O形圈基础知识

1、O形圈基础知识讲课人 薛晓勇一、概述1.1 O形圈特点形圈特点O形圈是一种小截面的圆环形密封元件，常用截面是圆形。主要材料为形圈是一种小截面的圆环形密封元件，常用截面是圆形。主要材料为合成橡合成橡胶胶，在液压工程中是用的最多、最普遍的一种密封件，主要做静密封及滑动，在液压工程中是用的最多、最普遍的一种密封件，主要做静密封及滑动密封密封用用。与其他密封件比有如下特点：。与其他密封件比有如下特点： a.a.密封性好，寿命长。密封性好，寿命长。 b.b.单圈就可对两个方向起密封作用。单圈就可对两个方向起密封作用。 c.c.对油液、温度和压力的适应性好对油液、温度和压力的适应性好。 d.d.动摩擦阻力

2、小动摩擦阻力小。e. .体积小，重量轻，成本低。体积小，重量轻，成本低。f.f.密封部位结构简单，拆装密封部位结构简单，拆装方便。方便。g.g.既可做静密封也可做动密封。既可做静密封也可做动密封。h.h.尺寸和沟槽已被标准化，选用尺寸和沟槽已被标准化，选用和外购方便。和外购方便。其其缺点是，在做动密封启动时，摩擦阻力较大，约为动摩擦力的缺点是，在做动密封启动时，摩擦阻力较大，约为动摩擦力的34倍，在倍，在高压下易被挤入间隙。高压下易被挤入间隙。一、概述1.2 表示表示方法方法1 、GB/T3452.1-1982的表示的表示方法内径方法内径d1 线径线径d比如比如：1）O形圈形圈 20 2.4

3、GB3452.1-82 20 代表代表O形圈内径为形圈内径为20mm 2.4 代表代表O形圈的截面直径是形圈的截面直径是2.4mm GB3452.1 代表的是标准号，代表的是标准号， 82 代表的是标准公布年代。代表的是标准公布年代。2）24002000 GB3452.1-82 2400 代表代表O形圈的截面直径是形圈的截面直径是2.4mm 0200 代表代表O形圈内径为形圈内径为20mm一、概述1.2 表示表示方法方法2 、GB/T3452.1-2005的表示方法的表示方法比如（比如（1） O形圈形圈 7.51.8G GB/T3452.1 ， 7.5内径内径 1.8断面直径断面直径 G系列系

4、列 （G通用通用O形圈形圈 ) （A宇航用宇航用O形圈）形圈） （2）A 0075G GB/T3452.1 AO形圈线径形圈线径1.80mm BO形圈线径形圈线径2.65mm CO形圈线径形圈线径3.55mm DO形圈线径形圈线径5.30mm EO形圈线径形圈线径7.30mm二、O形圈密封工作状态2.1 静密封用静密封用O形圈的作用形圈的作用 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

5、，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。像这种借介质本身来封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。像这种借介质本身来改变改变O形圈接触状态使之实现密封的过程，称为形圈接触状态使之实现密封的过程，称为“自封作用自封作用”。 二、O形圈密封工作状态2.1 静密封用静密封用O形圈的作用形圈的作用 自密封作用：由于预密封自密封作用：由于预密封作用作用，O形圈与被密封形圈与被密封光滑面和光滑面和沟槽底面沟槽底面紧密接触。这样当流体紧密接触。这样当流体通过间隙通过间隙进入沟槽时只能对进入沟槽时只能对O形圈的形圈的一侧面一侧面起作用。当流体起作用。当流体压力压力较大时较大时，把，把O形圈推向沟槽另一侧面形圈推向

6、沟槽另一侧面而挤压而挤压成成D形，并把压力传递给形，并把压力传递给接触给接触给接触面接触面。O形圈的自封是有限的，当内压过高时，会出现形圈的自封是有限的，当内压过高时，会出现O形圈的形圈的“胶料挤出胶料挤出”现象现象。即密封部位因有间隙。即密封部位因有间隙存在，受高压作用的存在，受高压作用的O形圈在间隙处会产生形圈在间隙处会产生应力集应力集中中，当应力达到，当应力达到O形圈的料胶不能承受时，料胶就形圈的料胶不能承受时，料胶就会被挤出来，此时虽然会被挤出来，此时虽然O形形圈还能暂时维持密封，圈还能暂时维持密封，但实际已损坏。因此要严格选型但实际已损坏。因此要严格选型。二、O形圈密封工作状态2.2

7、 动密封用动密封用O形圈的形圈的作用作用O形圈在动密封中，其预密封效果和自密封作用形圈在动密封中，其预密封效果和自密封作用与静密封一样。但由于杆运动与静密封一样。但由于杆运动时很时很容易将流体带到容易将流体带到O形圈和杆之间，因此情况比较复杂形圈和杆之间，因此情况比较复杂。工作工作中，假设中，假设O形圈左侧作用着介质压力形圈左侧作用着介质压力P（如（如右上图），右上图），若将若将O形圈与杆接触形圈与杆接触部位部位放大放大（如右下（如右下图），图），其接触表面实际是凹凸不平的，并非每一点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。都与金属表面接触。由于由于自封作用，自封作用，O形圈对

8、杆产形圈对杆产生的接触压力大于生的接触压力大于P1而得到密封。而得到密封。二、O形圈密封工作状态2.2 动密封用动密封用O形圈的形圈的作用作用但当杆开始向右移动但当杆开始向右移动时，附着时，附着在杆上的介质被在杆上的介质被带到楔形狭缝带到楔形狭缝（如右上图）（如右上图）。由于流体动压效应这。由于流体动压效应这部分介质的压力部分介质的压力比比P1大。当它大于大。当它大于O形圈对杆的接形圈对杆的接触力时，介质便挤入触力时，介质便挤入O形圈的第一个凹槽形圈的第一个凹槽处（如右处（如右下图），杆下图），杆继续向右移动时介质不断地进入下一个继续向右移动时介质不断地进入下一个凹槽，介质便沿着杆运动的凹槽，

9、介质便沿着杆运动的方向泄露方向泄露。当杆向左运。当杆向左运动时，由于赶运动方向与杆压力方向相反，故不易动时，由于赶运动方向与杆压力方向相反，故不易泄露。泄露。泄漏量是泄漏量是随着介质的粘度和杆的运动速度提随着介质的粘度和杆的运动速度提高而增大的，还与高而增大的，还与O形圈的尺寸、工作压力等形圈的尺寸、工作压力等密切密切相关相关。二、O形圈密封工作状态2.3 O形圈的密封形圈的密封形式形式1、 按密封件与被密封装置的相对运动状态可以分为：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静密封、往复动密封、转动密封和开关密封。2、 按按O形圈在矩形沟槽中压缩密封

10、配合的压缩量大小（松紧程度）可分为：形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：压紧压紧、套紧、套紧、液动、气动和转动、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种基本密封配合，以及在端面倒角槽中挤紧密封配配 合。此外还有滑动密封和浮动密封两种特殊密封方法合。此外还有滑动密封和浮动密封两种特殊密封方法。3 、按、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（孔端面倒角槽密封密封、轴、轴端面倒角槽密封）、圆柱密封即径向密封（圆柱内径密封（活塞杆密端面倒角槽密封）、圆柱密封即径向密封（圆柱内径密封

11、（活塞杆密封）、封）、圆柱圆柱外径密封（活塞密封）、圆锥面密封和球面密封。外径密封（活塞密封）、圆锥面密封和球面密封。二、O形圈密封工作状态2.3 O形圈的密封形圈的密封形式形式三、O形圈的应用3.1 O形圈的使用参数形圈的使用参数 3.1.1 压缩率压缩率压缩率压缩率W通常用下式表示：通常用下式表示：W=（d2-h）/d2 100% 式中式中d2 -O型圈在自由状态下的截面直径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），即型圈槽底与被密封表面的距离（沟槽深度），即O型圈压缩后型圈压缩后 的的截面高度截面高度(mm)在在选取选取O形圈的压缩率时形圈的压缩

12、率时,应从如下应从如下3方面方面考虑：考虑：1要有足够的密封要有足够的密封接触面积；接触面积；2摩擦力尽量小摩擦力尽量小；3尽量避免永久变形。尽量避免永久变形。 三、O形圈的应用3.1 O形圈的使用参数形圈的使用参数 3.1.1 压缩率压缩率O型密封圈压缩率型密封圈压缩率W的选择应考虑使用条件，静密封或动密封；静密封又的选择应考虑使用条件，静密封或动密封；静密封又可分可分为为径向密封与轴向密封；径向密封的泄漏间隙是径向间隙，轴向密封的泄漏径向密封与轴向密封；径向密封的泄漏间隙是径向间隙，轴向密封的泄漏间隙间隙是轴向间隙。轴向密封根据压力介质作用于是轴向间隙。轴向密封根据压力介质作用于O形圈的内

13、径还是外径又分受形圈的内径还是外径又分受内压和内压和受外压两种情况，内压增加的拉伸，外压降低受外压两种情况，内压增加的拉伸，外压降低O形圈的初始拉伸。上述不同形圈的初始拉伸。上述不同形式形式的静密封，密封介质对的静密封，密封介质对O形圈的作用方向是不同的，所以预压力设计也不同形圈的作用方向是不同的，所以预压力设计也不同。对。对于于动密封则要区分是往复运动密封还是旋转运动密封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；平面静密封装置取W=15%30%

14、。三、O形圈的应用3.1 O形圈的使用参数形圈的使用参数 3.1.1 压缩率压缩率2对于动密封而言，可以分为三种情况；往复运动一般取对于动密封而言，可以分为三种情况；往复运动一般取W=10%15%。旋。旋转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形形圈的内径要比轴径大圈的内径要比轴径大3%-5%，外径的压缩率，外径的压缩率W=3%-8%。低摩擦运动用。低摩擦运动用O型圈型圈，为，为了减少摩擦阻力，一般均选取较小的压缩率，即了减少摩擦阻力，一般均选取较小的压缩率，即W=5%-8%，此外，此外，还要考虑还要

15、考虑到介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，允许的最大最大膨胀率膨胀率为为15%，超过这一范围说明材料选用不合适，应改用其他材料的，超过这一范围说明材料选用不合适，应改用其他材料的O形圈形圈，或对给定，或对给定的压缩变形率予以修正。的压缩变形率予以修正。三、O形圈的应用3.1 O形圈的使用参数形圈的使用参数 3.1.2 拉伸拉伸量量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，拉伸量的量的大小对大小对O型圈的密封性能和和使用寿命也有很大的

16、影响。拉伸量大不但会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导致O型型圈安装困难，同时也会因截面直径圈安装困难，同时也会因截面直径d2发生变化而使压缩率降低，以致引起发生变化而使压缩率降低，以致引起泄漏泄漏。拉伸量拉伸量a可用下式表示：可用下式表示： =(d+d2)/(d1+d2) 式式中中d-轴径（轴径（mm）；）；d1-O形圈内径（形圈内径（mm）。拉伸拉伸量的取值范围为量的取值范围为1%-5%。如表一给出了。如表一给出了O型圈拉伸量的推荐值，可型圈拉伸量的推荐值，可根据根据轴轴径的大小，按表选限取径的大小，按表选限取O型圈的拉伸量。型圈的拉伸量。密封形式密封形式 密封

17、介质密封介质 拉伸量拉伸量（%） 压缩率压缩率w（%） 静密封静密封液压油液压油 1.031.04 1525 空气空气 1.01 1525 往复运动往复运动液压油液压油 1.02 1217 空气空气 1.01 1217 旋转运动旋转运动液压油液压油 0.95 38 表一：表一：O型圈压缩率与拉伸量的限取范围型圈压缩率与拉伸量的限取范围三、O形圈的应用3.2 O形圈的安装形圈的安装沟槽沟槽 O形圈压缩量的大小主要由安装沟槽的结构和尺寸来保证。常用的沟槽形状形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有矩形和

18、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、选装运动密封的沟槽虽形状相似，但尺寸各不相同密封、往复运动密封、选装运动密封的沟槽虽形状相似，但尺寸各不相同。3.2.1 槽宽槽宽槽宽主要从下面三个方面考虑：槽宽主要从下面三个方面考虑：1）必须大于）必须大于O形圈压缩变形后的最大直径。形圈压缩变形后的最大直径。2）必须考虑到）必须考虑到O形圈由于运动发热引起的膨胀和介质溶胀。形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）必须保证往复运动时槽内有一定的空间使O形圈滚动自如。一般认为，形圈滚动自如。一般认为，O形圈形圈 的截面面积至

19、少应占据矩形截面面积的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，在许多场合下取槽宽为O形圈截形圈截 面直径的面直径的1.5倍倍。PS：沟槽：沟槽太窄会增大运动时的摩擦阻力，太窄会增大运动时的摩擦阻力，O形圈形圈磨损加大，易损；沟槽太宽使得磨损加大，易损；沟槽太宽使得O形圈的游动范形圈的游动范围增大，也易磨损，且在静密封的脉动压力下，围增大，也易磨损，且在静密封的脉动压力下，O形圈也形圈也可能产生可能产生脉动游动出现异常磨损。脉动游动出现异常磨损。三、O形圈的应用3.2 O形圈的安装形圈的安装沟槽沟槽3.2.2 槽槽深深槽槽深是深是O形圈能否良好工作的关键尺寸，主要取决形圈

20、能否良好工作的关键尺寸，主要取决O形圈的压缩变形量。形圈的压缩变形量。此变此变形量形量由由O形圈内径处的压缩变形量（形圈内径处的压缩变形量（1）和）和O形圈外径处的压缩变形量（形圈外径处的压缩变形量（2）组成）组成，当当1=2时时 ，O形圈截面与槽截面中心重合，两种心愿的圆周相等，形圈截面与槽截面中心重合，两种心愿的圆周相等，说明说明O形圈安形圈安装时未受到拉伸；当装时未受到拉伸；当12时时 ，O形圈截面中心的周长小于沟槽形圈截面中心的周长小于沟槽中心中心的周长，说的周长，说明明O形圈以拉伸状态在沟槽内；当形圈以拉伸状态在沟槽内；当12时，时，O形圈截面周长形圈截面周长大于大于沟槽截面中心周沟

21、槽截面中心周长，此时长，此时O形圈以周向压缩来使用，拆卸时，形圈以周向压缩来使用，拆卸时，O形圈会形圈会出现弹跳出现弹跳现象。设计槽深时现象。设计槽深时应首先确定应首先确定O形圈的使用方式，然后再去选定合理的形圈的使用方式，然后再去选定合理的压缩变压缩变形率（详见表一形率（详见表一）。）。除此之外除此之外，也要考虑材料对介质的溶胀性，材料本身的膨胀性等相关，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因素，需，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。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。三、O形圈的应用3.2 O形圈的安装形圈的安装沟槽沟槽3.2.

22、2 沟槽的标准沟槽的标准O形圈的沟形圈的沟槽尺寸系列，槽尺寸系列，中国已制定中国已制定有标准，详有标准，详见表二。见表二。表表二：密封用沟槽尺寸及压缩量二：密封用沟槽尺寸及压缩量三、O形圈的应用3.3 O形圈的材料选用形圈的材料选用O形圈材料选择主要考虑以下几点：形圈材料选择主要考虑以下几点： 1）O形圈的工作状态形圈的工作状态 是指是指O形圈用于静密封、动密封还是滑动密封。形圈用于静密封、动密封还是滑动密封。 2）机器的工作状态）机器的工作状态 指机器处于连续工作还是断续工作，并考虑倒每次断续指机器处于连续工作还是断续工作，并考虑倒每次断续 时间的长短，是否有冲击载荷作用在密封部位。时间的长

23、短，是否有冲击载荷作用在密封部位。 3）工作介质的情况）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。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）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。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）工作温度 包括瞬时出现的温度以及冷热交替出现的温度。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。）价格与来源。 一般来说耐油用丁腈橡胶，一般来说耐油用丁腈橡胶，耐酸碱和耐酸碱和臭氧用氯丁橡胶，耐热用丙烯酸酯橡臭氧用氯丁橡胶，耐热用丙烯酸酯橡胶或氟橡胶，耐高压、耐磨用聚氨酯橡

24、胶，耐寒同时又耐油用共聚氯醇橡胶等。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。各种胶料的适用范围详见表五。（其他各种胶料的适用范围详见表五。（其他见表三）见表三）三、O形圈的应用材料材料适用介质适用介质使用温度使用温度/备注备注运动用运动用静止用静止用丁腈橡胶丁腈橡胶矿物油，汽油，苯矿物油，汽油，苯80-30120氯丁橡胶氯丁橡胶空气，水，氧空气，水，氧80-40120运动用应注意运动用应注意丁基橡胶丁基橡胶动、植物油，弱酸，碱动、植物油，弱酸，碱80-30110永久变形大，不适用矿物油永久变形大，不适用矿物油丁苯橡胶丁苯橡胶碱，动、植物油，空气，水碱，动、植物油，空气，水80-30100不适用矿物油不适用矿物油天然橡胶天然橡胶水，弱酸，弱碱水，弱酸，弱碱60-3090不适用矿物油不适用矿物油硅橡胶硅橡胶高、低温油，矿物油，动、植物油，高、低温油，矿物油，动、植物油，氧，弱酸，弱碱氧，弱酸，弱碱-60260-60260不适用蒸汽，运动部位避免不适用蒸汽，运动部位避免使用使