O型密封圈在液壓系統(tǒng)中的選型與使用

盛中原

（寶鋼集團(tuán) 新疆八一鋼鐵有限公司檢修中心，新疆 烏魯木齊 830022）

0 引言

密封圈是設(shè)備工作時(shí)防止介質(zhì)（液體、氣體等）泄漏，或者防止雜質(zhì)（灰塵、固體顆粒或水等）從外部侵入設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)的元件。密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封材料選用優(yōu)劣，對(duì)整臺(tái)設(shè)備的正常工作、工作效率、性能以及使用壽命都有很大的影響，必須予以足夠的重視。

O型圈具有良好的密封性，密封壓力在1.33×10-5Pa 到100MPa 范圍內(nèi)，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，價(jià)格低廉，易于選配等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各種動(dòng)、靜密封場(chǎng)合。O型圈也有其使用的局限性，例如，用于動(dòng)密封時(shí)，工件與O型圈的相對(duì)速度不宜太高（線速度不高于15m/s），速度過(guò)高時(shí)易發(fā)生泄漏現(xiàn)象；動(dòng)密封起動(dòng)時(shí)摩擦阻力較大，約為動(dòng)摩擦阻力的3-4 倍；O型圈不宜在低溫和高溫環(huán)境下使用等。

1 O型圈的密封原理

O型圈屬于自緊式擠壓型密封，其基本工作原理在依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力。接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。也就是說(shuō)，保證密封的條件為：

式中：p1——介質(zhì)壓力；

pc——介質(zhì)壓力下的總接觸壓力，其值為密封圈初始預(yù)壓力p0與介質(zhì)壓力經(jīng)密封圈傳遞給接觸面的接觸壓力（也稱作介質(zhì)作用接觸壓力）pp之和，即：

其中，κ 為側(cè)壓系數(shù)，κ=ν/（1-ν），對(duì)于橡膠密封件κ≈0.9-0.985；ν為密封圈材料的泊松比，對(duì)于橡膠密封件，ν=0.48-0.496。

由式（3）可知，Pp永遠(yuǎn)小于p1，只有保持足夠的預(yù)接觸壓力po（即密封圈要有足夠的預(yù)壓縮率），才能保證式（1）的成立（即保證密封）。但如果預(yù)壓縮率太大，又會(huì)影響密封圈的使用壽命。因此密封圈壓縮率和密封圈溝槽尺寸的合理設(shè)計(jì)是延長(zhǎng)密封圈無(wú)泄漏密封壽命的必要保證。

2 選型與使用要點(diǎn)

2.1 O型圈尺寸和材料硬度的選擇

2.1.1 尺寸選擇原則

（1）O型圈的捷徑d2的選擇原則。圖1 為O型圈的尺寸圖。為了達(dá)到最好的密封效果，O型圈的捷徑d2應(yīng)盡可能選大些。

圖1 O型圈尺寸圖

在動(dòng)密封應(yīng)用場(chǎng)合中，考慮到尺寸公差因素，對(duì)同一內(nèi)徑d1，推薦選用較大的捷徑。在靜密封應(yīng)用場(chǎng)合中，選用較大捷徑比選用較小捷徑更加安全可靠。

（2）O型圈的內(nèi)徑d1的選擇原則。O型圈內(nèi)徑d1的選擇原則請(qǐng)參考文中2.3 的相關(guān)內(nèi)容。下面推薦表1 所示的數(shù)據(jù)，供選擇O型圈尺寸時(shí)參考。

表1 O型圈尺寸選擇的參考數(shù)據(jù)

2.1.2 材料及硬度選擇原則

O型圈材料的硬度取決于工作壓力、間隙值和應(yīng)用場(chǎng)合（動(dòng)、靜密封）以及密封零部件的表面加工質(zhì)量。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用場(chǎng)合，推薦材料硬度為邵爾A70，而在高壓（20MPa 以上）或承受脈沖壓力工況時(shí)，則材料的硬度需相應(yīng)提高。

2.2 O型圈安裝后的初始?jí)嚎s量

O型圈在安裝溝槽中的初始?jí)嚎s量(預(yù)壓縮量)是至關(guān)重要的，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，O型圈的初始?jí)嚎s量建議如下：

靜密封：當(dāng)油液壓力在30MPa 以下時(shí)，選(15～20)%；當(dāng)壓力在30～60MPa 的范圍時(shí)，選(20～25)%；當(dāng)壓力在60～100MPa 的范圍時(shí)，選(25～30)%。

動(dòng)密封：當(dāng)油液壓力在1MPa 以下時(shí)，選(5～10)%；當(dāng)壓力在1～15MPa 的范圍時(shí)，選(10～15)%；當(dāng)壓力在15～30MPa 的范圍時(shí)，選(15～20)%。

2.3 拉伸和擠壓

在用于徑向孔密封場(chǎng)合時(shí)，O型圈安裝時(shí)將會(huì)受到拉伸，即d3＞d1。

推薦拉伸量：取(2～5)%

在徑向軸密封場(chǎng)合時(shí)，O型圈安裝時(shí)將會(huì)受到擠壓，即da＞d6。

O型圈拉伸和擠壓量計(jì)算公式如下：

式中：d1——O型圈內(nèi)徑（mm）；

da——da=d1+2d2，其中d2表示O型圈截徑（mm）；

d3——徑向孔密封中溝槽底徑（mm）；

d6——徑向軸密封中溝槽底徑（mm）；

δ1——拉伸量；

δ2——擠壓量。

2.4 安裝溝槽的填滿率

O型圈安裝溝槽常用的矩形面積應(yīng)大于O型圈截面積約為25%。

這樣，當(dāng)O型圈與化學(xué)物質(zhì)接觸而引起體積增大及縮小時(shí)，安裝溝槽就有足夠的空間來(lái)適應(yīng)。同樣，介質(zhì)的壓力作用于O型圈表面，使之提高所需接觸壓力以達(dá)到較好的密封效果。

安裝溝槽填滿率的計(jì)算方法為：

2.5 安裝溝槽的圓角

矩形安裝溝槽是常用的一種形式，其側(cè)面可加工成0°～5°的傾斜度，若采用擋圈，則側(cè)面必須是垂直的，如圖2 所示。O型圈捷徑d2與倒角r1、r2的關(guān)系見(jiàn)表2。

2.6 安裝溝槽的表面粗糙度

安裝溝槽各加工面粗糙度的標(biāo)注可參考有關(guān)手冊(cè)。

2.7 倒錐（安裝倒角）

由于O型圈在安裝時(shí)受擠壓，因此必須設(shè)置導(dǎo)錐（安裝倒角），其棱角要倒圓，以免O型圈表面擠損使密封失效。

如圖3 所示，導(dǎo)錐應(yīng)在15°～20°之間，導(dǎo)錐尺寸c 推薦為（0.5～1.2）d2，捷徑大取小值，捷徑小取大值。

圖2 矩形安裝溝槽

表2 O型圈截徑與倒角的關(guān)系

圖3 導(dǎo)錐

2.8 允許最大徑向間隙值

間隙值g 與O型圈的材料硬度及工作壓力有關(guān)，請(qǐng)參照?qǐng)D4 和表3。

圖4 允許最大徑向間隙值

表3 允許最大徑向間隙值

在徑向動(dòng)密封中，當(dāng)壓力超過(guò)5MPa時(shí)，推薦使用擋圈，這樣可以避免O型圈被擠入徑向間隙中，同時(shí)可提高工作壓力。

3 安裝注意

為了避免安裝時(shí)損傷O型圈導(dǎo)致泄漏，建議安裝時(shí)應(yīng)把零部件的相關(guān)部位去掉毛刺，銳邊倒鈍病清洗干凈，必要時(shí)可采用些輔助工裝，室溫低時(shí)可在800C 油液或熱水中加熱，適當(dāng)加些油脂等辦法以確保良好的密封效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中所述的O型圈的動(dòng)靜密封場(chǎng)合的原理、選型等內(nèi)容是作者在從事液壓維護(hù)和液壓元件分析中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，希望以此對(duì)同行起到拋磚引玉的作用。

［1］呂百齡，編.實(shí)用橡膠手冊(cè)[M].2版.化學(xué)工業(yè)出版社

［2］GB/T 3452.3-2005 液壓氣動(dòng)用O型橡膠密封圈溝槽尺寸[S].

［3］聞邦春，編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：第三卷[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

［4］陳愛(ài)平，周忠亞.O型密封圈和密封圈槽的選配及應(yīng)用[M].