1、O型圈及其 材质的基础知识一 、 O型圈的基础知识二 、 O型圈相关材质的介绍一、概述1.1 O型圈特点O型圈是 一种小截面的圆环形密封元件，常用截面是圆形。主要材料为 合成橡胶， 广泛用于多种机械设备中，在一定温度、压力及不同的液体或气体介质中起到密封作用 ， 主要做静密封及滑动 密封 用 。O型圈的基础知识1.1.1 与其 他密封件比有如下特点：1.密封性好，寿命长。2.单圈就可对两个方向起密封作用。3.对油液、温度和压力的适应性好。4.动摩擦阻力小。5.体积小，重量轻，成本低。6.密封部位结构简单，拆装方便7.既可做静密封也可做动密封。8.尺寸和沟槽已被标准化，选用和 外购 方便。1.起
2、动 时的摩擦阻力大 。2.用作 气动装置的密封时，必须加 润滑油 ，防止磨损 。3.对 偶合配件，如运动面、沟槽、 间隙 等的加工尺寸及 精度 要求很严。1.1.2 与 其它密封圈相比，也存在下列三个问题：1.2.1国标表示方法1 .GB/T3452.1-1982的表示方法内径 d1 线径 d2比如：O型圈 20 2.4 GB3452.1-8220 代表 O型圈 内 径为 20mm，2.4 代表 O型圈 的 截面直径是 2.4mm，GB3452.1 代表的是标准号，82 代表的是标准公布年代。1.2 表示 方法1.2.1 国标表示 方法2 GB/T3452.1-2005的表示方法比如 （ 1）
3、 O型圈 7.51.8G GB/T3452.1 ， 7.5 内径 1.8 断面直径 G 系列 （ G 通用 O型圈 )（ A 宇航 用 O型圈）（ 2） A 0075G GB/T3452.1AO 型圈线 径 1.80mm BO 型圈线 径 2.65mmCO 型圈线 径 3.55mm DO 型圈线 径 5.30mmEO 型圈线 径 7.30mm1.2.2 日标 表示 方法定义 及标识 ：v 该 标准主要用语的定义及标识除按照 JIS B 0142之外，按照下列规定。v O型 圈 的内径： d1（ 参照 右 图）v O型圈的粗细： d2（ 参照 右 图） 按 用途区分的种类按用途区分的种类 用途标
4、识ISO一般工业用 G系列ISO精密机械用 A系列运动用 O型圈 P固定用 O型圈 G真空法兰用 O型圈 V2） 种类 按材料区分的种类材料种类 材料标识 备注丁腈橡胶（ NBR）或等同 1种 A或 1A 耐矿物油， A型硬度测量仪测硬度 A70丁腈橡胶（ NBR）或等同 1种 B或 1B 耐矿物油， A型硬度测量仪测硬度 A90丁腈橡胶（ NBR）或等同 2种或 2 耐汽油丁苯橡胶 (SBR)、三元乙丙橡胶 (EPDM)或等同 3种或 3 耐动植物油硅橡胶（ VMQ）或等同 4种 C或 4C 耐热氟橡胶（ FKM）或等同 4种 D或 4D 耐热1.3 O型圈的尺寸及公差v 以日标的尺寸及公差
5、为例因为 O型 密封圈 是安装在各种沟槽中使用，现将安装沟槽情况列于表 4-1-3。二、 O型圈密封工作状态2.2 静密封 用 O型圈的 作用O型密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。像这种借介质本身来改变 O型圈接触 状态使之实现密封的过程，称为 “ 自封作用 ” 。 O型圈预 密封2.1 静密封 用 O型圈的 作用自密封作用： 由于预密封 作用 ， O型圈与 被密封光滑面和沟槽底面紧密接触。这样当流体通过间隙进入沟槽时只能 对 O型圈的 一侧面起作用。当流体压力较大时
6、， 把 O型圈推向 沟槽另一侧面而挤压成 D形，并把压力传递给接触面 。O型圈的 自封是有限的，当内压过高时，会 出现 O型圈的 “ 胶料挤出 ” 现象。即密封部位因有间隙存在，受高压作用 的 O型圈在 间隙处会产生应力集中，当应力 达到 O型圈的 料胶不能承受时，料胶就会被挤出来，此时虽然 O形圈还能暂时维持密封，但实际已损坏。因此要严格选型。2.2 动密封 用 O型圈的 作用O型圈在 动密封中，其预密封效果和自密封作用与静密封一样。但 由于轴运动 时很容易将流体带 到 O型圈和轴之间 ，因此情况比较复杂。工作中， 假设 O型圈左侧 作用着介质压力 P1（ 如图 a），若 将 O型圈与轴接触
7、 部位放大（ 图 b），其接触表面实际是凹凸不平的，并非每一点都与金属表面接触。由于自封作用 ， O型圈对轴产生 的接触压力大于 P1而得到密封。但 当轴开始 向右移动时附着在杆上的介质被带到楔形狭缝（ 图 c）。由于流体动压效应这部分介质的压力比P1大。当它 大于 O型圈对轴的 接触力时，介质便挤 入 O型圈的 第一个凹槽处（ 图 d），轴继续 向右移动时介质不断地进入下一个凹槽，介质便 沿着轴运动 的方向泄露。 当轴向左 运动时， 由于轴运动 方向 与轴压力 方向相反，故不易泄露。泄漏量是随着介质的粘度 和轴的 运动速度提高而增大的，还 与 O型圈的 尺寸、工作压力等密切相关。a 压力作用
8、 于 O型圈 一侧b 接触部位放大图c 油被带到楔形狭缝d 油被挤 入 O型圈 第一 凹槽往复运动中 橡胶 O型圈 的 泄露back2.3 O型圈的 密封形式1.按 密封件与被密封装置的相对运动状态可以分为：静 密封 、 往复动密封、转动密封和开关密封。2.按 O型圈在 矩形沟槽中压缩密封配合的压缩量大小（松紧程度）可分为：压紧、套紧、液动、气动和转动 5种基本密封配合，以及在端面倒角槽中挤紧密封配合。此外还有滑动密封和浮动密封两种特殊密封方法。3.按 被密封件的结构可分为：端面密封即轴向密封、角密封（孔端面倒角槽密封、轴端面倒角槽密封）、圆柱密封即径向密封（圆柱内径密封 （活塞杆密封 ） )
9、、 圆柱外径密封 （活塞密封） ）、圆锥面密封和球面密封。三 、 O型圈的 设计应用3.1 O型圈的 使用参数 3.1.1 压缩率压缩率 W通常用下式表示： W=（ d2-h） /d2 100%式中 d2 -O型圈在自由状态下的截面直径 (mm)h -O型圈槽底与被密封表面的距离（沟槽深度），即 O型圈压缩后的截面高度 (mm)在 选取 O型圈的 压缩率时 ,应从如下 3方面考虑：1要有足够的密封接触面积；2摩擦力尽量小； 3尽量避免永久变形。 3.1.1 压缩率O型密封圈压缩率 W的选择应考虑使用条件，静密封或动密封；静密封又可分为径向密封与轴向密封；径向密封的泄漏间隙是径向间隙，轴向密封的
10、泄漏间隙是轴向间隙。轴向密封根据压力介质作用 于 O型圈的 内径还是外径又分受内压和受外压两种情况，内压增加的拉伸，外压降 低 O型圈的 初始拉伸。上述不同形式的静密封，密封介质 对 O型圈的 作用方向是不同的，所以预压力设计也不同。对于动密封则要区分是往复运动密封还是旋转运动密封。1静密封：圆柱静密封装置和往复运动式密封装置一样，一般取W=10% 15%；平面静密封装置取 W=15% 30%。2对于动密封而言，可以分为三种情况；往复运动一般取 W=10% 15%。旋转运动密封在选取压缩率时必须要考虑焦耳热效应，一般来说，旋转运动用 O形圈的内径要比轴径大 3%-5%，外径的压缩率 W=3%-
11、8%。低摩擦运动用 O型圈，为了减少摩擦阻力，一般均选取较小的压缩率，即 W=5%-8%，此外，还要考虑到介质和温度引起的橡胶材料膨胀。通常在给定的压缩变形之外，允许的最大膨胀率为 15%，超过这一范围说明材料选用不合适，应改用其他材料的 O形圈，或对给定的压缩变形率予以修正。3.1.2 拉伸量O型圈在装入密封沟槽后，一般都有一定的拉伸量。与压缩率一样，拉伸量的大小对 O型圈的密封性能和和使用寿命也有很大的影响。拉伸量大不但会导致O型圈安装困难，同时也会因截面直径 d2发生变化而使压缩率降低，以致引起泄漏。拉伸量 a可用下式表示： =(d+d2)/(d1+d2)式中 d-轴径（ mm）； d1
12、-O型圈内 径（ mm）。拉伸量的取值范围为 1%-5%。如表一给出了 O型圈拉伸量的推荐值，可根据轴径的大小，按表选限取 O型圈的拉伸量。密封形式 密封介质 拉伸量 （ %） 压缩率 w（ %） 静密封 液压油 1.03 1.04 15 25 空气 1.01 15 25 往复运动 液压油 1.02 12 17 空气 1.01 12 17 旋转运动 液压油 0.95 3 8 表一 O型圈压缩率与拉伸量的限取范围3.2 O型圈的 安装沟槽O型圈压缩 量的大小主要由安装沟槽的结构和尺寸来保证。常用的沟槽形状有矩形和三角形，一般情况三角形仅用于某些固定密封。由于压缩量不同所以静密封、往复运动 密封
13、， 选 装运动密封的沟槽虽形状相似，但尺寸各不相同。3.2.1 槽宽槽宽主要从下面三个方面考虑：1）必须 大于 O型圈压缩 变形后的最大直径。2）必须考虑 到 O型圈由于 运动发热引起的膨胀和介质溶胀。3）必须保证往复运动时槽内有一定的空间 使 O型圈滚动 自如。一般认为 ， O型圈的截面面积至少应占据矩形截面面积的 85%，在许多场合下取槽宽 为 O型圈截面直径的 1.5倍。注：沟槽太窄会增大运动时的摩擦阻力 ， O型圈磨损 加大，易损；沟槽太宽 使得O型圈的 游动范围增大，也易磨损，且在静密封的脉动压力下 ， O型圈也 可能产生脉动游动出现异常磨损。另外，当内压很高时必须用挡圈，槽宽应相应
14、增大。3.2 O型圈的 安装沟槽3.2.2 槽深槽深 是 O型圈能否 良好工作的关键尺寸，主要 取决 O型圈的 压缩变形量。此变形量 由 O型圈内 径处的压缩变形量（ 1） 和 O型圈外径 处的压缩变形量（ 2）组成，当 1=2时 ， O型圈截面 与槽截面中心重合， 两种圆的 圆周相等，说明 O型圈安装 时未受到拉伸；当 1 2时 ， O型圈截面 中心的周长小于沟槽中心的周长， 说明 O型圈以 拉伸状态在沟槽内；当 1 2时 ， O型圈截面 周长大于沟槽截面中心周长， 此时 O型圈以 周向压缩来使用，拆卸时 ， O型圈会 出现弹跳现象。设计槽深时应首先 确定 O型圈的 使用方式，然后再去选定合
15、理的压缩变形率（详见 表一 ）。 除此之外，也要考虑材料对介质的溶胀性，材料本身的膨胀性等相关因素，需考虑诸多设计因素。但国家对于沟槽的结构已经给出相关标准。3.2 O型圈的 安装沟槽3.2.3 沟槽的选择设计1.沟槽的安装形式a 径向 活塞密封沟槽 b 径向 活塞杆密封沟槽3.2.3 沟槽的选择设计1.沟槽的安装形式c 径向 带挡圈的沟槽 d 轴向 沟槽说明： 1）一般情况，为 防止 O型圈被 挤入间隙而损坏，当液体工作压力超过10MPa时， 应加密封挡圈（如图 c），挡圈 多少 视 O型圈受 压情况而定。2）轴向密封外部受压时注意加直径 d8处凸台，以 防止 O型圈进入 管路。表二 O型圈
16、径向 沟槽尺寸O型圈截面直径 d2 1.80 2.65 3.55 5.30 7.00沟槽宽度气动密封 2.2 3.4 4.6 6.9 9.3液压动密封或静密封b+0.25 2.4 3.6 4.8 7.1 9.59.5b1+0.25 3.8 5.0 6.2 9.0 12.3b2+0.25 5.2 6.4 7.6 10.9 15.1沟槽深度 t活塞杆密封，（计算 d3用）液压动密封 1.42 2.16 2.96 4.48 5.95气动动密封 1.46 2.23 3.03 4.65 6.20静密封 1.38 2.07 2.74 4.19 5.67活塞杆密封，（计算 d6用）液压动密封 1.47 2.
17、24 3.07 4.66 6.16气动动密封 1.57 2.37 3.24 4.86 6.43静密封 1.42 2.15 2.85 4.36 5.89最小倒角长度 Zmin 1.1 1.5 1.8 2.7 3.6槽底圆角半径 r1 0.2-0.4 0.4-0.8 0.8-1.2槽楞圆角半径 r2 0.1-0.3活塞杆密封沟槽槽底最大直径 d3max=d4+2t， d4活塞杆直径活塞杆密封沟槽槽底最小直径 d6min=d5max+2t， d5max活塞杆最大直径3.2.3 沟槽的选择设计1.沟槽的安装形式O型圈的 沟槽尺寸系列，中国已制定有标准，详见表三。表三 密封用沟槽尺寸及压缩量3.2.3
18、沟槽的选择设计3. O型圈沟槽 加工要求为避免划伤和安装不当等问题造成的泄露， O型圈在 安装时对沟槽及相关部件的精度都有一定要求。首先，安装时通过的 尖角需 倒钝或修圆，通过的内孔应倒 10 20坡口。其次， 注意 O型圈安装 路径上的表面精度，轴须有较低的粗糙度值，必要时需涂以润滑剂，对于安装沟槽及配合表面精度的要求详见表四。表四 O形橡胶密封沟槽各配合偶件的表面光洁度3.3 O型圈的 材料选用O型圈材料 选择主要考虑以下几点：1） O型圈的工作状态，是指 O型圈用于 静密封、动密封还是滑动密封。2）机器的 工作状态，指 机器处于连续工作还是断续工作，并 考虑到每次断续时间 的长短，是否有
19、冲击载荷作用在密封部位。3）工作介质的 情况，工作介质 是气体还是液体，并考虑其物理和化学性能。4） 工作压力，压力 大小，波动幅度和频率以及瞬时出现的最大压力等。5） 工作温度，包括 瞬时出现的温度以及冷热交替出现的温度。6）价格与来源。一般来说耐油用丁腈橡胶， 耐气候 和臭氧用氯丁橡胶，耐热用丙烯酸酯橡胶或氟橡胶，耐高压、耐磨用聚氨酯橡胶，耐寒同时又耐油用共聚氯醇橡胶等 。2） O型圈相关材质的介绍橡胶l 1493年，伟大的西班牙探险家哥伦布率队初次踏上南美大陆 。l 在这里，西班牙人看到印第安人小孩和青年在玩一种游戏，唱着歌互相抛掷一种小球，这种小球落地后能反弹得很高，如捏在手里则会感到有粘性，并有一股烟熏味 。l 西班牙人还看到，印第安人把一些白色浓稠的液体涂在衣服上，雨天穿这种衣服不透雨；还把这种白色浓稠的液体涂抹在脚上，雨天水也不会弄湿脚。由此，西班牙人初步了解到了橡胶的弹性和防水性，但并没有真正了解到橡胶的来源。来源
