封(fēng)狀态(tài)。

o型圈如果(guǒ)裝配的妥善，并(bìng)且使(shǐ)用條件适(shì)當，一般不大容(róng)易在(zài)往複在往(wǎng)複運(yùn)動狀(zhuàng)态下産生(shēng)滾動或扭(niǔ)曲，因為o型(xíng)圈與(yǔ)溝槽的接觸面(miàn)積大(dà)于在滑動表面上的摩擦接觸面積，而且(qiě)o型圈(quān)本身的(de)抗(kàng)拒能(néng)力原來就(jiù)能阻止扭曲。摩(mó)擦力的分(fèn)布也(yě)趨向保(bǎo)持o型圈(quān)在其溝槽中靜(jìng)止不動，因為靜(jìng)摩擦(cā)大(dà)于滑動摩擦，而且(qiě)溝槽(cáo)表面(miàn)的粗糙度(dù)一般不如(rú)滑動(dòng)表面的(de)粗糙度。

引起扭曲(qǔ)損傷(shāng)的原因很(hěn)多，其(qí)中(zhōng)最(zuì)主要的是(shì)由于活塞(sāi)、活塞杆和(hé)缸筒的間(jiān)隙不均(jun1)勻(yún)、偏心(xīn)過大、o型圈斷面(miàn)直徑不均(jun1)勻等(děng)造成，由(yóu)于(yú)造成(chéng)o型圈在一(yī)周多(duō)受的摩擦力不(bú)均勻(yún)，o型圈(quān)的某些部分摩擦過(guò)大，發生扭(niǔ)曲(qǔ)。通(tōng)常，斷(duàn)面(miàn)尺寸較(jiào)小的o型圈，容易(yì)産生摩擦不均(jun1)勻造成扭(niǔ)曲(運(yùn)動用(yòng)o型(xíng)圈比固(gù)定用o型圈的斷面直徑大就是(shì)這個(gè)道理)。

另外(wài)，由于(yú)密封(fēng)溝槽(cáo)存在着同軸度(dù)偏差，密封高度(dù)不相(xiàng)等(děng)以(yǐ)及o型圈截面直徑不均勻等現象，可(kě)能使(shǐ)得(dé)o型圈的(de)一部(bù)分壓(yā)縮過大，另(lìng)一(yī)部(bù)分過小或(huò)不受壓縮(suō)。當溝(gōu)槽存在偏(piān)心即同軸偏差(chà)大于o型圈(quān)的壓(yā)縮量時(shí)，密(mì)封會完全失效。密封(fēng)溝槽同(tóng)軸度偏(piān)差大的另一(yī)個害處是使(shǐ)o型密封圈沿圓周壓(yā)縮不(bú)均(jun1)。

此(cǐ)外還(hái)有由于o型圈截(jié)面直(zhí)徑、材(cái)質(zhì)硬度、潤滑油(yóu)膜厚(hòu)度等的不均以及密(mì)封軸(zhóu)表面(miàn)粗糙度等(děng)因素(sù)的影(yǐng)響，導緻o型圈的一部(bù)分沿(yán)工作(zuò)表(biǎo)面滑動(dòng)，另一(yī)部分則發(fā)生滾動，從而造(zào)成o型(xíng)圈的(de)扭(niǔ)曲(qǔ)。運動用o型(xíng)圈很(hěn)容易因扭曲而損壞(huài)，這是(shì)密封裝置發生損壞(huài)和洩(xiè)漏(lòu)的(de)重要(yào)原因。因此(cǐ)提高(gāo)密封溝槽的加(jiā)工精密度以及(jí)減小(xiǎo)偏心是保(bǎo)證o型圈具(jù)有(yǒu)可(kě)靠的密封性和壽命(mìng)的(de)重要因素。

安裝密(mì)封圈不應是它處于(yú)扭曲狀态。假如(rú)在安裝時就被(bèi)扭曲(qǔ)，則(zé)扭曲損(sǔn)傷就會很(hěn)快發生。在工作(zuò)中，扭(niǔ)曲現象會(huì)将o型(xíng)圈切斷，産生大(dà)量漏油(yóu)，而(ér)且切斷的(de)o型圈會混(hùn)到液壓系統的(de)其他部(bù)位，造成(chéng)重大事故。

為了防止o型(xíng)圈的扭(niǔ)曲損傷，在(zài)設計(jì)時應(yīng)注意(yì)以下(xià)幾點(diǎn)：

1).o型圈(quān)安裝(zhuāng)溝槽的同心度大小，應(yīng)從(cóng)加工(gōng)方便和不(bú)産生(shēng)扭曲現象兩個(gè)方面來考慮。

2).o型(xíng)圈斷面尺(chǐ)寸應(yīng)均勻(yún)，并且在每(měi)次安裝時都應(yīng)在密封(fēng)部(bù)位充(chōng)分塗抹潤(rùn)滑油(yóu)或潤(rùn)滑脂。有時(shí)也可以采用浸(jìn)透潤(rùn)滑(huá)油的氈(zhān)圈式加油裝置(zhì)。

3).加大o型圈的(de)截(jié)面直徑，動(dòng)密封(fēng)用o型(xíng)密封圈的截面(miàn)直(zhí)徑一般應大于靜密封(fēng)用o型圈;此(cǐ)外(wài)，o型(xíng)圈應避免(miǎn)用作(zuò)大直(zhí)徑(jìng)活(huó)塞的(de)密封(fēng)。

4).在(zài)低壓下(xià)也産生扭曲損(sǔn)傷時(shí)，可使用密(mì)封圈(quān)保護(hù)擋圈。

5).降低(dī)缸筒和活(huó)塞杆(gǎn)的表面粗糙度。

6).采用低摩(mó)擦系數(shù)的材料(liào)制作(zuò)o型密封圈(quān)。

7).可用(yòng)不易(yì)産生(shēng)扭曲現象(xiàng)的密(mì)封圈代(dài)替o型圈。

4、磨粒磨損(sǔn)現象

當密封(fēng)的間隙具有相(xiàng)對運動(dòng)時，工(gōng)作環境中的灰(huī)塵(chén)和沙粒(lì)等被粘(zhān)附(fù)在活(huó)塞杆表面，并随着活塞杆(gǎn)的往(wǎng)複運(yùn)動(dòng)與油膜一起被帶(dài)入缸(gāng)内，成為侵入o型(xíng)密封圈表(biǎo)面的(de)磨粒，加(jiā)速o型圈(quān)的磨損，以緻其(qí)失去(qù)密封(fēng)性。為(wéi)了避免這種情(qíng)況發生，在(zài)往複運動(dòng)式密(mì)封裝(zhuāng)置的外伸軸端(duān)處必須使(shǐ)用防(fáng)塵圈。

5、滑(huá)動表面(miàn)對o型圈(quān)的(de)影響

滑動表(biǎo)面的粗(cū)糙度是影響o型圈表面摩擦與(yǔ)磨損的直接(jiē)因(yīn)素。一般地(dì)說，表(biǎo)面光潔摩(mó)擦與(yǔ)磨損就小，所以(yǐ)滑動表面的粗(cū)糙度數值往往(wǎng)很低(ra0.2~0.050μm)。但是，試驗(yàn)表明，表面粗糙(cāo)過低(ra低(dī)于0.050μm)又會(huì)給摩擦與磨損(sǔn)帶來不利(lì)的(de)影(yǐng)響。這(zhè)是因為微(wēi)小的(de)表(biǎo)面(miàn)凹凸(tū)不平，可以保持(chí)必要(yào)的潤滑油膜。因(yīn)此要選擇(zé)适當的表(biǎo)面要(yào)求。

滑動表面的材質對o型(xíng)圈的壽命也有影響(xiǎng)。滑動(dòng)表面材質(zhì)的硬度越大、耐(nài)磨性越(yuè)高、保持(chí)光潔(jié)的(de)能力就(jiù)越強，o型(xíng)圈的壽(shòu)命也就越長。這(zhè)也是液壓缸活(huó)塞杆(gǎn)表(biǎo)面鍍鉻(gè)的重要原因。同理(lǐ)可以(yǐ)解(jiě)釋具(jù)有同樣粗糙度的用銅、鋁合金(jīn)制成的滑動表(biǎo)面比鋼制滑動表面對密封圈(quān)的摩擦與磨(mó)損(sǔn)更為嚴(yán)重(zhòng)，低硬度、大壓縮量的密封(fēng)圈不(bú)如高(gāo)硬度、小壓縮量(liàng)的密封圈(quān)耐用的情況。

6、摩(mó)擦力(lì)與o型圈(quān)的(de)應用(yòng)

在動密封裝置(zhì)中，摩擦與(yǔ)磨損(sǔn)是o型圈損壞的(de)重要影響因素(sù)。磨損(sǔn)程度主要(yào)取決于摩擦力(lì)的(de)大(dà)小(xiǎo)。當液體(tǐ)壓力微小(xiǎo)時，o型(xíng)圈摩(mó)擦(cā)力的大(dà)小取決于它的預壓縮量。當工(gōng)作(zuò)液(yè)體(tǐ)承受壓(yā)力時，摩擦力随(suí)之工作壓(yā)力的增加(jiā)而增大。在工作壓力(lì)小于(yú)20mpa的情(qíng)況下，近似(sì)地呈線形關系(xì)。壓力(lì)大于(yú)20mpa時，随着壓力的增加(jiā)，o型圈(quān)與金屬表(biǎo)面接觸面積的(de)增加也(yě)逐漸緩(huǎn)慢，摩(mó)擦力(lì)的增加也相應緩慢(màn)。在正(zhèng)常情(qíng)況下，o型圈(quān)的(de)使用壽(shòu)命随着液(yè)體壓力的升高将會(huì)近似的(de)呈平方(fāng)關系而減小。

摩(mó)擦力的增加，使(shǐ)得旋(xuán)轉或往(wǎng)複(fú)運動的軸與o型(xíng)密封圈之間産(chǎn)生大量的摩擦熱。由于(yú)多(duō)數o型(xíng)圈都是用橡膠(jiāo)制成的，導熱性極差。因此(cǐ)，摩擦(cā)熱就會引起橡(xiàng)膠(jiāo)的老化(huà)，導緻(zhì)o型圈實效，破壞(huài)其密封性(xìng)能。摩(mó)擦還會引起o型圈表(biǎo)面損(sǔn)傷，使(shǐ)壓(yā)縮量減(jiǎn)小。嚴(yán)重的(de)摩擦(cā)會很快引(yǐn)起o型圈的(de)表面(miàn)損壞，失去密封(fēng)性。作氣動(dòng)往複運動(dòng)用密(mì)封時，摩擦熱還(hái)會引(yǐn)起粘着，造成摩(mó)擦力進一(yī)步增加。

運(yùn)動用(yòng)密封(fēng)在低速運(yùn)動時，摩擦阻力還是(shì)引起爬行(háng)的一個因素，影(yǐng)響元(yuán)件和系統(tǒng)的工作(zuò)性能。所以對(duì)運動密(mì)封(fēng)來說，摩(mó)擦(cā)性是(shì)重要性能之一(yī)。摩擦(cā)系數是摩擦特(tè)性的一個(gè)評價指标(biāo)，合(hé)成(chéng)橡膠摩擦系數(shù)較大，由于(yú)密封(fēng)在運(yùn)動狀态時(shí)，通常處于工作(zuò)油液(yè)或潤滑(huá)劑(jì)參與(yǔ)的(de)混(hùn)合潤滑狀态，摩擦系(xì)數一(yī)般在0.1以下(xià)。摩擦(cā)力的(de)大小(xiǎo)在很大(dà)程度上(shàng)取決(jué)于被密封(fēng)件的表面硬度(dù)與表(biǎo)面粗(cū)糙度。

7、焦耳熱效(xiào)應

橡(xiàng)膠材(cái)料的焦(jiāo)耳(ěr)熱效應(yīng)，是指處(chù)于拉伸(shēn)狀态的(de)橡膠遇熱産生(shēng)收縮(suō)的現象。在(zài)安裝o型圈時，為了使它在密封(fēng)溝槽(cáo)内不産生(shēng)竄動(dòng)，在用作往(wǎng)複運動密(mì)封時(shí)，不産生扭曲現(xiàn)象，一般使(shǐ)它處(chù)于某種程度的(de)拉伸狀(zhuàng)态。但如果将這種安裝(zhuāng)方法用(yòng)于旋轉運動，就會(huì)産生(shēng)不良(liáng)的(de)結果。本(běn)來已(yǐ)經緊箍在(zài)旋轉軸上的o形(xíng)密封(fēng)圈，因旋(xuán)轉(zhuǎn)運動産生(shēng)的摩擦熱而(ér)收(shōu)縮，進而使這種(zhǒng)緊箍力增(zēng)大(dà)，這樣，産(chǎn)生摩擦熱(rè)→收縮(suō)→緊箍(gū)力(lì)增(zēng)大→産(chǎn)生摩擦(cā)熱(rè)→……，如此(cǐ)反複(fú)循環，就大(dà)大地促進了橡(xiàng)膠的(de)老化和磨(mó)損。

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