O型密封圈的优势特点是什么?常用的沟槽形式有哪三种?

2024-02-07

O型密封圈是一种截面为圆形的橡胶圈,因其截面为O型,一般会固定在一凹槽中,组装过程中会被两个或两个以上的组件压缩,因此产生密封的接口,故称其为O型密封圈,简称“O”型圈。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形密封圈在耐油、酸碱、磨、化学侵蚀等环境依然起到良好密封、减震作用。因此,O形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。下面来为大家介绍O型密封圈的优势特点、常用的沟槽形式有哪三种?安装要求、主要失效原因及其防治措施!

(1)O型密封圈的优势特点

1、适合用于很多静态和动态的密封设备工作环境;

2、占用的密封空间较小;

3、两头密封;

4、与绝大多数流体介质相容;

5、PTFE密封圈可在-200℃条件下也是一大优点;

6、弹性体环可在-65℃~+327℃条件下工作,具体以密封材料类型而定。

(2)O型密封圈常用的沟槽形式有哪三种?

橡胶密封圈安装在沟槽内时,应允许它有一定的膨胀空间。同时也对沟槽加工精度及表面有一定要求,如沟槽表面与密封表面不允许存在晓得沟槽,划痕、凹坑、同心或螺旋状的加工痕迹。东晟密封件告诉您通常允许的膨胀率在静密封中约为15%,在动密封中约为8%。对于不同类型的沟槽,其使用范围也不同。常用的沟槽形式有哪三种呢?

一、三角沟槽

常用于法兰和端盖上的密封,其缺点是制造较困难,且供橡胶密封圈的空间非常小;
      二、矩形沟槽

广泛用于各种密封场合,无需使用挡圈(密封件)时,可做倾斜侧面;
      三、梯形沟槽

仅推荐用于O型圈(密封圈)截面直径大于2.5mm的密封特殊场合;

(3)O型密封圈的安装要求

一、安装O型圈之前,检查以下各项

1、引入角是否满足要求;

2、内径是否去除毛刺 表面有无污染;

3、密封件和零件是否已涂抹润滑脂或润滑液,建议用所密封的液体来润滑;

4、不得使用含固体添加剂的润滑脂,如二硫化钼、硫化锌等。

二、安装O型圈

1、使用无锐边的工具;

2、保证O型圈不扭曲,不得过量拉伸;

3、对于用密封条粘接成的O型圈,不得在连接处拉伸。

三、安装必须通过螺纹、花键等部位

1、当O型圈拉伸后,要通过螺丝、花键、键槽等时,必须使用工具时,该工具可以用较软、光滑的金属或塑料制成,不得有毛刺或锐边;

2、安装压紧螺丝时,应严格对称紧固螺丝。

O型密封圈的主要失效原因及其防治措施

一、永久变形

由于O型圈密封圈用的合成橡胶材料是属于粘弹性材料,所以初期设定的压紧量和回弹堵塞能力经长时间的使用,会产生永久变形而逐渐丧失,最终发生泄漏。永久变形和弹力消失是O型圈失去密封性能的主要原因,以下是造成永久变形的主要原因:

1、压缩率和拉伸量与永久变形的关系

(1)制作O型圈所用的各种配方的橡胶,在压缩状态下都会产生压缩应力松弛现象,此时,压缩应力随着时间的增长而减小。使用时间越长、压缩率和拉伸量越大,则由橡胶应力松弛而产生的应力下降就越大,以致O型圈弹性不足,失去密封能力。因此,在允许的使用条件下,设法降低压缩率是可取的。增加O型圈的截面尺寸是降低压缩率最简单的方法,不过这会带来结构尺寸的增加。

(2)应该注意,人们在计算压缩率时,往往忽略了O型圈在装配时受拉伸而引起的截面高度的减小。O型圈截面面积的变化是与其周长的变化成反比的。同时,由于拉力的作用,O型圈的截面形状也会发生变化,就表现为其高度的减小。此外,在表面张力作用下,O型圈的外表面变得更平了,即截面高度略有减小。这也是O型密封圈压缩应力松弛的一种表现。

(3)O型圈截面变形的程度,还取决于O型圈材质的硬度。在拉伸量相同的情况下,硬度大的O型圈,其截面高度也减小较多,从这一点看,应该按照使用条件尽量选用低硬度的材质。在液体压力和张力的作用下,橡胶材料的O型密封圈也会逐渐发生塑性变形,其截面高度会相应减小,以致最后失去密封能力。

2、温度与O型圈驰张过程的关系

(1)使用温度是影响O型圈永久变形的另一个重要因素。高温会加速橡胶材料的老化。工作温度越高,O型圈的压缩永久变形就越大。当永久变形大于40%时,O型圈就失去了密封能力而发生泄漏。因压缩变形而在O型圈的橡胶材料中形成的初始应力值,将随着O型圈的驰张过程和温度下降的作用而逐渐降低以致消失。

(2)温度在零下工作的O型圈,其初始压缩可能由于温度的急剧降低而减小或完全消失。在-50~-60℃情况下,不耐低温的橡胶材料会完全丧失初始应力;即使耐低温的橡胶材料,此时的初始应力也不会大于20℃时初始应力的25%。这是因为O型圈的初始压缩量取决于线胀系数。所以,选取初始压缩量时,就必须保证在由于驰张过程和温度下降而造成应力下降后仍有足够的密封能力。温度在零下工作的O型圈,应特别注意橡胶材料的恢复指数和变形指数。

综上所述,在设计上应尽量保证O型圈具有适宜的工作温度,或选用耐高、低温的O型圈材料,以延长使用寿命。

3、介质工作压力与永久变形

(1)工作介质的压力是引起O型圈永久变形的主要因素。现代液压设备的工作压力正日益提高。长时间的高压作用会使O型圈发生永久变形。因此,设计时应根据工作压力选用适当的耐压橡胶材料。工作压力越高,所用材料的硬度和耐高压性能也应越高。

(2)为了改善O型圈材料的耐压性能,增加材料的弹性(特别是增加材料在低温下的弹性)、降低材料的压缩永久变形,一般需要改进材料的配方,加入增塑剂。但是,具有增塑剂的O密封形圈,长时间在工作介质中浸泡,增塑剂会逐渐被工作介质吸收,导致O型密封圈体积收缩,甚至可能使O型密封圈产生负压缩(即在O型密封圈和被密封件的表面之间出现间隙)。因此,在计算O型密封圈压缩量和进行模具设计时,应充分考虑到这些收缩量。应使压制出的O型密封圈在工作介质中浸泡5~10昼夜后仍能保持必要的尺寸。

(3)O型圈材料的压缩永久变形率与温度有关。当变形率在40%或更大时,即会出现泄漏,所以几种胶料的耐热性界限为:丁腈橡胶70℃,三元乙丙橡胶100℃,氟橡胶140℃。因此各国对O型圈的永久变形作了规定。中国标准橡胶材料的O型圈在不同温度下的尺寸变化见表。同一材料的O型圈,在同一温度下,截面直径大的O型圈压缩永久变形率较低。

(4)在油中的情况就不同了。由于此时O型圈不与氧气接触,所以上述不良反应大为减少。加之又通常会引起胶料有一定的膨胀,所以因温度引起的压缩永久变形率将被抵消。因此,在油中的耐热性大为提高。以丁腈橡胶为例,它的工作温度可达120℃或更高。

二、间隙咬伤

被密封的零件存在着几何精度(包括圆度、椭圆度、圆柱度、同轴度等)不良、零件之间不同心以及高压下内径胀大等现象,都会引起密封间隙的扩大和间隙挤出现象的加剧。O型圈的硬度对间隙挤出现象也有明显的影响。液体或气体的压力越高,O型圈材料硬度越小,则O型圈的间隙挤出现象越严重。

防止间隙咬伤的措施是:对O型密封圈的硬度和密封间隙加以严格的控制。选用硬度合适的密封材料控制间隙。常用的O型圈的硬度范围是HS60~90。低硬度者用于低压,高硬度者用于高压。配用适当的密封圈保护挡圈,是防止O型圈被挤入间隙的有效方法。

三、扭曲现象

扭曲是指O型圈沿周向发生扭转的现象,扭曲现象一般发生在动密封状态。O型圈如果装配的妥善,并且使用条件适当,一般不大容易在往复在往复运动状态下产生滚动或扭曲,因为O型圈与沟槽的接触面积大于在滑动表面上的摩擦接触面积,而且O型圈本身的抗拒能力原来就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趋向保持O型圈在其沟槽中静止不动,因为静摩擦大于滑动摩擦,而且沟槽表面的粗糙度一般不如滑动表面的粗糙度。引起扭曲损伤的原因很多,其中最主要的是:

1、由于活塞、活塞杆和缸筒的间隙不均匀、偏心过大、O型圈断面直径不均匀等造成,由于造成O型圈在一周多受的摩擦力不均匀,O型圈的某些部分摩擦过大,发生扭曲。通常,断面尺寸较小的O型圈,容易产生摩擦不均匀造成扭曲(运动用O型圈比固定用O型圈的断面直径大就是这个道理)。

2、另外,由于密封沟槽存在着同轴度偏差,密封高度不相等以及O型圈截面直径不均匀等现象,可能使得O型圈的一部分压缩过大,另一部分过小或不受压缩。当沟槽存在偏心即同轴偏差大于O型圈的压缩量时,密封会完全失效。密封沟槽同轴度偏差大的另一个害处是使O型密封圈沿圆周压缩不均。

3、此外还有由于O型圈截面直径、材质硬度、润滑油膜厚度等的不均以及密封轴表面粗糙度等因素的影响,导致O型圈的一部分沿工作表面滑动,另一部分则发生滚动,从而造成O型圈的扭曲。运动用O型圈很容易因扭曲而损坏,这是密封装置发生损坏和泄漏的重要原因。因此提高密封沟槽的加工精密度以及减小偏心是保证O型圈具有可靠的密封性和寿命的重要因素。

4、安装密封圈不应是它处于扭曲状态。假如在安装时就被扭曲,则扭曲损伤就会很快发生。在工作中,扭曲现象会将O型圈切断,产生大量漏油,而且切断的O型圈会混到液压系统的其他部位,造成重大事故。

为了防止O型圈的扭曲损伤,在设计时应注意以下几点:

(1)O型圈安装沟槽的同心度大小,应从加工方便和不产生扭曲现象两个方面来考虑。

(2)O型圈断面尺寸应均匀,并且在每次安装时都应在密封部位充分涂抹润滑油或润滑脂。有时也可以采用浸透润滑油的毡圈式加油装置。

(3)加大O型圈的截面直径,动密封用O型密封圈的截面直径一般应大于静密封用O型圈;此外,O型圈应避免用作大直径活塞的密封。

(4)在低压下也产生扭曲损伤时,可使用密封圈保护挡圈。

(5)降低缸筒和活塞杆的表面粗糙度。

(6)采用低摩擦系数的材料制作O型密封圈。

(7)可用不易产生扭曲现象的密封圈代替O型圈。四、磨粒磨损现象

当密封的间隙具有相对运动时,工作环境中的灰尘和沙粒等被粘附在活塞杆表面,并随着活塞杆的往复运动与油膜一起被带入缸内,成为侵入O型密封圈表面的磨粒,加速O型圈的磨损,以致其失去密封性。为了避免这种情况发生,在往复运动式密封装置的外伸轴端处必须使用防尘圈。

安装o型密封圈时往往采用手动安装,在安装之前,首先需要查看所安装的地方是否存在锋利的边缘,而且要保证其内径的表面要去除毛刺,清洁干净。在所要安装的部件上要涂抹一定的润滑油,以便o型密封圈能够与其相容。在安装o型密封圈时要保证o型密封圈不被扭曲和过度的拉伸,否则将会影响到o型密封圈的使用性能。对于o型密封圈的定位需要使用辅助功能的工具来进行安装。如果是密封粘结的o型密封圈是不可以进行连接拉伸的,而且在安装过程中夹紧螺钉时应当保持对称。
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