O型密封圈的主要失效原因及其防治步伐

O型圈设计、使用不当会加速它的损坏，丧失密封性能。实验标明，如密封装置各部分设计合理，纯粹地提高压力，并不会造成O型圈的破坏。在高压、高温的事情条件下，O型圈破坏的主要原因是O型圈质料的永久变形和O型圈被挤入密封间隙而引起的间隙咬伤一级O型圈在运动时泛起扭曲现象。

1、永久变形

由于O型圈密封圈用的合成橡胶质料是属于粘弹性质料，所以初期设定的压紧量和回弹梗塞能力经长时间的使用，会爆发永久变形而逐渐丧失，最终爆发泄漏。永久变形和弹力消失是O型圈失去密封性能的主要原因，以下是造成永久变形的主要原因。

1).压缩率和拉伸量与永久变形的关系

制作O型圈所用的种种配方的橡胶，在压缩状态下都会爆发压缩应力松弛现象，此时，压缩应力随着时间的增长而减小。使用时间越长、压缩率和拉伸量越大，则由橡胶应力松弛而爆发的应力下降就越大，以致O型圈弹性缺乏，失去密封能力。因此，在允许的使用条件下，设法降低压缩率是可取的。增加O型圈的截面尺寸是降低压缩率最简单的要领，不过这会带来结构尺寸的增加。

应该注意，人们在盘算压缩率时，往往忽略了O型圈在装配时受拉伸而引起的截面高度的减小。O型圈截面面积的变革是与其周长的变革成反比的。同时，由于拉力的作用，O型圈的截面形状也会爆发变革，就体现为其高度的减小。别的，在外貌张力作用下，O型圈的外外貌变得更平了，即截面高度略有减小。这也是O型密封圈压缩应力松弛的一种体现。

O型圈截面变形的水平，还取决于O型圈材质的硬度。在拉伸量相同的情况下，硬度大的O型圈，其截面高度也减小较多，从这一点看，应该凭据使用条件尽量选用低硬度的材质。在液体压力和张力的作用下，橡胶质料的O型密封圈也会逐渐爆发塑性变形，其截面高度会相应减小，以致最后失去密封能力。

2).温度与O型圈驰张历程的关系

使用温度是影响O型圈永久变形的另一个重要因素。高温会加速橡胶质料的老化。事情温度越高，O型圈的压缩永久变形就越大。当永久变形大于40%时，O型圈就失去了密封能力而爆发泄漏。因压缩变形而在O型圈的橡胶质料中形成的初始应力值，将随着O型圈的驰张历程和温度下降的作用而逐渐降低以致消失。

温度在零下事情的O型圈，其初始压缩可能由于温度的急剧降低而减小或完全消失。在-50~-60℃情况下，不耐低温的橡胶质料会完全丧失初始应力;纵然耐低温的橡胶质料，此时的初始应力也不会大于20℃时初始应力的25%。这是因为O型圈的初始压缩量取决于线胀系数。所以，选取初始压缩量时，就必须包管在由于驰张历程和温度下降而造成应力下降后仍有足够的密封能力。温度在零下事情的O型圈,应特别注意橡胶质料的恢复指数和变形指数。

综上所述，在设计上应尽量包管O型圈具有适宜的事情温度，或选用耐高、低温的O型圈质料，以延长使用寿命。

3).介质事情压力与永久变形

事情介质的压力是引起O型圈永久变形的主要因素。现代液压设备的事情压力正日益提高。长时间的高压作用会使O型圈爆发永久变形。因此，设计时应凭据事情压力选用适当的耐压橡胶质料。事情压力越高，所用质料的硬度和耐高压性能也应越高。

为了改善O型圈质料的耐压性能，增加质料的弹性(特别是增加质料在低温下的弹性)、降低质料的压缩永久变形，一般需要革新质料的配方，加入增塑剂。可是，具有增塑剂的O密封形圈，长时间在事情介质中浸泡，增塑剂会逐渐被事情介质吸收，导致O型密封圈体积收缩，甚至可能使O型密封圈爆发负压缩(即在O型密封圈和被密封件的外貌之间泛起间隙)。因此，在盘算O型密封圈压缩量和进行模具设计时，应充分考虑到这些收缩量。应使压制出的O型密封圈在事情介质中浸泡5~10昼夜后仍能坚持须要的尺寸。

O型圈质料的压缩永久变形率与温度有关。当变形率在40%或更大时，即会泛起泄漏，所以几种胶料的耐热性界限为:丁腈橡胶70℃，三元乙丙橡胶100℃，氟橡胶140℃。因此各国对O型圈的永久变形作了划定。中国标准橡胶质料的O型圈在差别温度下的尺寸变革见表。同一质料的O型圈，在同一温度下，截面直径大的O型圈压缩永久变形率较低。

在油中的情况就差别了。由于此时O型圈不与氧气接触，所以上述不良反应大为减少。加之又通�；嵋鸾毫嫌幸欢ǖ呐蛘�，所以因温度引起的压缩永久变形率将被抵消。因此，在油中的耐热性大为提高。以丁腈橡胶为例，它的事情温度可达120℃或更高。

2、间隙咬伤

被密封的零件保存着几何精度(包括圆度、椭圆度、圆柱度、同轴度等)不良、零件之间差别心以及高压下内径胀大等现象，都会引起密封间隙的扩大和间隙挤泛起象的加剧。O型圈的硬度对间隙挤泛起象也有明显的影响。液体或气体的压力越高，O型圈质料硬度越小，则O型圈的间隙挤泛起象越严重。

避免间隙咬伤的步伐是，对O型密封圈的硬度和密封间隙加以严格的控制。选用硬度合适的密封质料控制间隙。常用的O型圈的硬度规模是HS60~90。低硬度者用于低压，高硬度者用于高压。配用适当的密封圈�；さ踩�，是避免O型圈被挤入间隙的有效要领。

3、扭曲现象

扭曲是指O型圈沿周向爆发扭转的现象，扭曲现象一般爆发在动密封状态。

O型圈如果装配的妥善，并且使用条件适当，一般不大容易在往复在往复运动状态下爆发转动或扭曲，因为O型圈与沟槽的接触面积大于在滑动外貌上的摩擦接触面积，并且O型圈自己的抗拒能力原来就能阻止扭曲。摩擦力的漫衍也趋向坚持O型圈在其沟槽中静止不动，因为静摩擦大于滑动摩擦，并且沟槽外貌的粗糙度一般不如滑动外貌的粗糙度。

引起扭曲损伤的原因许多，其中最主要的是由于活塞、活塞杆和缸筒的间隙不均匀、偏心过大、O型圈断面直径不均匀等造成，由于造成O型圈在一周多受的摩擦力不均匀，O型圈的某些部分摩掠过大，爆发扭曲。通常，断面尺寸较小的O型圈，容易爆发摩擦不均匀造成扭曲(运动用O型圈比牢固用O型圈的断面直径大就是这个原理)。

另外，由于密封沟槽保存着同轴度偏差，密封高度不相等以及O型圈截面直径不均匀等现象，可能使得O型圈的一部分压缩过大，另一部分过小或不受压缩。当沟槽保存偏心即同轴偏差大于O型圈的压缩量时，密封会完全失效。密封沟槽同轴度偏差大的另一个害处是使O型密封圈沿圆周压缩不均。

别的另有由于O型圈截面直径、材质硬度、润滑油膜厚度等的不均以及密封轴外貌粗糙度等因素的影响，导致O型圈的一部分沿事情外貌滑动，另一部分则爆发转动，从而造成O型圈的扭曲。运动用O型圈很容易因扭曲而损坏，这是密封装置爆发损坏和泄漏的重要原因。因此提高密封沟槽的加工精密度以及减小偏心是包管O型圈具有可靠的密封性和寿命的重要因素。

装置密封圈不应是它处于扭曲状态。假如在装置时就被扭曲，则扭曲损伤就会很快爆发。在事情中，扭曲现象会将O型圈切断，爆发大宗漏油，并且切断的O型圈会混到液压系统的其他部位，造成重大事故。

为了避免O型圈的扭曲损伤，在设计时应注意以下几点：

1).O型圈装置沟槽的同心度巨细，应从加工便当和不爆发扭曲现象两个方面来考虑。

2).O型圈断面尺寸应均匀，并且在每次装置时都应在密封部位充分涂抹润滑油或润滑脂。有时也可以接纳浸透润滑油的毡圈式加油装置。

3).加大O型圈的截面直径，动密封用O型密封圈的截面直径一般应大于静密封用O型圈;别的，O型圈应制止用作大直径活塞的密封。

4).在低压下也爆发扭曲损伤时，可使用密封圈�；さ踩�。

5).降低缸筒和活塞杆的外貌粗糙度。

6).接纳低摩擦系数的质料制作O型密封圈。

7).可用不易爆发扭曲现象的密封圈取代O型圈。

4、磨粒磨损现象

?泵芊獾募湎毒哂邢喽栽硕�，事情情况中的灰尘和沙粒等被粘附在活塞杆外貌，并随着活塞杆的往复运动与油膜一起被带入缸内，成为侵入O型密封圈外貌的磨粒，加速O型圈的磨损，以致其失去密封性。为了制止这种情况爆发，在往复运动式密封装置的外伸轴端处必须使用防尘圈。

5、滑动外貌对O型圈的影响

滑动外貌的粗糙度是影响O型圈外貌摩擦与磨损的直接因素。一般地说，外貌光洁摩擦与磨损就小，所以滑动外貌的粗糙度数值往往很低(Ra0.2~0.050μm)。可是，试验标明，外貌粗糙过低(Ra低于0.050μm)又会给摩擦与磨损带来倒运的影响。这是因为微小的外貌高低不平，可以坚持须要的润滑油膜。因此要选择适当的外貌要求。

滑动外貌的材质对O型圈的寿命也有影响�；饷膊闹实挠捕仍酱蟆⒛湍バ栽礁摺⒓岢止饨嗟哪芰驮角�，O型圈的寿命也就越长。这也是液压缸活塞杆外貌镀铬的重要原因。同理可以解释具有同样粗糙度的用铜、铝合金制成的滑动外貌比钢制滑动外貌对密封圈的摩擦与磨损更为严重，低硬度、大压缩量的密封圈不如高硬度、小压缩量的密封圈耐用的情况。

6、摩擦力与O型圈的应用

在动密封装置中，摩擦与磨损是O型圈损坏的重要影响因素。磨损水平主要取决于摩擦力的巨细。当液体压力微小时，O型圈摩擦力的巨细取决于它的预压缩量。当事情液体蒙受压力时，摩擦力随之事情压力的增加而增大。在事情压力小于20MPa的情况下，近似地呈线形关系。压力大于20MPa时，随着压力的增加，O型圈与金属外貌接触面积的增加也逐渐缓慢，摩擦力的增加也相应缓慢。在正常情况下，O型圈的使用寿命随着液体压力的升高将会近似的呈平方关系而减小。

摩擦力的增加，使得旋转或往复运动的轴与O型密封圈之间爆发大宗的摩擦热。由于大都O型圈都是用橡胶制成的，导热性极差。因此，摩擦热就会引起橡胶的老化，导致O型圈实效，破坏其密封性能。摩擦还会引起O型圈外貌损伤，使压缩量减小。严重的摩擦会很快引起O型圈的外貌损坏，失去密封性。作气动往复运动用密封时，摩擦热还会引起粘着，造成摩擦力进一步增加。

运动用密封在低速运动时，摩擦阻力照旧引起爬行的一个因素，影响元件和系统的事情性能。所以对运动密封来说，摩擦性是重要性能之一。摩擦系数是摩擦特性的一个评价指标，合成橡胶摩擦系数较大，由于密封在运动状态时，通常处于事情油液或润滑剂加入的混淆润滑状态，摩擦系数一般在0.1以下。摩擦力的巨细在很洪流平上取决于被密封件的外貌硬度与外貌粗糙度。

7、焦耳热效应

橡胶质料的焦耳热效应，是指处于拉伸状态的橡胶遇热爆发收缩的现象。在装置O型圈时，为了使它在密封沟槽内不爆发窜动，在用作往复运动密封时，不爆发扭曲现象，一般使它处于某种水平的拉伸状态。但如果将这种装置要领用于旋转运动，就会爆发不良的结果。原来已经紧箍在旋转轴上的O形密封圈，因旋转运动爆发的摩擦热而收缩，进而使这种紧箍力增大，这样，爆发摩擦热→收缩→紧箍力增大→爆发摩擦热→……，如此重复循环，就大大地增进了橡胶的老化和磨损。

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