O型密封圈在液壓系統中的選型與使用

盛中原

（寶鋼集團 新疆八一鋼鐵有限公司檢修中心，新疆 烏魯木齊 830022）

0 引言

密封圈是設備工作時防止介質（液體、氣體等）泄漏，或者防止雜質（灰塵、固體顆粒或水等）從外部侵入設備系統內的元件。密封結構設計和密封材料選用優劣，對整臺設備的正常工作、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，因其具有結構簡單，性能可靠，價格低廉，易于選配等優點，被廣泛應用在各種動、靜密封場合。O型圈也有其使用的局限性，例如，用于動密封時，工件與O型圈的相對速度不宜太高（線速度不高于15m/s），速度過高時易發生泄漏現象；動密封起動時摩擦阻力較大，約為動摩擦阻力的3-4 倍；O型圈不宜在低溫和高溫環境下使用等。

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的內壓，則不發生泄漏，反之則發生泄漏。也就是說，保證密封的條件為：

式中：p1——介質壓力；

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

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

由式（3）可知，Pp永遠小于p1，只有保持足夠的預接觸壓力po（即密封圈要有足夠的預壓縮率），才能保證式（1）的成立（即保證密封）。但如果預壓縮率太大，又會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計是延長密封圈無泄漏密封壽命的必要保證。

2 選型與使用要點

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。為了達到最好的密封效果，O型圈的捷徑d2應盡可能選大些。

圖1 O型圈尺寸圖

在動密封應用場合中，考慮到尺寸公差因素，對同一內徑d1，推薦選用較大的捷徑。在靜密封應用場合中，選用較大捷徑比選用較小捷徑更加安全可靠。

（2）O型圈的內徑d1的選擇原則。O型圈內徑d1的選擇原則請參考文中2.3 的相關內容。下面推薦表1 所示的數據，供選擇O型圈尺寸時參考。

表1 O型圈尺寸選擇的參考數據

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、間隙值和應用場合（動、靜密封）以及密封零部件的表面加工質量。對于標準化應用場合，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，則材料的硬度需相應提高。

2.2 O型圈安裝后的初始壓縮量

O型圈在安裝溝槽中的初始壓縮量(預壓縮量)是至關重要的，根據不同的應用場合，O型圈的初始壓縮量建議如下：

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

動密封：當油液壓力在1MPa 以下時，選(5～10)%；當壓力在1～15MPa 的范圍時，選(10～15)%；當壓力在15～30MPa 的范圍時，選(15～20)%。

2.3 拉伸和擠壓

在用于徑向孔密封場合時，O型圈安裝時將會受到拉伸，即d3＞d1。

推薦拉伸量：取(2～5)%

在徑向軸密封場合時，O型圈安裝時將會受到擠壓，即da＞d6。

O型圈拉伸和擠壓量計算公式如下：

式中：d1——O型圈內徑（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大于O型圈截面積約為25%。

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

安裝溝槽填滿率的計算方法為：

2.5 安裝溝槽的圓角

矩形安裝溝槽是常用的一種形式，其側面可加工成0°～5°的傾斜度，若采用擋圈，則側面必須是垂直的，如圖2 所示。O型圈捷徑d2與倒角r1、r2的關系見表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注可參考有關手冊。

2.7 倒錐（安裝倒角）

由于O型圈在安裝時受擠壓，因此必須設置導錐（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，導錐應在15°～20°之間，導錐尺寸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系

圖3 導錐

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，請參照圖4 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

在徑向動密封中，當壓力超過5MPa時，推薦使用擋圈，這樣可以避免O型圈被擠入徑向間隙中，同時可提高工作壓力。

3 安裝注意

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

4 結束語

文中所述的O型圈的動靜密封場合的原理、選型等內容是作者在從事液壓維護和液壓元件分析中的經驗總結，希望以此對同行起到拋磚引玉的作用。

［1］呂百齡，編.實用橡膠手冊[M].2版.化學工業出版社

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

［3］聞邦春，編.機械設計手冊：第三卷[M].機械工業出版社.

［4］陳愛平，周忠亞.O型密封圈和密封圈槽的選配及應用[M].