O型圈設計、使用(yòng)不(bú)當會加速(sù)它的(de)損壞，喪失密封(fēng)性(xìng)能(néng)。實驗表明，如密封裝置各部分設計合理，單純地提高壓力，并不會造(zào)成O型圈(quān)的破壞。在(zài)高壓、高溫的工作條件下，O型圈破壞(huài)的主要原因是O型圈材料的永(yǒng)久變形和O型圈被擠入(rù)密(mì)封間隙而引起的間隙咬(yǎo)傷一級(jí)O型圈在運動時出(chū)現扭曲現象。

1、永久變形

由于O型圈密封圈用的合成橡膠材料(liào)是屬于粘彈性材料，所以初期設定的壓(yā)緊量和回彈堵塞能力經長時間的使用(yòng)，會産生永久變形而(ér)逐漸喪(sàng)失，最終(zhōng)發生洩漏。永久(jiǔ)變形和(hé)彈力消失是O型圈失去(qù)密(mì)封性能的主要原因，以(yǐ)下是(shì)造成永久變形的主要原因。

1).壓縮率和拉(lā)伸量與永(yǒng)久變形的關系

制作O型圈(quān)所用的各種配(pèi)方的橡膠(jiāo)，在壓縮狀(zhuàng)态下都會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。使用時間越長、壓縮(suō)率和(hé)拉伸量越(yuè)大，則由橡膠應力松弛而産生的應力下降就越大，以緻(zhì)O型圈彈性不足，失去密封能力。因此，在允許的使用條(tiáo)件下，設法降低壓縮率是(shì)可取的。增加(jiā)O型圈的截面尺(chǐ)寸是(shì)降低(dī)壓縮率最簡單的方法，不過這會帶來結構尺寸的增加。

應該(gāi)注意，人們在計算(suàn)壓縮率(lǜ)時，往往忽略了O型圈在裝配時受拉(lā)伸而引起(qǐ)的截面(miàn)高度(dù)的減小。O型圈截面面積(jī)的變化是與其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生(shēng)變化，就表現為其(qí)高度的減小。此外，在表面張力作用下，O型(xíng)圈的外表面變(biàn)得更平了，即截(jié)面高度略有減小。這(zhè)也是(shì)O型密封圈壓縮應力松弛(chí)的一種(zhǒng)表現。

O型圈截(jié)面變形的(de)程度，還取決于O型圈材質的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O型圈，其截(jié)面高度也減(jiǎn)小較(jiào)多(duō)，從這一(yī)點看，應該按照使用條件盡量選用(yòng)低硬度的材(cái)質。在液體壓力和張力的作用下，橡膠材料的O型密封圈也會逐漸發生塑性變形，其(qí)截面高度會相應減小，以緻最(zuì)後失去密封能力。

2).溫度與O型圈馳張(zhāng)過程(chéng)的關系

使(shǐ)用溫(wēn)度是影響(xiǎng)O型圈永久變形的另一個重要因素。高溫會加(jiā)速橡膠材料的老化。工作溫度越高，O型圈(quān)的壓(yā)縮永久變形就越大。當永久變形大于40%時，O型圈就失去了密封(fēng)能力而(ér)發生洩漏(lòu)。因壓縮變形而在(zài)O型圈(quān)的橡膠材料中形(xíng)成(chéng)的初始應(yīng)力值，将随(suí)着(zhe)O型圈的馳張過(guò)程和溫度下降的作用而逐漸降低以緻消(xiāo)失。

溫度在零下工作的O型圈，其初始(shǐ)壓縮可能由(yóu)于溫度的急劇降低而(ér)減小或完全消失。在-50~-60℃情況下，不耐低溫的橡膠材料會完全喪失初始應力;即使耐低溫的橡膠材料，此時的初始(shǐ)應力也不(bú)會大于20℃時初始應力的25%。這是因為O型圈(quān)的初始壓縮量取(qǔ)決于線脹系數。所(suǒ)以，選取初始(shǐ)壓縮(suō)量時，就必須保證(zhèng)在(zài)由于馳張過程和溫度下降而造成應力下降後仍有足夠的密封能力(lì)。溫度在零下工(gōng)作的O型圈,應特别注意橡膠材料的(de)恢複指數和變形指數。

綜上所述，在設計上應盡量保(bǎo)證(zhèng)O型圈具有适宜的工作溫度，或選用耐高、低溫的O型圈材料，以延長(zhǎng)使用壽命。

3).介質工作壓力與永久變形

工作介質(zhì)的壓力是引起O型圈永久變形的主要因素(sù)。現代液壓設備的工作壓力正日益提高。長時間(jiān)的高壓作(zuò)用會使(shǐ)O型圈(quān)發生永久變形。因此，設(shè)計時應(yīng)根據工作壓力選用适當的耐壓橡膠材料。工作壓力越高，所(suǒ)用材料的硬度和耐高壓性能也應(yīng)越高。

為了改善O型圈(quān)材料的耐壓性能，增加材(cái)料的彈性(xìng)(特别是增加材料在低溫下的(de)彈性)、降低(dī)材料的壓縮永久變形，一般需要改進材料的配方，加入增塑劑。但是，具(jù)有增塑劑的O密封形圈，長時間(jiān)在工作介質(zhì)中浸泡，增塑劑會逐漸被工作介質吸收(shōu)，導緻O型密封圈體積收縮，甚至可能使O型密封圈(quān)産生負壓縮(即在(zài)O型密封(fēng)圈和被密封件的表面之間(jiān)出現間隙)。因此，在計算O型密(mì)封圈壓縮(suō)量和進(jìn)行(háng)模具(jù)設計時，應充分(fèn)考(kǎo)慮(lǜ)到這些收縮量。應使(shǐ)壓制出的O型密(mì)封圈在工作介質中浸泡5~10晝(zhòu)夜後仍能保持必要的(de)尺寸。

O型圈材料的壓縮永久變形率(lǜ)與溫度有關。當(dāng)變形率在40%或更大時，即會出現洩漏，所以(yǐ)幾種膠料的耐熱性(xìng)界限為:丁腈橡膠70℃，三元乙丙橡(xiàng)膠100℃，氟橡膠140℃。因此各國對O型圈的永久(jiǔ)變形作(zuò)了規定。中國标準橡(xiàng)膠材料的O型圈在不同溫度下的尺寸變化見表。同一材料的O型(xíng)圈，在同一溫度下，截面直徑大的O型圈壓縮永久變形率較低。

在油(yóu)中的情況就不同了(le)。由于此時O型圈不與氧氣接觸，所以上述(shù)不良反應大為減少。加之又通(tōng)常會引起膠料有一定的膨脹(zhàng)，所以(yǐ)因溫度引(yǐn)起的壓(yā)縮永久(jiǔ)變形(xíng)率将被抵消。因此，在油中的耐(nài)熱(rè)性大為提高(gāo)。以丁腈橡膠為例，它的工作溫度可達120℃或(huò)更高。

2、間隙咬傷

被密封的(de)零件存在着幾何精度(包括圓度(dù)、橢圓度、圓柱度、同軸度等)不良、零件之(zhī)間不同心(xīn)以及高壓下内徑脹大(dà)等(děng)現象，都會引起密封間隙(xì)的擴大和間隙擠出現象的加劇。O型圈的硬度(dù)對間隙擠出現象也(yě)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型圈的間隙擠出現象越嚴重。

防止間隙(xì)咬傷的措施是，對O型密封圈的硬度和密封間隙(xì)加以嚴格的控制。選用(yòng)硬度合适的密封材料控制(zhì)間隙。常用的O型圈的硬度(dù)範圍是HS60~90。低硬度者用于低壓，高硬度者用于高壓。配(pèi)用适當的密封圈保護擋圈，是防止O型圈被擠入間隙的有效方法。

3、扭曲現象

扭曲是(shì)指O型圈沿周向發生扭(niǔ)轉的現象，扭曲現象(xiàng)一般發生在動密(mì)封狀态。

O型圈如果裝配的妥善，并且使用條件适當，一(yī)般不大容易在往(wǎng)複在往複運動狀态下産生滾動(dòng)或(huò)扭曲，因(yīn)為O型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，而且(qiě)O型(xíng)圈本身(shēn)的抗拒能力原來就能阻止扭曲。摩擦力(lì)的分布也趨向保持O型圈在其(qí)溝槽中靜止不動，因為靜摩擦大(dà)于(yú)滑動摩擦，而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑(huá)動表面的粗(cū)糙度。

引起扭曲損傷的原因很多，其中(zhōng)最主要的是(shì)由于(yú)活塞、活(huó)塞杆和缸筒的(de)間隙不均勻、偏心過(guò)大、O型圈斷面直徑不均勻等(děng)造成，由于造成O型圈在一周多受的摩擦力不均勻(yún)，O型圈的某(mǒu)些部分摩擦過大，發生扭曲。通常，斷(duàn)面尺寸較小的O型圈(quān)，容易産生摩擦不均勻造成(chéng)扭曲(運動用(yòng)O型圈比固(gù)定用O型(xíng)圈的斷面直徑大就是這個(gè)道理)。

另外，由于密封溝(gōu)槽存在着同(tóng)軸度偏差，密封高(gāo)度不相(xiàng)等以及O型圈截(jié)面直(zhí)徑不均勻等現象，可能使得O型圈的一部分壓縮過大，另一部分過小或不受壓縮(suō)。當溝槽存在偏(piān)心即(jí)同軸偏差(chà)大于O型圈的壓縮量時，密封會完全(quán)失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O型密(mì)封圈沿圓周壓縮不均。

此外還有由于O型圈截面(miàn)直徑、材質硬度、潤滑油膜厚度等的不均以及密封軸表面粗糙度等因素的影(yǐng)響，導緻O型圈的(de)一部分沿工作表(biǎo)面滑動，另一部分(fèn)則發生滾(gǔn)動，從而(ér)造成O型圈的扭曲。運動用O型(xíng)圈很容易因扭曲而(ér)損壞，這是密封裝置(zhì)發生損(sǔn)壞和洩漏的(de)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(bǎo)證O型(xíng)圈具有可靠的密封(fēng)性和壽(shòu)命的重要因素。

安(ān)裝密封圈不應是它處于扭曲狀态。假如在安(ān)裝時就被扭曲(qǔ)，則扭曲(qǔ)損傷就會很快發生。在工作中，扭曲現(xiàn)象會将O型圈切斷，産生大量漏油，而且切斷的O型圈會混到液(yè)壓系統的其他部位(wèi)，造成重大(dà)事故。

為了防(fáng)止O型圈的扭曲損(sǔn)傷，在設計時應注意以下幾點：

1).O型圈安裝溝槽的(de)同心度大小，應從加工方便和不(bú)産生扭曲現象兩個方面來考慮。

2).O型(xíng)圈斷(duàn)面尺寸應均勻，并且在每次安(ān)裝時都應在密封部位充分塗(tú)抹潤滑油或潤滑脂(zhī)。有(yǒu)時也可(kě)以采用浸(jìn)透潤(rùn)滑油的氈圈式加油裝置。

3).加(jiā)大(dà)O型圈(quān)的截面直徑，動密封用O型密封圈的截面(miàn)直徑一般應大(dà)于靜密封用O型圈;此外，O型圈應避免用作大直(zhí)徑活塞的密封。

4).在低壓下也産(chǎn)生扭曲損(sǔn)傷時，可使用密封圈保護擋圈(quān)。

5).降低缸筒(tǒng)和活塞(sāi)杆(gǎn)的表面粗糙度。

6).采用低(dī)摩擦系數的材料制作O型密(mì)封(fēng)圈。

7).可用不易産生扭曲現象的密封圈代替O型圈。

4、磨粒磨損現象

當密封的間隙(xì)具有相對運動時，工(gōng)作環境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞杆表面，并随着活塞杆(gǎn)的往複運(yùn)動與油膜一起被帶入缸内，成為侵入O型密封(fēng)圈表面的磨粒，加速O型圈的磨(mó)損，以緻其失去密封性。為了避(bì)免這種(zhǒng)情況發(fā)生，在往(wǎng)複運動式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵圈。

5、滑(huá)動(dòng)表面對O型圈的影響

滑動(dòng)表面的粗糙度是影響O型圈(quān)表面摩擦與磨損(sǔn)的直接因(yīn)素。一般地說，表(biǎo)面(miàn)光潔摩擦與磨損就小，所以滑動(dòng)表面的粗(cū)糙度數值往(wǎng)往很低(Ra0.2~0.050μm)。但是(shì)，試驗表明，表面(miàn)粗糙過低(dī)(Ra低于0.050μm)又(yòu)會給摩擦與磨損帶(dài)來(lái)不利的(de)影響。這是因為微(wēi)小的(de)表面凹凸不平，可以保持必要(yào)的潤滑油膜。因此要選擇适當(dāng)的表(biǎo)面要求。

滑動表面(miàn)的材質(zhì)對O型圈的壽命也有影響。滑動表面(miàn)材質的硬度越大(dà)、耐磨性越高、保持光潔的能力就越強，O型圈的壽(shòu)命也就越長。這(zhè)也是液壓缸活塞杆表面鍍鉻的重(zhòng)要(yào)原因。同理可以解釋(shì)具有同樣粗糙度的(de)用銅、鋁合金制成的滑動表面比鋼制滑動表面對密(mì)封圈的摩擦與磨損更為嚴重，低硬(yìng)度、大壓縮量的密封(fēng)圈不如高硬度(dù)、小壓縮量的密封(fēng)圈耐用的情況。

6、摩擦力與O型(xíng)圈的應用

在動(dòng)密封裝置中，摩擦與磨損(sǔn)是O型圈損壞的重要(yào)影響因素。磨損程度主要取決于摩擦力的大小。當液(yè)體壓力(lì)微小時，O型圈摩擦力(lì)的大小取(qǔ)決于它的預壓縮量。當工作液體(tǐ)承受壓力時(shí)，摩擦(cā)力随之工作壓力的增加而增大。在工作壓力小于20MPa的情況下，近(jìn)似(sì)地呈線形關系。壓力大于20MPa時，随着壓力的增加，O型圈(quān)與金屬表面接(jiē)觸面積的增加也逐漸緩慢(màn)，摩擦力的增加也相應緩慢。在正常情況下，O型圈的使用壽命随(suí)着液體壓力的升高(gāo)将(jiāng)會(huì)近似的(de)呈平方關(guān)系而減小。

摩擦力(lì)的增加，使得旋轉或往複運動的軸(zhóu)與O型密封圈之間産生大量的摩擦熱。由(yóu)于多數O型圈都是用橡膠制成(chéng)的，導(dǎo)熱性極差。因此，摩擦熱就會引起橡膠的老化，導(dǎo)緻O型圈實效，破壞其密(mì)封性能。摩擦(cā)還會引起O型圈表(biǎo)面損傷，使(shǐ)壓縮量減小。嚴重的(de)摩擦會很快引起O型圈(quān)的表面損壞，失去密封性。作氣動往複(fú)運動用密(mì)封時，摩擦熱還會引起粘着，造成摩擦力進一步增加。

運動(dòng)用密封在低速運(yùn)動時(shí)，摩擦阻力還是引起(qǐ)爬(pá)行的一(yī)個因素，影響元(yuán)件和系統的工作性能。所以對運動密(mì)封來說，摩擦性是重要性能之一。摩擦(cā)系數是摩擦特性的一個評價指(zhǐ)标，合成橡膠摩擦(cā)系數較大，由于(yú)密(mì)封在運動狀态(tài)時，通常處于工作油液或潤滑劑參與(yǔ)的混合潤滑狀态(tài)，摩擦系數一(yī)般在0.1以下。摩擦力的大小在很(hěn)大程度上取決于被密封件的(de)表面硬度與表(biǎo)面粗(cū)糙度。

7、焦耳熱效應

橡(xiàng)膠材料的焦耳熱效應，是指處于拉伸狀态的橡膠遇熱産生收縮的現象。在安裝(zhuāng)O型圈時，為了使它(tā)在密封溝槽内不産生(shēng)竄動，在用作(zuò)往複運動密封時，不産生扭曲現象，一(yī)般使它處于某種程度的拉伸(shēn)狀态(tài)。但如果将這種安裝方法用于旋轉運動，就會産生不良(liáng)的結果。本來(lái)已經緊箍在旋轉(zhuǎn)軸上的O形密封圈(quān)，因旋轉運動産生(shēng)的摩擦熱而收縮，進而使這種緊箍(gū)力增大(dà)，這樣，産生(shēng)摩(mó)擦熱→收縮→緊箍(gū)力增(zēng)大→産生摩擦熱→……，如此(cǐ)反複循環，就大大地促進了橡膠的老化和磨(mó)損。