概述

  O型圈(O-rings)是一種截面為圓形的橡膠密封圈，因其截面為O型，故稱其為O型橡膠密封圈，也叫O型圈。開始出現在19世紀中葉，當時用它作蒸汽機汽缸的密封元件。因為價格便宜，制造簡單，功能可靠，并且安裝要求簡單，O型圈是最常見的密封用機械設計。O型圈承受幾十兆帕斯卡（千磅）的壓力。O型圈可用于靜態的應用中，也可以用在部件之間有相對運動的動態應用中，例如旋轉泵的軸和液壓缸活塞。

O型圈規格及標準

  O型圈的標準主要有國標GB 1235-76，國標GB3452.1-92；日標P TYPE，G TYPE，S TYPE，SS/V TYPE，F TYPE；美標

  AS568，英標系列；歐標系列等

   O型圈技術要求包括外觀要求、尺寸要求和材料物理性能要求。

  外觀要求符合GB/T3452.2-2007

  材料要求符合HG/T2579-2008

  尺寸要求符合GB/T3452.1-2005

O型圈適用范圍

  O型圈適用于裝在各種機械設備上，在規定的溫度、壓力、以及不同的液體和氣體介質中，于靜止或運動狀態下起密封作用。在機床、船舶、汽車、航空航天設備、冶金機械、化工機械、工程機械、建筑機械、礦山機械、石油機械、塑料機械、農業機械、以及各類儀器儀表上，大量應用著各種類型的密封元件。O型密主要用于靜密封和往復運動密封。用于旋轉運動密封時，僅限于低速回轉密封裝置。O型圈一般安裝在外圓或內圓上截面為矩形的溝槽內起密封作用。 O型圈在耐油、酸堿、磨、化學侵蝕等環境依然起到良好密封、減震作用。因此，O型圈是液壓與氣壓傳動系統中使用最廣泛的一種密封件。 

O形圈的優勢

  O型圈與其他型式密封圈比較，具有以下優點： 

  --適合多種密封形式：靜態密封、動態密封

  --適合各種用途材料，尺寸和溝槽都已標準化，互換性強

  --適合多種運動方式：旋轉運動、軸向往復運動或組合運動（例如旋轉往復組合運動）

  --適合多種不同的密封介質：油、水、氣、化學介質或其它混合介質

  通過選用合適的橡膠材料和適當的配方設計，實現對油、水、空氣、煤氣及各種化學介質有效的密封作用。溫度使用范圍廣（－ 60 ℃～+ 220 ℃），固定使用時壓力可達 1500Kg/cm2( 與補強環并用 )。

  --設計簡單，結構小巧，裝拆方便

  O型圈斷面結構極其簡單，且有自密封作用，密封性能可靠。

  由于 O型圈本身及安裝部位結構都極其簡單，且已形成標準化，因此安裝更換都非常容易。

  --材料品種多

  可以根據不同的流體進行選擇：有丁腈橡膠（NBR）、氟橡膠（FKM）、硅橡膠（SI）、乙丙橡膠（EPDM）、氯丁橡膠（CR）、丁基橡膠（BU）、聚四氟乙烯（PTFE）、天然橡膠（NR）等

  --成本低廉

  --動摩擦阻力比較小

表示方法

  執行國標：GB1235-76  (外徑D × 線徑d2 )

  比如：O型圈 20*2.4， GB1235-76 中，20 代表大圈外徑為20毫米，2.4 代表膠圈的截面直徑是2.4毫米，GB1235 代表的是標準號，76 代表的是標準公布年代。

  執行國標：GB/T3452.1-2005 （內徑d × 線徑d2）

  比如：O型圈 7.5×1.8 ，GB/T3452.1-2005中，7.5 代表大圈內徑為7.5毫米，1.8 代表膠圈的截面直徑是1.8毫米，GB/T3452.1代表的是標準號，2005代表的是標準公布年代。

  O型圈國際通標

 A=美標S568、B=英標BS1516、C=中國C92標、V.S.P.G=日標、R=法標

安裝要求

  一、安裝O型圈的要求

  在安裝O型圈之前，檢查以下各項：

  1.引入角是否按圖紙加工 銳邊是否倒角或倒圓;

  2.內徑是否去除毛刺 表面有無污染;

  3.密封件和零件是否已涂抹潤滑脂或潤滑液(要保證彈性體的介質相容性，推薦用所密封的液體來潤滑);

  4.不得使用含固體添加劑的潤滑脂，如二硫化鉬、硫化鋅。

  二、手工安裝O型圈

  1.使用無銳邊的工具;

  2.保證O型圈不扭曲，不得過量拉伸O型圈;

  3.盡量使用輔助工具安裝O型圈，并保證正確定位;

  4.對于用密封條粘接成的O型圈，不得在連接處拉伸。

  三、安裝螺絲、花鍵等

  1.當O型圈拉伸后，要通過螺絲、花鍵、鍵槽等時，必須使用安裝心軸。該心軸可以用較軟、光滑的金屬或塑料制成，不得有毛刺或銳邊。

 2.安裝壓緊螺絲時，應對稱旋緊螺絲，不得按方向順序旋緊。

設計使用

  O型圈設計、使用不當會加速它的損壞，喪失密封性能。實驗表明，如密封裝置各部分設計合理，單純地提高壓力，并不會造成O型圈的破壞。在高壓、高溫的工作條件下，O型圈破壞的主要原因是O型圈材料的永久變形和O型圈被擠入密封間隙而引起的間隙咬傷，O型圈在運動時出現扭曲現象。

  永久變形：

  由于O型圈密封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彈堵塞能力經長時間的使用，會產生永久變形而逐漸喪失，最終發生泄漏。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）壓縮率和拉伸量與永久變形的關系

  2）溫度與O型圈馳張過程的關系

  3）介質工作壓力與永久變形

  O型圈材料的壓縮永久變形率與溫度有關。當變形率在40%或更大時，即會出現泄漏，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型圈的永久變形作了規定。中國標準橡膠材料的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。 在油中的情況就不同了。由于此時O型圈不與氧氣接觸，般發生在動密封狀態。 O型圈如果裝配的妥善，并且使用條件適當，一般不大容易在往復運動狀態下產生滾動或扭曲，因為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型圈本身的抗拒能力原來就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趨向保持O型圈在其溝槽中靜止不動，因為靜摩擦大于滑動摩擦，而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑動表面的粗糙度。

  扭曲損傷：

  引起扭曲損傷的原因很多，其中最主要的是由于活塞、活塞桿和缸筒的間隙不均勻、偏心過大、O型圈斷面直徑不均勻等造成，由于造成O型圈在一周多受的摩擦力不均勻，O型圈的某些部分摩擦過大，發生扭曲。通常，斷面尺寸較小的O型圈，容易產生摩擦不均勻。造成扭曲（運動用O型圈比固定用O型圈的斷面直徑大就是這個道理。） 另外，由于密封溝槽存在著同軸度偏差，密封高度不相等以及O型圈截面直徑不均勻等現象，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。當溝槽存在偏心即同軸偏差大于O型圈的壓縮量時，密封會完全失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O型密封圈沿圓周壓縮不均。此外還有由于O型圈截面直徑、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響，導致O型圈的一部分沿工件表面滑動，另一部分則發生滾動，從而造成O型圈的扭曲。運動使圈很容易因扭曲而損壞，這是密封裝置發生損壞和泄漏的重要原因。因此提高密封溝槽的加工精密度以及減小偏心是保證O型圈具有可靠的密封性和壽命的重要因素。 安裝密封圈不應是它處于扭曲狀態。假如在安裝時就被扭曲，則扭曲損傷就會很快發生。在工作中，扭曲現象會將O型圈切斷，產生大量漏油，而且切斷的O型圈會混到液壓系統的其他部位，造成重大事故。

  為了防止O型圈的扭曲損傷，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，應從加工方便和不產生扭曲現象兩個方面來考慮。

  2）O型圈斷面尺寸應均勻，并且在每次安裝時都應在密封部位充分涂抹潤滑油或潤滑脂。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O型圈；此外，O型圈應避免用作大直徑活塞的密封。

  4）在低壓下也產生扭曲損傷時，可使用密封圈保護擋圈。

  5）降低缸筒和活塞桿的表面粗糙度。

  6）采用低摩擦系數的材料制作O型密封圈。

  7）可用不易產生扭曲現象的密封圈代替O型圈。

  磨粒磨損現象：

  當密封的間隙具有相對運動時，工作環境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞桿表面，并隨著活塞桿的往復運動與油膜一起被帶入缸內，成為侵入O型密封圈表面的磨粒，加速O型圈的磨損，以致其失去密封性。為了避免這種情況發生，在往復運動式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵圈。

  滑動表面對O型圈的影響：

  滑動表面的粗糙度是影響O型圈表面摩擦與磨損的直接因素。一般地說，表面光潔摩擦與磨損就小，所以滑動表面的粗糙度數值往往很低（Ra0.2-.050μm）。但是，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。這是因為微小的表面凹凸不平，可以保持必要的潤滑油膜。因此要選擇適當的表面要求。 滑動表面的材質對O型圈的壽命也有影響。滑動表面材質的硬度越大、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。這也是液壓缸活塞桿表面鍍鉻的重要原因。同理可以解釋具有同樣粗糙度的用銅、鋁合金制成的滑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、大壓縮量的密封圈不如高硬度、小壓縮量的密封圈耐用的情況。

  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的大小。當液體壓力微小時，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，摩擦力隨之工作壓力的增加而增大。在工作壓力小于20MPa的情況下，近似地呈線形關系。壓力大于20MPa時，隨著壓力的增加，O型圈與金屬表面接觸面積的增加也逐漸緩慢，摩擦力的增加也相應緩慢。在正常情況下，O型圈的使用壽命隨著液體壓力的升高將會近似的呈平方關系而減小。摩擦力的增加，使得旋轉或往復運動的軸與O型密封圈之間產生大量的摩擦熱。由于多數O型圈都是用橡膠制成的，導熱性極差。因此，摩擦熱就會引起橡膠的老化，導致O型圈失效，破壞其密封性能。摩擦還會引起O型圈表面損傷，使壓縮量減小。嚴重的摩擦會很快引起O型圈的表面損壞，失去密封性。作氣動往復運動用密封時，摩擦熱還會引起粘著，造成摩擦力進一步增加。運動用密封在低速運動時，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能。所以對運動密封來說，摩擦性是重要性能之一。摩擦系數是摩擦特性的一個評價指標，合成橡膠摩擦系數較大，由于密封在運動狀態時，通常處于工作油液或潤滑劑參與的混合潤滑狀態，摩擦系數一般在0.1以下。 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糙度。 7、焦耳熱效應 橡膠材料的焦耳熱效應，是指處于拉伸狀態的橡膠遇熱產生收縮的現象。在安裝O型圈時，為了使它在密封溝槽內不產生竄動，在用作往復運動密封時，不產生扭曲現象，一般使它處于某種程度的拉伸狀態。但如果將這種安裝方法用于旋轉運動，就會產生不良的結果。本來已經緊箍在旋轉軸上的O 型密封圈，因旋轉運動產生的摩擦熱而收縮，進而使這種緊箍力增大，這樣，產生摩擦熱→收縮→緊箍力增大→產生摩擦熱→……，如此反復循環，就大大地促進了橡膠的老化和磨損。