O形圈基礎知識

1、O形圈基礎知識講課人 薛曉勇一、概述1.1 O形圈特點形圈特點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。主要材料為合成橡合成橡膠膠，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，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密封用用。與其他密封件比有如下特點：。與其他密封件比有如下特點： a.a.密封性好，壽命長。密封性好，壽命長。 b.b.單圈就可對兩個方向起密封作用。單圈就可對兩個方向起密封作用。 c.c.對油液、溫度和壓力的適應性好對油液、溫度和壓力的適應性好。 d.d.動摩擦阻力

2、小動摩擦阻力小。e. .體積小，重量輕，成本低。體積小，重量輕，成本低。f.f.密封部位結構簡單，拆裝密封部位結構簡單，拆裝方便。方便。g.g.既可做靜密封也可做動密封。既可做靜密封也可做動密封。h.h.尺寸和溝槽已被標準化，選用尺寸和溝槽已被標準化，選用和外購方便。和外購方便。其其缺點是，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，在倍，在高壓下易被擠入間隙。高壓下易被擠入間隙。一、概述1.2 表示表示方法方法1 、GB/T3452.1-1982的表示的表示方法內徑方法內徑d1 線徑線徑d比如比如：1）O形圈形圈 20 2.4

3、GB3452.1-82 20 代表代表O形圈內徑為形圈內徑為20mm 2.4 代表代表O形圈的截面直徑是形圈的截面直徑是2.4mm GB3452.1 代表的是標準號，代表的是標準號， 82 代表的是標準公布年代。代表的是標準公布年代。2）24002000 GB3452.1-82 2400 代表代表O形圈的截面直徑是形圈的截面直徑是2.4mm 0200 代表代表O形圈內徑為形圈內徑為20mm一、概述1.2 表示表示方法方法2 、GB/T3452.1-2005的表示方法的表示方法比如（比如（1） O形圈形圈 7.51.8G GB/T3452.1 ， 7.5內徑內徑 1.8斷面直徑斷面直徑 G系列系

4、列 （G通用通用O形圈形圈 ) （A宇航用宇航用O形圈）形圈） （2）A 0075G GB/T3452.1 AO形圈線徑形圈線徑1.80mm BO形圈線徑形圈線徑2.65mm CO形圈線徑形圈線徑3.55mm DO形圈線徑形圈線徑5.30mm EO形圈線徑形圈線徑7.30mm二、O形圈密封工作狀態(tài)2.1 靜密封用靜密封用O形圈的作用形圈的作用 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的內壓

5、，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。像這種借介質本身來封介質的內壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。像這種借介質本身來改變改變O形圈接觸狀態(tài)使之實現(xiàn)密封的過程，稱為形圈接觸狀態(tài)使之實現(xiàn)密封的過程，稱為“自封作用自封作用”。 二、O形圈密封工作狀態(tài)2.1 靜密封用靜密封用O形圈的作用形圈的作用 自密封作用：由于預密封自密封作用：由于預密封作用作用，O形圈與被密封形圈與被密封光滑面和光滑面和溝槽底面溝槽底面緊密接觸。這樣當流體緊密接觸。這樣當流體通過間隙通過間隙進入溝槽時只能對進入溝槽時只能對O形圈的形圈的一側面一側面起作用。當流體起作用。當流體壓力壓力較大時較大時，把，把O形圈推向溝槽另一側面形圈推向

6、溝槽另一側面而擠壓而擠壓成成D形，并把壓力傳遞給形，并把壓力傳遞給接觸給接觸給接觸面接觸面。O形圈的自封是有限的，當內壓過高時，會出現(xiàn)形圈的自封是有限的，當內壓過高時，會出現(xiàn)O形圈的形圈的“膠料擠出膠料擠出”現(xiàn)象現(xiàn)象。即密封部位因有間隙。即密封部位因有間隙存在，受高壓作用的存在，受高壓作用的O形圈在間隙處會產(chǎn)生形圈在間隙處會產(chǎn)生應力集應力集中中，當應力達到，當應力達到O形圈的料膠不能承受時，料膠就形圈的料膠不能承受時，料膠就會被擠出來，此時雖然會被擠出來，此時雖然O形形圈還能暫時維持密封，圈還能暫時維持密封，但實際已損壞。因此要嚴格選型但實際已損壞。因此要嚴格選型。二、O形圈密封工作狀態(tài)2.2

7、 動密封用動密封用O形圈的形圈的作用作用O形圈在動密封中，其預密封效果和自密封作用形圈在動密封中，其預密封效果和自密封作用與靜密封一樣。但由于桿運動與靜密封一樣。但由于桿運動時很時很容易將流體帶到容易將流體帶到O形圈和桿之間，因此情況比較復雜形圈和桿之間，因此情況比較復雜。工作工作中，假設中，假設O形圈左側作用著介質壓力形圈左側作用著介質壓力P（如（如右上圖），右上圖），若將若將O形圈與桿接觸形圈與桿接觸部位部位放大放大（如右下（如右下圖），圖），其接觸表面實際是凹凸不平的，并非每一點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。都與金屬表面接觸。由于由于自封作用，自封作用，O形圈對

8、桿產(chǎn)形圈對桿產(chǎn)生的接觸壓力大于生的接觸壓力大于P1而得到密封。而得到密封。二、O形圈密封工作狀態(tài)2.2 動密封用動密封用O形圈的形圈的作用作用但當桿開始向右移動但當桿開始向右移動時，附著時，附著在桿上的介質被在桿上的介質被帶到楔形狹縫帶到楔形狹縫（如右上圖）（如右上圖）。由于流體動壓效應這。由于流體動壓效應這部分介質的壓力部分介質的壓力比比P1大。當它大于大。當它大于O形圈對桿的接形圈對桿的接觸力時，介質便擠入觸力時，介質便擠入O形圈的第一個凹槽形圈的第一個凹槽處（如右處（如右下圖），桿下圖），桿繼續(xù)向右移動時介質不斷地進入下一個繼續(xù)向右移動時介質不斷地進入下一個凹槽，介質便沿著桿運動的凹槽，

9、介質便沿著桿運動的方向泄露方向泄露。當桿向左運。當桿向左運動時，由于趕運動方向與桿壓力方向相反，故不易動時，由于趕運動方向與桿壓力方向相反，故不易泄露。泄露。泄漏量是泄漏量是隨著介質的粘度和桿的運動速度提隨著介質的粘度和桿的運動速度提高而增大的，還與高而增大的，還與O形圈的尺寸、工作壓力等形圈的尺寸、工作壓力等密切密切相關相關。二、O形圈密封工作狀態(tài)2.3 O形圈的密封形圈的密封形式形式1、 按密封件與被密封裝置的相對運動狀態(tài)可以分為：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、轉動密封和開關密封靜密封、往復動密封、轉動密封和開關密封。2、 按按O形圈在矩形溝槽中壓縮密封

10、配合的壓縮量大?。ㄋ删o程度）可分為：形圈在矩形溝槽中壓縮密封配合的壓縮量大?。ㄋ删o程度）可分為：壓緊壓緊、套緊、套緊、液動、氣動和轉動、液動、氣動和轉動5種基本密封配合，以及在端面倒角槽中擠緊密封種基本密封配合，以及在端面倒角槽中擠緊密封配配 合。此外還有滑動密封和浮動密封兩種特殊密封方法合。此外還有滑動密封和浮動密封兩種特殊密封方法。3 、按、按被密封件的結構可分為：端面密封即軸向密封、角密封（孔端面倒角槽被密封件的結構可分為：端面密封即軸向密封、角密封（孔端面倒角槽密封密封、軸、軸端面倒角槽密封）、圓柱密封即徑向密封（圓柱內徑密封（活塞桿密端面倒角槽密封）、圓柱密封即徑向密封（圓柱內徑密封

11、（活塞桿密封）、封）、圓柱圓柱外徑密封（活塞密封）、圓錐面密封和球面密封。外徑密封（活塞密封）、圓錐面密封和球面密封。二、O形圈密封工作狀態(tài)2.3 O形圈的密封形圈的密封形式形式三、O形圈的應用3.1 O形圈的使用參數(shù)形圈的使用參數(shù) 3.1.1 壓縮率壓縮率壓縮率壓縮率W通常用下式表示：通常用下式表示：W=（d2-h）/d2 100% 式中式中d2 -O型圈在自由狀態(tài)下的截面直徑型圈在自由狀態(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），即型圈槽底與被密封表面的距離（溝槽深度），即O型圈壓縮后型圈壓縮后 的的截面高度截面高度(mm)在在選取選取O形圈的壓縮率時形圈的壓縮

12、率時,應從如下應從如下3方面方面考慮：考慮：1要有足夠的密封要有足夠的密封接觸面積；接觸面積；2摩擦力盡量小摩擦力盡量??；3盡量避免永久變形。盡量避免永久變形。 三、O形圈的應用3.1 O形圈的使用參數(shù)形圈的使用參數(shù) 3.1.1 壓縮率壓縮率O型密封圈壓縮率型密封圈壓縮率W的選擇應考慮使用條件，靜密封或動密封；靜密封又的選擇應考慮使用條件，靜密封或動密封；靜密封又可分可分為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間隙是軸向間隙。軸向密封根據(jù)壓力介質作用于是軸向間隙。軸向密封根據(jù)壓力介質作用于O形圈的內

13、徑還是外徑又分受形圈的內徑還是外徑又分受內壓和內壓和受外壓兩種情況，內壓增加的拉伸，外壓降低受外壓兩種情況，內壓增加的拉伸，外壓降低O形圈的初始拉伸。上述不同形圈的初始拉伸。上述不同形式形式的靜密封，密封介質對的靜密封，密封介質對O形圈的作用方向是不同的，所以預壓力設計也不同形圈的作用方向是不同的，所以預壓力設計也不同。對。對于于動密封則要區(qū)分是往復運動密封還是旋轉運動密封動密封則要區(qū)分是往復運動密封還是旋轉運動密封。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?。黄矫骒o密封裝置取W=15%30%

14、。三、O形圈的應用3.1 O形圈的使用參數(shù)形圈的使用參數(shù) 3.1.1 壓縮率壓縮率2對于動密封而言，可以分為三種情況；往復運動一般取對于動密封而言，可以分為三種情況；往復運動一般取W=10%15%。旋。旋轉轉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，旋轉運動用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，旋轉運動用O形形圈的內徑要比軸徑大圈的內徑要比軸徑大3%-5%，外徑的壓縮率，外徑的壓縮率W=3%-8%。低摩擦運動用。低摩擦運動用O型圈型圈，為，為了減少摩擦阻力，一般均選取較小的壓縮率，即了減少摩擦阻力，一般均選取較小的壓縮率，即W=5%-8%，此外，此外，還要考慮還要

15、考慮到介到介質和溫度引起的橡膠材料膨脹。通常在給定的壓縮變形之外，允許的質和溫度引起的橡膠材料膨脹。通常在給定的壓縮變形之外，允許的最大最大膨脹率膨脹率為為15%，超過這一范圍說明材料選用不合適，應改用其他材料的，超過這一范圍說明材料選用不合適，應改用其他材料的O形圈形圈，或對給定，或對給定的壓縮變形率予以修正。的壓縮變形率予以修正。三、O形圈的應用3.1 O形圈的使用參數(shù)形圈的使用參數(shù) 3.1.2 拉伸拉伸量量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，拉伸量的量的大小對大小對O型圈的密封性能和和使用壽命也有很大的

16、影響。拉伸量大不但會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導致O型型圈安裝困難，同時也會因截面直徑圈安裝困難，同時也會因截面直徑d2發(fā)生變化而使壓縮率降低，以致引起發(fā)生變化而使壓縮率降低，以致引起泄漏泄漏。拉伸量拉伸量a可用下式表示：可用下式表示： =(d+d2)/(d1+d2) 式式中中d-軸徑（軸徑（mm）；）；d1-O形圈內徑（形圈內徑（mm）。拉伸拉伸量的取值范圍為量的取值范圍為1%-5%。如表一給出了。如表一給出了O型圈拉伸量的推薦值，可型圈拉伸量的推薦值，可根據(jù)根據(jù)軸軸徑的大小，按表選限取徑的大小，按表選限取O型圈的拉伸量。型圈的拉伸量。密封形式密封形式 密封

17、介質密封介質 拉伸量拉伸量（%） 壓縮率壓縮率w（%） 靜密封靜密封液壓油液壓油 1.031.04 1525 空氣空氣 1.01 1525 往復運動往復運動液壓油液壓油 1.02 1217 空氣空氣 1.01 1217 旋轉運動旋轉運動液壓油液壓油 0.95 38 表一：表一：O型圈壓縮率與拉伸量的限取范圍型圈壓縮率與拉伸量的限取范圍三、O形圈的應用3.2 O形圈的安裝形圈的安裝溝槽溝槽 O形圈壓縮量的大小主要由安裝溝槽的結構和尺寸來保證。常用的溝槽形狀形圈壓縮量的大小主要由安裝溝槽的結構和尺寸來保證。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有矩形和

18、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 槽寬槽寬槽寬主要從下面三個方面考慮：槽寬主要從下面三個方面考慮：1）必須大于）必須大于O形圈壓縮變形后的最大直徑。形圈壓縮變形后的最大直徑。2）必須考慮到）必須考慮到O形圈由于運動發(fā)熱引起的膨脹和介質溶脹。形圈由于運動發(fā)熱引起的膨脹和介質溶脹。3）必須保證往復運動時槽內有一定的空間使）必須保證往復運動時槽內有一定的空間使O形圈滾動自如。一般認為，形圈滾動自如。一般認為，O形圈形圈 的截面面積至

19、少應占據(jù)矩形截面面積的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，在許多場合下取槽寬為O形圈截形圈截 面直徑的面直徑的1.5倍倍。PS：溝槽：溝槽太窄會增大運動時的摩擦阻力，太窄會增大運動時的摩擦阻力，O形圈形圈磨損加大，易損；溝槽太寬使得磨損加大，易損；溝槽太寬使得O形圈的游動范形圈的游動范圍增大，也易磨損，且在靜密封的脈動壓力下，圍增大，也易磨損，且在靜密封的脈動壓力下，O形圈也形圈也可能產(chǎn)生可能產(chǎn)生脈動游動出現(xiàn)異常磨損。脈動游動出現(xiàn)異常磨損。三、O形圈的應用3.2 O形圈的安裝形圈的安裝溝槽溝槽3.2.2 槽槽深深槽槽深是深是O形圈能否良好工作的關鍵尺寸，主要取決形圈

20、能否良好工作的關鍵尺寸，主要取決O形圈的壓縮變形量。形圈的壓縮變形量。此變此變形量形量由由O形圈內徑處的壓縮變形量（形圈內徑處的壓縮變形量（1）和）和O形圈外徑處的壓縮變形量（形圈外徑處的壓縮變形量（2）組成）組成，當當1=2時時 ，O形圈截面與槽截面中心重合，兩種心愿的圓周相等，形圈截面與槽截面中心重合，兩種心愿的圓周相等，說明說明O形圈安形圈安裝時未受到拉伸；當裝時未受到拉伸；當12時時 ，O形圈截面中心的周長小于溝槽形圈截面中心的周長小于溝槽中心中心的周長，說的周長，說明明O形圈以拉伸狀態(tài)在溝槽內；當形圈以拉伸狀態(tài)在溝槽內；當12時，時，O形圈截面周長形圈截面周長大于大于溝槽截面中心周溝

21、槽截面中心周長，此時長，此時O形圈以周向壓縮來使用，拆卸時，形圈以周向壓縮來使用，拆卸時，O形圈會形圈會出現(xiàn)彈跳出現(xiàn)彈跳現(xiàn)象。設計槽深時現(xiàn)象。設計槽深時應首先確定應首先確定O形圈的使用方式，然后再去選定合理的形圈的使用方式，然后再去選定合理的壓縮變壓縮變形率（詳見表一形率（詳見表一）。）。除此之外除此之外，也要考慮材料對介質的溶脹性，材料本身的膨脹性等相關，也要考慮材料對介質的溶脹性，材料本身的膨脹性等相關因素因素，需，需考慮諸多設計因素。但國家對于溝槽的結構已經(jīng)給出相關標準?？紤]諸多設計因素。但國家對于溝槽的結構已經(jīng)給出相關標準。三、O形圈的應用3.2 O形圈的安裝形圈的安裝溝槽溝槽3.2.

22、2 溝槽的標準溝槽的標準O形圈的溝形圈的溝槽尺寸系列，槽尺寸系列，中國已制定中國已制定有標準，詳有標準，詳見表二。見表二。表表二：密封用溝槽尺寸及壓縮量二：密封用溝槽尺寸及壓縮量三、O形圈的應用3.3 O形圈的材料選用形圈的材料選用O形圈材料選擇主要考慮以下幾點：形圈材料選擇主要考慮以下幾點： 1）O形圈的工作狀態(tài)形圈的工作狀態(tài) 是指是指O形圈用于靜密封、動密封還是滑動密封。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)）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)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。時間的長

23、短，是否有沖擊載荷作用在密封部位。 3）工作介質的情況）工作介質的情況 工作介質是氣體還是液體，并考慮其物理和化學性能。工作介質是氣體還是液體，并考慮其物理和化學性能。 4）工作壓力）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。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）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。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。）價格與來源。 一般來說耐油用丁腈橡膠，一般來說耐油用丁腈橡膠，耐酸堿和耐酸堿和臭氧用氯丁橡膠，耐熱用丙烯酸酯橡臭氧用氯丁橡膠，耐熱用丙烯酸酯橡膠或氟橡膠，耐高壓、耐磨用聚氨酯橡

24、膠，耐寒同時又耐油用共聚氯醇橡膠等。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。（其他各種膠料的適用范圍詳見表五。（其他見表三）見表三）三、O形圈的應用材料材料適用介質適用介質使用溫度使用溫度/備注備注運動用運動用靜止用靜止用丁腈橡膠丁腈橡膠礦物油，汽油，苯礦物油，汽油，苯80-30120氯丁橡膠氯丁橡膠空氣，水，氧空氣，水，氧80-40120運動用應注意運動用應注意丁基橡膠丁基橡膠動、植物油，弱酸，堿動、植物油，弱酸，堿80-30110永久變形大，不適用礦物油永久變形大，不適用礦物油丁苯橡膠丁苯橡膠堿，動、植物油，空氣，水堿，動、植物油，空氣，水80-30100不適用礦物油不適用礦物油天然橡膠天然橡膠水，弱酸，弱堿水，弱酸，弱堿60-3090不適用礦物油不適用礦物油硅橡膠硅橡膠高、低溫油，礦物油，動、植物油，高、低溫油，礦物油，動、植物油，氧，弱酸，弱堿氧，弱酸，弱堿-60260-60260不適用蒸汽，運動部位避免不適用蒸汽，運動部位避免使用使