O形橡胶圈的密封原理

O形橡胶圈的一般结构

O形橡胶圈是我们工作中常用的一种密封件，最常用在往复运动情况下，O形密封的一般结构有外装式结构和内装式结构两种。O形密封装置结构（含外装式和内装式）如图1所示。通常，外装式结构用于活塞密封，以隔离液压缸的内部腔室，因此又称内部密封；内装式结构用于活塞杆密封，以隔离液压缸内腔与大气的密封，因此又称外部密封。内部密封发生的泄漏为内漏，内漏率过大时，会影响机械效率，或不能维持正常的工作压力，从而影响到力学性能，外漏率过大时，不仅影响力学性能和机械效率，而且会对工作环境产生严重污染，因此控制外漏的密封装置尤为重要。

图1 O形密封装置结构

a）外装结构 b）内装结构

密封原理

O形橡胶圈用作压缩密封的基本作用：当O形圈安装在沟槽和密封面之间时，有一定的压缩量，由此产生的反弹力给予被密封的光滑面和沟槽底面以初始的压缩应力，从而起预紧或初始密封作用。O形圈的预密封作用如图2所示。

图2 O形圈的预密封作用（安装状态）

由于预密封作用，O形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形圈的一侧面起作用。在工作状态下，流体通过间隙加到O形圈一侧的内压力进一步加大时，把O形圈推向沟槽另一侧面而挤压变形成D形状态，并把这种压力传递到密封接触表面。因此，由于最初的过盈压力作用，密封压力实际上大于所施加的流体压力。O形圈工作状态下接触面的压力分布如图3所示。

图3 O形圈工作状态下接触面的压力分布（工作状态）

流体压力越大，O形圈变形越大，从而传递给接触面的压力也越大，密封作用也就越大。这种由流体压力自动增强密封效果的作用，叫作自紧密封作用，图3恰当地反映了O形圈的自紧密封作用。

密封特性

就往复运动用 O 形密封装置来说，其运动摩擦阻力比唇密封小，但它的起动摩擦阻力较大，通常是运动摩擦阻力的3~4倍。摩擦阻力和作用在O形圈上的压力大小、压缩量、材质的硬度等因素有关。压力和压缩量对运动摩擦的影响很大，压力大，压缩量大，则摩擦力大。O形圈的硬度和滑动面的表面粗糙度对起动摩擦力也有较大的影响，硬度越大，滑动表面越粗糙，摩擦力越大。静置时间的长短对起动摩擦力也有很大的影响，特别是当静置的时间很长时，由于O形圈处于相当大的压缩状态，使密封材料嵌入接触表面的凹处，在接触面处产生轻度物理和化学融合，造成起动摩擦力增加，所以O形圈的相对滑动表面越粗糙，接触时间越长，嵌入到凹凸表面中的材质越多，起动摩擦阻力越大。O形密封装置的这种密封特性，要求进行机械设计的工程技术人员应了解并掌握其特点和基本规律，以便设计出最优良的密封装置，为了减小起动摩擦阻力，可以采取以下措施：

1）选用硬度较低的材料制作O形圈，

2）减少压缩量。最小压缩率可为3%~8%。

此外，O形密封的寿命与相对滑动表面的材质、加工精度、加工方法、润滑情况和环境污染等诸多因素有关，相对表面粗糙度Ra以0.2~0.4um为佳，而相对滑动表面的硬度以50HRC以上为好。

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