丁晴、氟胶、三元乙丙、硅胶O型圈

概述

  O型圈(O-rings)是一种截面为圆形的橡胶密封圈，因其截面为O型，故称其为O型橡胶密封圈，也叫O型圈。开始出现在19世纪中叶，当时用它作蒸汽机汽缸的密封元件。因为价格便宜，制造简单，功能可靠，并且安装要求简单，O型圈是最常见的密封用机械设计。O型圈承受几十兆帕斯卡（千磅）的压力。O型圈可用于静态的应用中，也可以用在部件之间有相对运动的动态应用中，例如旋转泵的轴和液压缸活塞。

O型圈规格及标准

  O型圈的标准主要有国标GB 1235-76，国标GB3452.1-92；日标P TYPE，G TYPE，S TYPE，SS/V TYPE，F TYPE；美标

  AS568，英标系列；欧标系列等

   O型圈技术要求包括外观要求、尺寸要求和材料物理性能要求。

  外观要求符合GB/T3452.2-2007

  材料要求符合HG/T2579-2008

  尺寸要求符合GB/T3452.1-2005

O型圈适用范围

  O型圈适用于装在各种机械设备上，在规定的温度、压力、以及不同的液体和气体介质中，于静止或运动状态下起密封作用。在机床、船舶、汽车、航空航天设备、冶金机械、化工机械、工程机械、建筑机械、矿山机械、石油机械、塑料机械、农业机械、以及各类仪器仪表上，大量应用着各种类型的密封元件。O型密主要用于静密封和往复运动密封。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。O型圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用。 O型圈在耐油、酸碱、磨、化学侵蚀等环境依然起到良好密封、减震作用。因此，O型圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。 

O形圈的优势

  O型圈与其他型式密封圈比较，具有以下优点： 

  --适合多种密封形式：静态密封、动态密封

  --适合各种用途材料，尺寸和沟槽都已标准化，互换性强

  --适合多种运动方式：旋转运动、轴向往复运动或组合运动（例如旋转往复组合运动）

  --适合多种不同的密封介质：油、水、气、化学介质或其它混合介质

  通过选用合适的橡胶材料和适当的配方设计，实现对油、水、空气、煤气及各种化学介质有效的密封作用。温度使用范围广（－ 60 ℃～+ 220 ℃），固定使用时压力可达 1500Kg/cm2( 与补强环并用 )。

  --设计简单，结构小巧，装拆方便

  O型圈断面结构极其简单，且有自密封作用，密封性能可靠。

  由于 O型圈本身及安装部位结构都极其简单，且已形成标准化，因此安装更换都非常容易。

  --材料品种多

  可以根据不同的流体进行选择：有丁腈橡胶（NBR）、氟橡胶（FKM）、硅橡胶（SI）、乙丙橡胶（EPDM）、氯丁橡胶（CR）、丁基橡胶（BU）、聚四氟乙烯（PTFE）、天然橡胶（NR）等

  --成本低廉

  --动摩擦阻力比较小

表示方法

  执行国标：GB1235-76  (外径D × 线径d2 )

  比如：O型圈 20*2.4， GB1235-76 中，20 代表大圈外径为20毫米，2.4 代表胶圈的截面直径是2.4毫米，GB1235 代表的是标准号，76 代表的是标准公布年代。

  执行国标：GB/T3452.1-2005 （内径d × 线径d2）

  比如：O型圈 7.5×1.8 ，GB/T3452.1-2005中，7.5 代表大圈内径为7.5毫米，1.8 代表胶圈的截面直径是1.8毫米，GB/T3452.1代表的是标准号，2005代表的是标准公布年代。

  O型圈国际通标

 A=美标S568、B=英标BS1516、C=中国C92标、V.S.P.G=日标、R=法标

安装要求

  一、安装O型圈的要求

  在安装O型圈之前，检查以下各项：

  1.引入角是否按图纸加工 锐边是否倒角或倒圆;

  2.内径是否去除毛刺 表面有无污染;

  3.密封件和零件是否已涂抹润滑脂或润滑液(要保证弹性体的介质相容性，推荐用所密封的液体来润滑);

  4.不得使用含固体添加剂的润滑脂，如二硫化钼、硫化锌。

  二、手工安装O型圈

  1.使用无锐边的工具;

  2.保证O型圈不扭曲，不得过量拉伸O型圈;

  3.尽量使用辅助工具安装O型圈，并保证正确定位;

  4.对于用密封条粘接成的O型圈，不得在连接处拉伸。

  三、安装螺丝、花键等

  1.当O型圈拉伸后，要通过螺丝、花键、键槽等时，必须使用安装心轴。该心轴可以用较软、光滑的金属或塑料制成，不得有毛刺或锐边。

 2.安装压紧螺丝时，应对称旋紧螺丝，不得按方向顺序旋紧。

设计使用

  O型圈设计、使用不当会加速它的损坏，丧失密封性能。实验表明，如密封装置各部分设计合理，单纯地提高压力，并不会造成O型圈的破坏。在高压、高温的工作条件下，O型圈破坏的主要原因是O型圈材料的永久变形和O型圈被挤入密封间隙而引起的间隙咬伤，O型圈在运动时出现扭曲现象。

  永久变形：

  由于O型圈密封圈用的合成橡胶材料是属于粘弹性材料，所以初期设定的压紧量和回弹堵塞能力经长时间的使用，会产生永久变形而逐渐丧失，最终发生泄漏。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

  2）温度与O型圈驰张过程的关系

  3）介质工作压力与永久变形

  O型圈材料的压缩永久变形率与温度有关。当变形率在40%或更大时，即会出现泄漏，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规定。中国标准橡胶材料的O型圈在不同温度下的尺寸变化见表。同一材料的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。 在油中的情况就不同了。由于此时O型圈不与氧气接触，般发生在动密封状态。 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运动状态下产生滚动或扭曲，因为O型圈与沟槽的接触面积大于在滑动表面上的摩擦接触面积，而且O型圈本身的抗拒能力原来就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趋向保持O型圈在其沟槽中静止不动，因为静摩擦大于滑动摩擦，而且沟槽表面的粗糙度一般不如滑动表面的粗糙度。

  扭曲损伤：

  引起扭曲损伤的原因很多，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型圈的某些部分摩擦过大，发生扭曲。通常，断面尺寸较小的O型圈，容易产生摩擦不均匀。造成扭曲（运动用O型圈比固定用O型圈的断面直径大就是这个道理。） 另外，由于密封沟槽存在着同轴度偏差，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。当沟槽存在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。此外还有由于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表面粗糙度等因素的影响，导致O型圈的一部分沿工件表面滑动，另一部分则发生滚动，从而造成O型圈的扭曲。运动使圈很容易因扭曲而损坏，这是密封装置发生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保证O型圈具有可靠的密封性和寿命的重要因素。 安装密封圈不应是它处于扭曲状态。假如在安装时就被扭曲，则扭曲损伤就会很快发生。在工作中，扭曲现象会将O型圈切断，产生大量漏油，而且切断的O型圈会混到液压系统的其他部位，造成重大事故。

  为了防止O型圈的扭曲损伤，在设计时应注意以下几点

  1）O型圈安装沟槽的同心度大小，应从加工方便和不产生扭曲现象两个方面来考虑。

  2）O型圈断面尺寸应均匀，并且在每次安装时都应在密封部位充分涂抹润滑油或润滑脂。有时也可以采用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；此外，O型圈应避免用作大直径活塞的密封。

  4）在低压下也产生扭曲损伤时，可使用密封圈保护挡圈。

  5）降低缸筒和活塞杆的表面粗糙度。

  6）采用低摩擦系数的材料制作O型密封圈。

  7）可用不易产生扭曲现象的密封圈代替O型圈。

  磨粒磨损现象：

  当密封的间隙具有相对运动时，工作环境中的灰尘和沙粒等被粘附在活塞杆表面，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型密封圈表面的磨粒，加速O型圈的磨损，以致其失去密封性。为了避免这种情况发生，在往复运动式密封装置的外伸轴端处必须使用防尘圈。

  滑动表面对O型圈的影响：

  滑动表面的粗糙度是影响O型圈表面摩擦与磨损的直接因素。一般地说，表面光洁摩擦与磨损就小，所以滑动表面的粗糙度数值往往很低（Ra0.2-.050μm）。但是，试验表明，表面粗糙过低（Ra低于0.050μm）又会给摩擦与磨损带来不利的影响。这是因为微小的表面凹凸不平，可以保持必要的润滑油膜。因此要选择适当的表面要求。 滑动表面的材质对O型圈的寿命也有影响。滑动表面材质的硬度越大、耐磨性越高、保持光洁的能力就越强，O型圈的寿命也就越长。这也是液压缸活塞杆表面镀铬的重要原因。同理可以解释具有同样粗糙度的用铜、铝合金制成的滑动表面比钢制滑动表面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。

  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。磨损程度主要取决于摩擦力的大小。当液体压力微小时，O型圈摩擦力的大小取决于它的预压缩量。当工作液体承受压力时，摩擦力随之工作压力的增加而增大。在工作压力小于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型圈与金属表面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型密封圈之间产生大量的摩擦热。由于多数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型圈失效，破坏其密封性能。摩擦还会引起O型圈表面损伤，使压缩量减小。严重的摩擦会很快引起O型圈的表面损坏，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，摩擦阻力还是引起爬行的一个因素，影响元件和系统的工作性能。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，通常处于工作油液或润滑剂参与的混合润滑状态，摩擦系数一般在0.1以下。 摩擦力的大小在很大程度上取决于被密封件的表面硬度与表面粗糙度。 7、焦耳热效应 橡胶材料的焦耳热效应，是指处于拉伸状态的橡胶遇热产生收缩的现象。在安装O型圈时，为了使它在密封沟槽内不产生窜动，在用作往复运动密封时，不产生扭曲现象，一般使它处于某种程度的拉伸状态。但如果将这种安装方法用于旋转运动，就会产生不良的结果。本来已经紧箍在旋转轴上的O 型密封圈，因旋转运动产生的摩擦热而收缩，进而使这种紧箍力增大，这样，产生摩擦热→收缩→紧箍力增大→产生摩擦热→……，如此反复循环，就大大地促进了橡胶的老化和磨损。