O形密封圈的密封原理

1、O形密封圈的密封原理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，O 形

3、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PmP。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，O 形圈装入密封沟槽后，其断面一般

4、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，由于杆运动速度、液体的压力、粘度的作用，情况比静密封

5、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。由于液压油的粘度随着温度 的升高而降低，油膜

6、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 形圈不适合用作速度非常低的往复 动密封和单独作

7、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 形圈的接触处产生磨擦热，生成的热量使这些接触部位的温度不断上 升

8、，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