O型(xíng)圈設計、使用不當會加速它的損壞，喪失密封性能。實驗(yàn)表明，如密封裝(zhuāng)置各部分設計合(hé)理，單純地提高壓(yā)力，并不會造成O型圈(quān)的破壞。在高壓、高溫的工作條件下，O型圈破壞的主要原因是(shì)O型圈材(cái)料的永久變(biàn)形和(hé)O型圈被(bèi)擠入密封間隙而引(yǐn)起的間(jiān)隙咬傷一級O型圈在運動時出現扭曲(qǔ)現象。

1、永久變形

由于O型圈密封(fēng)圈用的合成橡膠材料是屬于粘彈性材料，所以初期設定的壓緊量和回(huí)彈堵塞能力經長(zhǎng)時(shí)間的使(shǐ)用，會産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的主要原因。

1).壓縮率(lǜ)和拉伸量與永(yǒng)久變(biàn)形的關系

制作O型圈所用的各種配方的橡膠，在壓縮狀态下都會産生壓縮應力松弛現象，此(cǐ)時，壓縮應(yīng)力随着時間的增(zēng)長而減小。使用時間越長、壓縮率和拉伸量越大，則由橡膠應力松弛而(ér)産生的應力下(xià)降就越大，以緻O型圈彈性不足，失去密封能力。因此(cǐ)，在允許的(de)使用條件(jiàn)下，設法降(jiàng)低壓縮率是可(kě)取的。增加O型(xíng)圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡單(dān)的方(fāng)法，不過這會帶來結構尺寸(cùn)的增加。

應該注意(yì)，人們在計算壓縮率時，往往忽略了(le)O型圈在裝配時受拉伸而引起的截面高度的減小。O型(xíng)圈截面面積的變(biàn)化是與其周長的(de)變化成反比的。同時，由于拉力的作(zuò)用，O型圈的截面形狀也會發生變化，就表現(xiàn)為其高度(dù)的減小。此外，在(zài)表面張力作用下，O型(xíng)圈的外表面變得更平了，即截面高(gāo)度略(luè)有減小。這也是(shì)O型密封圈壓縮(suō)應力松弛(chí)的一種表現。

O型圈截(jié)面變形的程度，還取決于O型圈(quān)材(cái)質的硬(yìng)度。在拉伸量相(xiàng)同的(de)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，應該按(àn)照使用條件(jiàn)盡量選用低硬度的材質。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(biàn)形，其截面高(gāo)度會相(xiàng)應減小，以緻最後失去密(mì)封能力。

2).溫度與(yǔ)O型(xíng)圈馳(chí)張過程的關(guān)系

使用溫度是影響O型圈永久變形的另一個重要因素。高溫會加速橡膠材料(liào)的老化。工作溫度越(yuè)高，O型圈(quān)的壓縮永久變形(xíng)就越大。當永久變形大于40%時，O型圈就失去了密封能力(lì)而發(fā)生洩漏。因壓縮變形而在O型(xíng)圈的橡膠材料中形成的初始應力值，将随着O型圈的馳(chí)張過程和溫度下降的作用而逐漸(jiàn)降低以緻消(xiāo)失。

溫(wēn)度(dù)在零下工作的(de)O型(xíng)圈，其初始(shǐ)壓縮(suō)可能由于溫度的急(jí)劇降低而減小或完全消失。在-50~-60℃情況下，不耐低(dī)溫的橡膠(jiāo)材料會完全喪(sàng)失初始應力;即使耐(nài)低溫的橡膠(jiāo)材料，此時的初始(shǐ)應力也不會大于20℃時初始應力的25%。這是因為O型圈的初始壓縮量取決于(yú)線脹系數。所以，選(xuǎn)取初始壓縮量(liàng)時，就必須保證在(zài)由(yóu)于馳張過程和溫(wēn)度下(xià)降而造成應(yīng)力下降後仍有足夠的密封(fēng)能力(lì)。溫度在零下工作的O型圈,應特别注意橡膠材料的恢複指數和變形指數。

綜上所述，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(lì)與永久變形(xíng)

工作介質的壓力是引起O型圈永久變形的主要因素。現代液壓設備的工作壓力正日益提高。長時(shí)間的高壓作用(yòng)會使O型圈發生永久變形。因此，設計時應根據工作壓力選用适當的耐壓橡膠材料。工作壓力越高，所用(yòng)材料(liào)的硬度和耐(nài)高壓性能也應(yīng)越高。

為了改善O型圈(quān)材料的耐壓性能，增加材料的彈性(特别是增加材料在低溫下的彈性(xìng))、降低材料的壓(yā)縮永久變形(xíng)，一般需要改進材(cái)料的配方(fāng)，加入增塑劑(jì)。但(dàn)是，具有增塑劑的O密封形圈，長時間在工作介質中浸泡，增塑劑會逐漸被工作介質吸(xī)收，導緻O型密封圈體積收縮，甚至可能使O型密封圈産生負壓縮(即在O型密封圈和(hé)被密封件的表面之間出現(xiàn)間隙)。因此，在計算O型密(mì)封圈壓縮量和進行模具設計時，應充分考慮到這些收縮量(liàng)。應使壓制出(chū)的O型密封圈在工作介質中(zhōng)浸泡5~10晝夜後仍能保(bǎo)持必要的尺寸。

O型圈材料的壓(yā)縮永久變形率與溫(wēn)度有關。當變形率(lǜ)在40%或更大時，即會出現(xiàn)洩漏，所以幾種膠料(liào)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(duì)O型圈的永久變形(xíng)作了規定。中國标準橡膠材料的O型(xíng)圈(quān)在不同溫度下(xià)的尺寸變化見表。同一材料(liào)的O型圈(quān)，在(zài)同(tóng)一溫度下，截面直徑大的O型(xíng)圈壓縮永久變形率較低。

在(zài)油中的情況(kuàng)就不(bú)同了(le)。由于此時O型圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應大為減少。加之又通(tōng)常會引起膠料有一定的(de)膨脹，所以因溫度引起的(de)壓縮(suō)永久變形率将被(bèi)抵消。因此，在油中的耐熱性大為提高。以丁腈橡膠為例，它的工作溫(wēn)度可達120℃或(huò)更高。

2、間隙咬傷

被密封的零(líng)件存在着幾何精度(包括圓度、橢圓度、圓柱度、同軸度等(děng))不良、零件之間不(bú)同心以及(jí)高壓下内徑脹大等現象，都會引起密封間隙的擴大和(hé)間隙擠出現象的加劇。O型圈的硬度對間(jiān)隙擠出現象也有明顯的影響。液體或氣體的壓力越高(gāo)，O型圈材料硬度(dù)越小，則O型圈的間隙擠出(chū)現象越嚴重。

防止間隙咬傷(shāng)的(de)措施是，對O型密封圈的硬度和密封(fēng)間隙加以嚴格(gé)的控制。選用(yòng)硬度(dù)合适的密封材料控制間隙。常用的O型圈的硬度範圍(wéi)是HS60~90。低硬度者用于低(dī)壓(yā)，高硬度者用(yòng)于高壓。配用适當的密封圈保護擋圈，是(shì)防止O型圈被擠入間隙的有效(xiào)方法。

3、扭曲現象

扭曲是指O型圈沿周向發生扭轉的現象(xiàng)，扭(niǔ)曲現象(xiàng)一般發生在動密封狀态。

O型圈如果裝(zhuāng)配(pèi)的妥善，并且使用條(tiáo)件适當，一般不大容易在往複在往複運動狀(zhuàng)态下産生滾動或扭曲(qǔ)，因(yīn)為O型圈與溝槽的接觸面積大于在滑動表面上的摩擦接觸面積，而且O型圈(quān)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(xiàng)保持O型圈在其溝槽中靜止(zhǐ)不動，因為靜(jìng)摩(mó)擦大于滑動(dòng)摩擦，而且(qiě)溝槽表面的粗糙度一般(bān)不如滑動表面的粗糙度。

引起扭曲損傷的(de)原因很多，其中最主要(yào)的是(shì)由于活塞、活塞杆和缸筒的間(jiān)隙(xì)不均勻、偏心過大、O型(xíng)圈(quān)斷面(miàn)直徑不均勻等造成，由于造成O型圈在一周多(duō)受的摩擦力不均勻，O型圈的某些部(bù)分摩擦過大，發生扭曲。通常，斷面尺寸較小的O型圈，容易産生摩擦不均勻造成扭曲(運(yùn)動用O型圈(quān)比固定用(yòng)O型圈的斷面直徑大就是這個道理(lǐ))。

另外，由于密封溝槽存在着(zhe)同軸度(dù)偏差，密封高度不相等以及O型圈截面直徑不均勻(yún)等現象，可能使得O型(xíng)圈的一部分壓縮過大，另一部分(fèn)過(guò)小或不受壓縮。當溝槽存在偏心即(jí)同軸偏差大于O型(xíng)圈(quān)的壓縮量時，密(mì)封會完全(quán)失效(xiào)。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O型密封圈沿圓(yuán)周壓縮不均。

此外(wài)還有由于O型圈截面直徑、材(cái)質硬度、潤滑油膜厚度等的不均以及密封軸(zhóu)表面粗糙度等因素的影(yǐng)響，導緻O型圈(quān)的一部(bù)分沿工作表面滑動，另一部分則發(fā)生滾動，從而造成(chéng)O型圈的扭曲。運動用O型圈很容易(yì)因扭曲而損壞，這(zhè)是(shì)密封裝置發生損壞和洩(xiè)漏的重要原(yuán)因。因此提高密(mì)封溝槽的加工精(jīng)密度以及減小偏心是保證O型圈具(jù)有可靠的密封性和壽命的重要因(yīn)素。

安裝密封圈不(bú)應是它處于扭曲狀态(tài)。假如在安裝時就被(bèi)扭曲，則扭(niǔ)曲損傷就會很(hěn)快發生。在工作中，扭曲現象會将O型圈切斷，産生(shēng)大(dà)量漏油，而且切斷的O型(xíng)圈會混到液壓系(xì)統的其他部位，造(zào)成重大事故。

為了防止O型圈的扭曲損傷，在設計時應(yīng)注意以下幾點：

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

2).O型圈斷面(miàn)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(yóu)或潤滑脂。有時也可以采用浸透潤滑油的氈圈式加油裝置。

3).加(jiā)大O型圈的截面直徑，動密封用O型密封圈的截面直徑一般應大于靜密封用(yòng)O型(xíng)圈;此外，O型圈應避(bì)免(miǎn)用作大直徑活塞的密封。

4).在低壓(yā)下也産生扭曲損(sǔn)傷時，可使用密封圈保護擋圈。

5).降低缸筒和活塞杆的表面粗糙度。

6).采用低摩擦系數的材料制作O型密封圈。

7).可用(yòng)不(bú)易産生扭曲現象(xiàng)的密封圈代替O型圈。

4、磨粒磨損現象

當密封的間隙具有相對運動時，工作環境中(zhōng)的灰塵(chén)和(hé)沙粒等被粘附在活塞杆(gǎn)表面(miàn)，并随着活塞杆的往複運動與油膜一(yī)起被帶入缸内，成為侵(qīn)入O型密封圈表面的磨粒，加速(sù)O型圈的磨損，以(yǐ)緻其失去密封性。為了避免這種情況發生，在(zài)往複運動式密封裝置的外伸(shēn)軸端處必須使用防塵圈。

5、滑動表面對(duì)O型圈的影響(xiǎng)

滑動表面的粗糙度是影響O型圈表面摩(mó)擦與(yǔ)磨損的直接因素。一般(bān)地說，表(biǎo)面(miàn)光潔摩擦與磨損(sǔn)就小，所以滑動表面的粗糙度數值(zhí)往往很低(Ra0.2~0.050μm)。但是，試驗(yàn)表明，表面粗糙過(guò)低(Ra低于0.050μm)又會給摩擦與磨損帶來不利的影響。這是(shì)因為微小的表面(miàn)凹凸不平，可以保持必要的潤滑油膜。因此要選擇适(shì)當的表面要求。

滑動(dòng)表(biǎo)面的材質對O型圈的(de)壽命也有(yǒu)影響。滑動表面材質的硬度越(yuè)大、耐磨性越高、保持光(guāng)潔的能力就越強，O型圈(quān)的壽命也就越(yuè)長。這也是液壓(yā)缸活塞杆表面鍍鉻的重要原因(yīn)。同理(lǐ)可以解(jiě)釋具有同樣粗糙度(dù)的用銅、鋁合金(jīn)制成(chéng)的滑(huá)動表面比鋼制滑動表面對密封圈的摩擦與磨損更為嚴重，低硬度、大壓縮量的密封圈(quān)不如高硬度、小壓縮量的密(mì)封圈耐(nài)用的情況。

6、摩擦力與O型圈的應用

在動密封裝置中，摩擦與磨損是O型圈損壞的重要影響因素。磨損程度主要取決于摩擦力(lì)的大小。當液體壓(yā)力微小時，O型圈摩擦力的大小取決于它的預壓縮量(liàng)。當工作液體承(chéng)受壓力時，摩擦力随之工作壓力的增加而增大。在工作(zuò)壓力小于20MPa的(de)情況下，近似地(dì)呈線形關系。壓力大于20MPa時，随着壓力的增加，O型圈與金屬表面(miàn)接觸面積的增加(jiā)也逐(zhú)漸緩慢，摩擦力(lì)的增(zēng)加也相應緩(huǎn)慢。在正常情(qíng)況下，O型圈的使用壽命随着液體壓力(lì)的升高(gāo)将會(huì)近(jìn)似的呈平方關系而減小。

摩擦(cā)力的增加，使得旋轉或往複運動的軸與O型密封圈之間産生大量的摩擦熱。由(yóu)于多數O型圈(quān)都是用橡膠制成的，導熱性極差。因此，摩(mó)擦熱就會引起橡(xiàng)膠的老化，導緻O型(xíng)圈實效(xiào)，破壞其密封性能。摩擦還會引起O型圈表面損傷，使壓(yā)縮量減小。嚴重的摩擦會很快引起O型圈的表面損壞，失去密封性。作氣動往複運動用密封時，摩擦熱還會引起粘着，造成摩擦力進一(yī)步增加。

運動用密(mì)封在低速運動時(shí)，摩擦阻力還是引起爬行的一個因素，影響元件和系統的工作性(xìng)能。所以對運動(dòng)密封來說，摩擦性是重(zhòng)要性能之一。摩擦系數是摩擦特性的(de)一個評價指标，合(hé)成橡膠摩擦系數(shù)較大，由于密封在運(yùn)動狀(zhuàng)态時，通常處于工作油液或潤滑劑參與的混合潤滑狀态，摩(mó)擦系數一般在(zài)0.1以下(xià)。摩擦力的大小在很大程度上取決于被密封件的表面硬度與表面粗(cū)糙度。

7、焦耳熱效應

橡膠材料的焦耳熱效應，是指處(chù)于拉伸狀态的橡膠遇熱産生收縮的現(xiàn)象。在安裝O型圈時，為了使它在(zài)密封溝槽内不(bú)産生(shēng)竄動，在用作往複(fú)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狀态。但如果将這種安裝(zhuāng)方法用于旋轉運動，就會産生不良(liáng)的結果。本來已經緊(jǐn)箍在旋轉(zhuǎn)軸上的O形密封圈，因旋(xuán)轉運動(dòng)産生的摩擦熱而收縮，進而使這種緊箍力增大，這樣，産生摩擦熱→收縮(suō)→緊箍力增(zēng)大→産生(shēng)摩(mó)擦熱→……，如此反複循環(huán)，就大(dà)大地促進了橡膠的老化和磨損。

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