O型圈設計、使用不當會加速它的損壞，喪失(shī)密封(fēng)性能。實驗表明，如密(mì)封裝置各部分(fèn)設計合理，單純地提高壓(yā)力，并不會造成O型圈的破壞。在高壓、高溫的工作條件下，O型圈破壞(huài)的(de)主要原因(yīn)是O型圈(quān)材料的永久(jiǔ)變形和O型圈被擠(jǐ)入密封間隙而引(yǐn)起的間隙咬傷一(yī)級O型圈在運動時出現扭曲現象。

1、永(yǒng)久變形

由于O型圈(quān)密封圈用的合成橡膠(jiāo)材料是屬于粘彈性(xìng)材料，所以(yǐ)初期(qī)設定的壓緊量和回彈堵(dǔ)塞能力經長時間的使用，會産(chǎn)生永久變形而逐漸喪失，最終發生洩漏。永久變形和彈力消失是O型圈失去密封性能的主要原因，以下是造成永久變形(xíng)的主要原因。

1).壓縮率和拉伸量與永久變形的關系(xì)

制作O型圈所用(yòng)的各種配方的橡(xiàng)膠，在壓縮狀态下都會(huì)産生壓縮應力松弛現象，此時，壓縮應力随着時間的增長而減小(xiǎo)。使用時間(jiān)越長、壓縮(suō)率和拉伸量越大，則由橡膠應力(lì)松弛而(ér)産生的應力下降就越大，以緻O型圈彈性不足，失去密封能力。因此，在允(yǔn)許(xǔ)的使用條件下，設法降低壓(yā)縮率是可取的(de)。增加O型圈的截面尺寸是降低壓縮(suō)率最簡單(dān)的方法，不過這會帶(dài)來結構尺(chǐ)寸的(de)增加。

應該注意(yì)，人們在計(jì)算壓縮率時，往往忽略了O型圈在裝配時(shí)受拉伸而引起的截面高度的減小。O型圈截面面積的變化是(shì)與其(qí)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(fā)生變化，就表現為其高度的減小。此(cǐ)外，在表面張力作用下，O型圈的外表面變得更平了，即截面高度略有減小。這也是O型密封圈壓縮應力松弛(chí)的一種表現。

O型(xíng)圈截面變形的程(chéng)度(dù)，還取決于O型圈材(cái)質的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O型圈，其截面高度也減小較多，從這一點看，應(yīng)該按照使用條件盡量選用(yòng)低硬度的材質。在液體(tǐ)壓力和張力的作用下，橡膠材料(liào)的O型密封(fēng)圈也會逐(zhú)漸發生塑性變形，其截面高度會相應減(jiǎn)小，以緻最後失去密封能力。

2).溫(wēn)度與O型圈(quān)馳張過程的關系

使用溫度是影響O型圈永久變形的另一個重要因素。高溫會加(jiā)速橡(xiàng)膠材料的老化。工作溫度越高，O型(xíng)圈的壓縮永(yǒng)久變形就越大。當(dāng)永久變形大于40%時，O型圈就失去了密封能力而發生洩(xiè)漏。因壓縮變形而在O型圈的橡膠材料中形成的初(chū)始應力值，将随着O型圈的馳張過(guò)程和溫度下降(jiàng)的作用而逐漸降低以(yǐ)緻消失。

溫度在零下(xià)工作的O型圈，其初始壓縮可能由于溫度(dù)的急劇降低而減小或完全消失。在-50~-60℃情況(kuàng)下，不耐低溫的橡膠材料(liào)會完全喪失初始應力;即使耐低溫的橡膠材料，此時的(de)初始應力(lì)也不會大于20℃時初始(shǐ)應(yīng)力(lì)的25%。這是因為O型圈的初始壓縮量取決于線脹系數。所(suǒ)以，選取初始(shǐ)壓(yā)縮量時，就必須保證在由于馳張過程(chéng)和溫度下降而造成應力下降後仍有足(zú)夠的(de)密封能力。溫(wēn)度在零下工作的O型圈,應特别注意橡(xiàng)膠材料的恢複指數和變(biàn)形指數。

綜(zōng)上所述，在設計上應盡量保證O型圈具有适宜的工作溫度，或(huò)選用(yòng)耐高、低溫的O型圈材料，以(yǐ)延長使用壽命。

3).介質(zhì)工(gōng)作壓力(lì)與永久變(biàn)形

工作介質的壓力是引起O型圈永久變形的主要因素。現代液壓設備(bèi)的工作壓力正(zhèng)日益提高。長時間的(de)高壓(yā)作用會使(shǐ)O型圈發生(shēng)永久變形(xíng)。因此，設計時應根據工作壓力選用适當的(de)耐壓橡膠(jiāo)材料。工作壓力(lì)越高，所用材料的硬(yìng)度和耐高壓性能也應越高。

為了改善(shàn)O型圈材料(liào)的耐(nài)壓性能，增加(jiā)材料的(de)彈性(特别(bié)是增加材(cái)料在低溫下的彈性)、降(jiàng)低材料的壓縮(suō)永(yǒng)久變形，一般需要改進材料的配方，加入增(zēng)塑劑。但(dàn)是，具有增(zēng)塑劑的O密封形圈，長時間在工作介(jiè)質中浸泡，增塑劑會逐漸被工作介(jiè)質吸收，導(dǎo)緻O型密封圈體積收(shōu)縮，甚至可能使O型密封(fēng)圈産生負壓縮(即(jí)在O型密封圈和被(bèi)密封件(jiàn)的表(biǎo)面之(zhī)間出現間隙)。因此，在計(jì)算O型密封圈(quān)壓縮量和進行模具(jù)設計時，應充分(fèn)考慮到這些收(shōu)縮量。應使壓制出的O型密封圈在工作介(jiè)質中浸泡5~10晝夜後仍能保持必要的尺寸。

O型圈材料的壓縮永久變(biàn)形率與溫度有(yǒu)關。當(dāng)變形率在40%或更大時，即會(huì)出現洩漏，所以幾種膠料的耐熱性界限為:丁腈橡膠70℃，三元乙丙橡膠100℃，氟橡膠140℃。因此各國對O型圈的永(yǒng)久變形作了規定。中國标準橡膠(jiāo)材料的O型圈在(zài)不同(tóng)溫度下的尺寸變化見表。同一(yī)材料(liào)的O型(xíng)圈，在同一溫度下，截(jié)面直徑大(dà)的O型圈壓縮永久變形率較低。

在油(yóu)中的情況就不同了。由(yóu)于此時O型圈不與氧氣(qì)接觸，所以上述不良反應(yīng)大為減少。加之又通(tōng)常會引起(qǐ)膠料(liào)有一定的膨脹，所以因溫度引起的壓縮永久變形率(lǜ)将被抵消。因此，在油中的耐熱性大為(wéi)提高。以丁腈橡膠為例，它的工作溫度可達120℃或更高。

2、間隙咬傷

被密封(fēng)的零件存在(zài)着幾何精度(包括圓度、橢(tuǒ)圓度、圓柱度、同軸度等)不良、零件之間不同心(xīn)以及(jí)高壓下内徑脹大等現象(xiàng)，都會引(yǐn)起密封間隙的擴大和間隙擠出現象(xiàng)的加劇。O型圈的(de)硬度對間隙擠出現(xiàn)象也有明顯的影響。液體或氣體的壓力越高，O型圈材料硬度越小，則O型圈(quān)的間隙擠出現象越嚴重。

防止間(jiān)隙(xì)咬傷的措(cuò)施是(shì)，對O型(xíng)密封圈的硬度和(hé)密封間隙加以嚴格的控制。選(xuǎn)用硬度合适的密封材(cái)料(liào)控制間隙(xì)。常用的O型(xíng)圈的硬度範圍是(shì)HS60~90。低硬度者用于低壓，高(gāo)硬度者用于高壓。配(pèi)用适當的密封(fēng)圈保護擋圈，是(shì)防止O型圈被擠入間隙的有效方法(fǎ)。

3、扭曲現象

扭曲是指O型圈沿周向發生扭(niǔ)轉的現象，扭曲(qǔ)現象一般發生在動(dòng)密封狀态。

O型圈如果裝配的妥善，并(bìng)且使用條件适當，一般不(bú)大容易在往複在往複運動狀态下産生(shēng)滾動或扭曲，因為O型(xíng)圈與溝槽的接觸面積大于在滑動表面(miàn)上的摩擦接觸面積，而(ér)且O型圈本身的抗拒能(néng)力原來就能阻止扭曲。摩(mó)擦力的分布也趨向保持O型圈在(zài)其溝槽中靜止不動，因(yīn)為靜摩擦大(dà)于滑動摩擦，而且溝槽表面的粗糙度一般(bān)不如滑動(dòng)表面的粗糙度。

引(yǐn)起扭曲損傷的原(yuán)因很多，其中最主要的(de)是由于活塞、活塞杆和缸筒的間隙不(bú)均勻、偏心過大、O型圈斷面直徑不均勻等造成，由于造成O型圈在一周多受的(de)摩擦(cā)力不均勻，O型圈(quān)的某些部(bù)分摩擦過(guò)大，發生扭曲。通(tōng)常，斷(duàn)面尺寸較小的O型圈，容易産生摩擦不均勻造成扭曲(運動用(yòng)O型圈比固定用O型圈的斷(duàn)面直徑(jìng)大就是這個道理)。

另外，由于(yú)密封溝槽存在着同(tóng)軸度(dù)偏差，密封(fēng)高度不相等以及O型圈截面直徑不均勻(yún)等現象，可能使得O型圈的(de)一部分壓縮過大，另一部分過小或不受壓縮。當溝槽存在偏心即同軸偏差(chà)大于O型圈的壓縮量時，密(mì)封會完全(quán)失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O型密封圈沿(yán)圓周壓縮不均。

此外還有由(yóu)于O型圈截面直徑、材質硬度、潤(rùn)滑油膜厚度等的不(bú)均以(yǐ)及密封軸表面粗糙度等因素的影(yǐng)響，導緻O型圈的一部分沿工作(zuò)表面滑動，另一部分則發生滾(gǔn)動，從而造成O型圈的扭(niǔ)曲。運動用O型圈很容易因扭曲而損(sǔn)壞，這是密(mì)封裝置發生損壞和洩(xiè)漏的重要原因。因此提高密封溝槽的加工精密度以及減小偏心是保證O型圈具有可靠的(de)密封性和壽命的重要因(yīn)素。

安裝密(mì)封圈不應是它處于扭曲狀态。假如(rú)在安裝時就被扭曲，則扭曲損傷就會很快發生。在工作中，扭曲現象(xiàng)會将O型圈切斷，産生大量漏油，而且切斷的O型圈會(huì)混到液壓系統的其他(tā)部位，造成(chéng)重大事故。

為了防止O型圈的扭曲(qǔ)損傷，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，應從(cóng)加工方便和不産生扭曲現象兩個方面來考慮。

2).O型圈斷面尺寸應(yīng)均勻，并且在每次安裝時都應在密封部位充分塗抹潤滑油或潤滑脂(zhī)。有時也可以采用浸透潤滑油的氈(zhān)圈式加油裝置。

3).加(jiā)大O型圈的截面直(zhí)徑，動密封用O型密封圈的截面直徑一般應大(dà)于靜密(mì)封用O型圈;此(cǐ)外，O型圈應(yīng)避免(miǎn)用作大直徑活塞的密封。

4).在低壓下也産生扭曲損傷時(shí)，可使用密(mì)封圈保護擋圈。

5).降低(dī)缸筒和活塞杆的表面粗糙度(dù)。

6).采用低摩擦系數的材料制作O型密封圈。

7).可用不易(yì)産生扭曲現象的密封圈代(dài)替O型圈。

4、磨粒(lì)磨損現象(xiàng)

當密封的間隙具(jù)有(yǒu)相對運動時，工作環境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞杆表面，并(bìng)随着活塞杆的往複運(yùn)動與油膜一起被帶入缸内，成為侵入(rù)O型密封圈表面的磨粒(lì)，加速O型圈(quān)的磨損，以緻(zhì)其失去密封性。為了(le)避免這種情況發生，在往複運動式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵圈。

5、滑動表面對O型圈的影響

滑動表面的粗(cū)糙度(dù)是影響(xiǎng)O型圈表面摩擦與磨(mó)損的直(zhí)接因(yīn)素。一般地說(shuō)，表面光潔摩擦與(yǔ)磨損就小，所(suǒ)以滑動表面的粗糙度(dù)數值(zhí)往往(wǎng)很低(Ra0.2~0.050μm)。但(dàn)是，試驗表明，表面粗糙過低(Ra低于0.050μm)又會給摩擦與磨損帶來不利的影響(xiǎng)。這是因為微小的(de)表面(miàn)凹凸不平，可以保持必要的潤滑油膜。因(yīn)此要選擇适當的表面要求。

滑動表面的材質對O型圈的壽命(mìng)也有影響。滑動表(biǎo)面材質的硬度越大、耐磨性越高、保持光潔的能力就越強，O型圈的壽命也就越長。這(zhè)也是(shì)液壓缸活塞杆表面鍍鉻的重要原因。同理可以解釋具有同樣粗糙(cāo)度的用(yòng)銅、鋁合金制成的滑(huá)動表面比(bǐ)鋼制滑動表面對(duì)密封圈(quān)的摩擦與(yǔ)磨損更為嚴重(zhòng)，低硬度、大壓縮(suō)量(liàng)的(de)密封圈不(bú)如高硬(yìng)度、小壓縮量的密(mì)封(fēng)圈耐用(yòng)的情況。

6、摩擦力與O型(xíng)圈的應(yīng)用

在動密封裝置中，摩擦與(yǔ)磨損是O型圈損壞(huài)的重要影響因素。磨損(sǔn)程度主要取決于摩擦力的大(dà)小。當(dāng)液體壓力微小時，O型圈摩擦力的大小取決于它的預壓縮量。當工作液體承受壓力時，摩擦力随之工作壓力的增加(jiā)而增大。在工作壓力小于20MPa的情(qíng)況下，近似地呈線形關系(xì)。壓力(lì)大于20MPa時，随着壓(yā)力的增加，O型圈與金屬表面接(jiē)觸面(miàn)積的增加(jiā)也逐漸緩(huǎn)慢，摩擦力的增加也(yě)相應緩慢。在正常情況下，O型圈的使用壽命随着液體壓力的升高将會近似的呈平方(fāng)關系(xì)而減小。

摩擦力的增加，使得旋轉或往複運動的軸與O型密封圈之(zhī)間産生大量的摩擦熱。由(yóu)于多數O型圈都是用橡膠制成的，導熱性極差。因此，摩擦熱就(jiù)會引起橡膠的老化，導緻O型圈實效，破壞其密封性能。摩(mó)擦還會引(yǐn)起O型圈表面損傷，使壓縮(suō)量減小。嚴重的摩擦會(huì)很快引(yǐn)起O型圈的表面損壞，失去密封性。作氣動往(wǎng)複運動用密封時(shí)，摩擦熱還會引起粘(zhān)着，造成摩擦力進一步增加。

運(yùn)動用密(mì)封在低速運動時，摩擦阻力還是引起爬行的(de)一個因素(sù)，影響元件和系統的工作性能。所以對運動(dòng)密封來說，摩擦性是重要性能之一(yī)。摩擦系數是摩擦特性的一個評價(jià)指标，合成橡膠摩擦系數較大，由于密封在運動狀(zhuàng)态時，通常處于工作油液或潤滑劑參與的混(hùn)合潤滑狀态，摩(mó)擦系數一般(bān)在0.1以下。摩擦(cā)力的大小在很大程度上(shàng)取決于被密封件的表面硬度(dù)與表面粗糙度。

7、焦耳(ěr)熱(rè)效應

橡膠材料的焦耳熱效應，是(shì)指(zhǐ)處于拉伸狀态的橡膠遇熱(rè)産生(shēng)收縮(suō)的現象(xiàng)。在安裝O型圈時，為了使(shǐ)它在密封溝槽内不(bú)産生竄動，在用作往複運動密封時，不産生扭曲現(xiàn)象，一般使它處于某種程(chéng)度的拉伸狀态。但如果将(jiāng)這種安裝方法用于旋轉運動，就會産生不良的結果。本來已(yǐ)經緊箍在旋轉軸上的O形密封(fēng)圈，因旋轉運動産生的摩擦熱(rè)而收縮，進而使這種緊箍力增大，這樣，産生摩擦熱→收縮→緊箍力增大→産生摩(mó)擦熱→……，如此反複循環，就大大地促進了橡膠的老化和磨損。

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