O形密封圈的密封原理

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1、O 形密封圈简称 O 形圈，是一种截面为圆形的橡胶圈。O 形密封圈是液压、气动系统中使用最广泛的一种密封件。O 形圈有良好的密封性，既可用于静密 封，也可用于往复运动密封中；不仅可单独使用，而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的适用范围很宽，如果材料选择得当，可以满足各种运动条件的 要求，工作压力可从 1.333105Pa 的真空到 400MPa 高压；温度范围可从-60到 200。与其它密封型式相比，O 形密封圈具有以下特点：1）结构尺寸小，装拆方便。2）静、动密封均可使用，用作静密封时几乎没有泄漏。3）使用单件 O 形密封圈，有双向密封作用。4）动摩擦阻力较小。5）价格低廉。O 形

2、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。在用于静密封和动密封时，密封接触面接触压力产生原因和计算方法不尽相同，需分别说明。1、用于静密封时的密封原理在静密封中以 O 形圈应用最为广泛。如果设计、使用正确，O 形密封圈在静密封中可以实现无泄漏的绝对密封。O 形密封圈装入密封槽后，其截面承受接触压缩应力而产生弹性变形。对接触面产生一定的初始接触压力 Po。即使没有介质压力或者压力很小，O 形密封圈靠自身的 弹性力作用而也能实现密封；当容腔内充入有压力的介质后，在介质压力的作用下

3、，O 形密封圈发生位移，移向低压侧，同时其弹性变形进一步加大，填充和封闭间 隙 。此时，坐用于密封副偶合面的接触压力上升为 Pm：Pm=Po+Pp式中 Pp经 O 形圈传给接触面的接触压力（0.1MPa）Pp=KPK压力传递系数，对于橡胶制 O 形密封圈 K=1；P被密封液体的压力（0.1MPa） 。从而大大增加了密封效果。由于一般 K1，所以 Pm P。由此可见，只要 O 形密封圈存在初始压力，就能实现无泄漏的绝对密封。这种靠介质本身压力来改变 O 形密封圈接触状态，使之实现密封的性质，称为自封作用。理论上，压缩变形即使为零，在油压力下也能密封，但实际上 O 形密封圈安装时可能会有偏心。所以

4、，O 形圈装入密封沟槽后，其断面一般受到 7%30%的压缩 变形。静密封取较大的压缩率值，动密封取较小的压缩率值。这是因为合成橡胶在低温下要压缩，所以静密封 O 形圈的预压缩量应考虑补偿它的低温收缩量。2、用于往复运动密封时的密封原理在液压转动、气动元件与系统中，往复动密封是一种最常见的密封要求。动力缸活塞与缸体、活塞干预缸盖以及各类滑阀上都用到往复运动密封。缝隙由圆柱杆与圆 柱孔形成，杆在圆柱孔内轴向运动。密封作用限制流体的轴向泄漏。用作往复运动密封时，O 形圈的预密封效果和自密封作用与静密封一样，并且由于 O 形圈自身的 弹力，而具有磨损后自动补偿的能力。但由于液体介质密封时，由于杆运动速

5、度、液体的压力、粘度的作用，情况比静密封复杂。当液体在压力作 用下，液体分子与金属表面互相作用，油液中所含的“极性分子” 在金属表面上紧密而整齐的排列，沿滑移面与密封件间形成一个强固的边界层油膜，并且对滑移面 产生极大的附着力。该液体薄膜始终存在于密封件与往复运动面之间，它亦起一定的密封作用，并且对运动密封面的润滑是非常重要的。但是对泄漏来讲是有害的。 但往复运动的轴向外拖出时，轴上的液体薄膜便与轴一起拉出，由于密封件的“擦拭”作用，当往复运动的轴缩回时，该液体薄膜便被密封元件阻留在外面。随着往 复运动行程次数增多，阻留在外面的液体就越多，最后形成油滴，这就是往复运动式密封装置的泄漏。由于液压

6、油的粘度随着温度的升高而降低，油膜厚度相应减 小，所以液压设备在低温下启动时，运动开始时的泄漏较大，随着运动过程中因各种损失引起温度升高，泄漏量有逐渐降低的趋势。O 形圈作为往复式密封，结构紧凑、尺寸小，可以降低元件价格。主要用在：1）低压液压元件中，一般限于短行程和 10MPa 左右的中等压力。2）小直径、短行程以及中等压力的液压滑阀中。3）气动滑阀和气动缸中。4）作为组合式往复动密封装置中的弹性体。O 形圈作为往复动密封最适合小直径、短行程、中低压力的应用场合，气动缸、气动滑阀等往复运动元件中。在液压元件中，用 O 形圈作主要动密封，一般限于短行程 和10MPa 左右的中低压力。O 形圈不

7、适合用作速度非常低的往复动密封和单独作为高压往复动密封。这主要是因为在这种条件下摩擦较大，会导致密封过早失 效。在任何型式应用中，都要根据密封件的额定数据或能力来使用，并且要装配得当，才能得到满意的性能。3、旋转运动用密封在旋转 运动密封中，通常采用油封和机械密封。但是油封的使用压力较低，而且与 O形圈相比，显得过大和复杂，工艺性也差。机械密封虽然可用于高压（40MPa） 、 高速（50m/s ）及高温（ 400） ，但是结构更加复杂、庞大，而且成本高，只适用于石油、化工等作用的一些重型机械设备上。O 形圈用 于旋转运动存在的主要问题是焦耳热效应。焦耳热效应使高速的旋转轴与 O形圈的接触处产生

8、磨擦热，生成的热量使这些接触部位的温度不断上升，橡胶材料受热严 重变形，压缩量与伸长量发生变化的现象。发热还加速密封材料老化，降低了 O 形圈的使用寿命；破坏密封油膜，由此引起断油现象，加速密封的磨损。基于上述情况，近年来国内外旋转运动用 O 形圈进行了广泛深入的研究。为了避免出现焦耳热效应，关键在于根据橡胶的性能来正确地选择设计 O 形圈的结构参数， 主要是O 形圈的拉伸量和压缩率。根据实验，将旋转运动用 O 形圈设计成内径与旋转轴直径相等或稍大些，一般大 3%5%，在安装 O 形圈时，从内径向里压缩， 并将断面的压缩量也设计得小一些，一般约为 5%。并且，尽量采用受热量影响小的密封材料，充

9、分考虑 O 形圈安装处的散热问题。这样就使 O 形圈的工作情况大为 改善，可应用于最高转速达 4m/s 的旋转轴的密封。近年来又出现了耐热氟橡胶和耐磨聚氨酯橡胶，并且对橡胶元件工作的焦耳热效应有了更深入的了解，并针对此问题研究解决方案，设计出了新的 O 形圈密封结构，使 O 形圈能够更好的应用与高速、高压的旋转运动。O 形密封圈由于其具有体积小，结构简单、成本低、工艺性能好、适用范围广泛等特点，正广泛地在旋转运动式密封装置中推广。一、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 型密封圈，也叫 O 型圈。其材料主要为丁睛橡胶或氟橡胶。

10、O 型密封 圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。它主要用于静密封和往复运动密封。其使用速度范围一般为 0.0050.3m/s。用于旋转运动密封 时，仅限于低速回转密封装置。如液压挖掘机的中央回转接头的分配阀动密封机构。一般 O 形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。O 形密封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 型密封圈与其他型式密封圈比较，具有以下优点：1）结构小巧，装拆方便；2）静、动密封均可使用；3）动摩擦阻力比较小；4）使用单件 O 形密封圈，可对两个方向起密封作用；5）价格低廉。二、O 型圈的标记O 型圈规格标记方法为：内径 i 线径 d ，比如：

11、O 形圈 20*2.4，-2 GB1235-76 中，20 代表大圈内径为 20 毫米，2.4 代表胶圈的截面直径是 2.4 毫米，-2 代表使用的橡胶种类，GB1235 代表的是标准号，76 代表的是标准公布年代。三、O 型圈的应用O 型密封圈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 型密封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 型密封圈在耐油、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

12、各种类型的密封元件。同其它密封元件相比，O 形密封圈有着广泛的优势： -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 O 形圈断面结构极其简单，且有自密封作用，密封性能可靠。 -安装方便 由于 O 形圈本身及安装

13、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。 -成本低廉 -材料品种多可以根据不同的流体进行选择：有丁腈橡胶（NRB） 、氟橡胶（FKM） 、硅橡胶（VMQ） 、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 O 型圈材质分类对照及优缺点：1,天然橡胶 NR (Natural Rubber) 由橡胶树采集胶乳制成，是异戊二烯的聚合物。具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率。在空气中易老化，遇热变黏，在矿物油或汽油中易膨胀和溶 解，耐碱但不耐强酸。 是制作胶带、胶管、胶鞋的原料，并适用于制作减震零件、在汽车刹车

14、油、乙醇等带氢氧根的液体中使用的制品。 2,丁苯胶 S B R (Styrene Butadiene Copolyme) 丁二烯与苯乙烯之共聚合物，与天然胶比较，质量均匀，异物少，但机械强度则较弱，可与天然胶掺合使用。 优点： 低成本的非抗油性材质 良好的抗水性，硬度 70 以下具良好弹力 高硬度时具较差的压缩歪 可使用大部份中性的化学物质及干性、滋性的有机酮 缺点： 不建议使用强酸、臭氧、油类、油酯和脂肪及大部份的碳氢化合物之中。 广用于轮胎业、鞋业、?布业及输送带行业等。 丁基橡胶 IIR (Butyl Rubber) 为异丁烯与少量 isoprenes 聚合而成，保有少量不饱合基供加硫用

15、，因甲基的立体障碍分子的运动比其它聚合物少，故气体透过性较少，对热、日光、臭氧之抵抗性大，电器绝缘性佳；对极性 溶剂如醇、酮、酯等抵抗大，一般使用温度范围为 -54110 。 优点： 对大部份一般气体具不渗透性 对阳光及臭氧具良好的抵抗性 可暴露于动物或植物油或是可氧化的化学物中 缺点： 不建义与石油溶剂，胶煤油和芳氢同时使用。 用于制作耐化学药品、真空设备的橡胶零件。 3,氢化丁睛胶 HNBR (Hydrogenate Nitrile) 氢化丁睛胶为丁睛胶中经由氢化后去除部份双链，经氢化后其耐温性、耐候性比一般丁睛橡胶提高很多，耐油性与一般丁睛胶相近。一般使用温度范围为 -25150 。 优

16、点： 较丁睛胶拥有较佳的抗磨性 具极佳的抗蚀、抗张、抗撕和压缩歪的特性 在臭氧、阳光及其它的大气状况下具良好的抵抗性 一般来说适用于洗衣或洗碗的清洗剂中 缺点： 不建议使用于醇类，酯类或是芳香族的溶液之中。 空调制冷业，广泛用于环保冷媒 R134a 系统中的密封件。 汽车发动机系统密封件。 4,乙丙胶 EPDM (Ethylene propylene Rubber) 由乙烯及丙烯共聚合而成主链不合双链，因此耐热性、耐老化性、耐臭氧性、安定性均非常优秀，但无法硫磺加硫。为解决此问题，在 EP 主链上导入少量有双链之第三成份而可硫磺加硫即成 EPDM ，一般使用温度范围为 -50150 。对极性溶剂如醇、酮、乙二醇及磷酸脂类液压油抵抗性极佳。 优点： 具良好抗候性及抗臭氧性 具极佳的抗水性及抗化学物 可使用醇类及酮类 耐高温蒸气，对气体具良好的不渗透性 缺点：