O形橡膠圈的一般結(jié)構(gòu)

 

O形橡膠圈是我們工作中常用的一種密封件，最常用在往復運動情況下，O形密封的一般結(jié)構(gòu)有外裝式結(jié)構(gòu)和內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)兩種。O形密封裝置結(jié)構(gòu)（含外裝式和內(nèi)裝式）如圖1所示。通常，外裝式結(jié)構(gòu)用于活塞密封，以隔離液壓缸的內(nèi)部腔室，因此又稱內(nèi)部密封；內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)用于活塞桿密封，以隔離液壓缸內(nèi)腔與大氣的密封，因此又稱外部密封。內(nèi)部密封發(fā)生的泄漏為內(nèi)漏，內(nèi)漏率過大時，會影響機械效率，或不能維持正常的工作壓力，從而影響到力學性能，外漏率過大時，不僅影響力學性能和機械效率，而且會對工作環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染，因此控制外漏的密封裝置尤為重要。

圖1  O形密封裝置結(jié)構(gòu)

a）外裝結(jié)構(gòu)      b）內(nèi)裝結(jié)構(gòu)

 

 

密封原理

 

 

O形橡膠圈用作壓縮密封的基本作用：當O形圈安裝在溝槽和密封面之間時，有一定的壓縮量，由此產(chǎn)生的反彈力給予被密封的光滑面和溝槽底面以初始的壓縮應力，從而起預緊或初始密封作用。O形圈的預密封作用如圖2所示。

圖2  O形圈的預密封作用（安裝狀態(tài)）

 

由于預密封作用，O形圈與被密封光滑面和溝槽底面緊密接觸，這樣當流體通過間隙進入溝槽時，只能對O形圈的一側(cè)面起作用。在工作狀態(tài)下，流體通過間隙加到O形圈一側(cè)的內(nèi)壓力進一步加大時，把O形圈推向溝槽另一側(cè)面而擠壓變形成D形狀態(tài)，并把這種壓力傳遞到密封接觸表面。因此，由于最初的過盈壓力作用，密封壓力實際上大于所施加的流體壓力。O形圈工作狀態(tài)下接觸面的壓力分布如圖3所示。

圖3  O形圈工作狀態(tài)下接觸面的壓力分布（工作狀態(tài)）

 

流體壓力越大，O形圈變形越大，從而傳遞給接觸面的壓力也越大，密封作用也就越大。這種由流體壓力自動增強密封效果的作用，叫作自緊密封作用，圖3恰當?shù)胤从沉薕形圈的自緊密封作用。

 

 

密封特性

 

 

就往復運動用O形密封裝置來說，其運動摩擦阻力比唇密封小，但它的起動摩擦阻力較大，通常是運動摩擦阻力的3~4倍。摩擦阻力和作用在O形圈上的壓力大小、壓縮量、材質(zhì)的硬度等因素有關(guān)。壓力和壓縮量對運動摩擦的影響很大，壓力大，壓縮量大，則摩擦力大。

O形圈的硬度和滑動面的表面粗糙度對起動摩擦力也有較大的影響，硬度越大，滑動表面越粗糙，摩擦力越大。靜置時間的長短對起動摩擦力也有很大的影響，特別是當靜置的時間很長時，由于O形圈處于相當大的壓縮狀態(tài)，使密封材料嵌入接觸表面的凹處，在接觸面處產(chǎn)生輕度物理和化學融合，造成起動摩擦力增加，所以O形圈的相對滑動表面越粗糙，接觸時間越長，嵌入到凹凸表面中的材質(zhì)越多，起動摩擦阻力越大。

O形密封裝置的這種密封特性，要求進行機械設計的工程技術(shù)人員應了解并掌握其特點和基本規(guī)律，以便設計出最優(yōu)良的密封裝置，為了減小起動摩擦阻力，可以采取以下措施：

1）選用硬度較低的材料制作O形圈，

2）減少壓縮量。最小壓縮率可為3%~8%。

 

此外，O形密封的壽命與相對滑動表面的材質(zhì)、加工精度、加工方法、潤滑情況和環(huán)境污染等諸多因素有關(guān)，相對表面粗糙度Ra以0.2~0.4um為佳，而相對滑動表面的硬度以50HRC以上為好。

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O形橡膠圈的一般結(jié)構(gòu)

 

O形橡膠圈是我們工作中常用的一種密封件，最常用在往復運動情況下，O形密封的一般結(jié)構(gòu)有外裝式結(jié)構(gòu)和內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)兩種。O形密封裝置結(jié)構(gòu)（含外裝式和內(nèi)裝式）如圖1所示。通常，外裝式結(jié)構(gòu)用于活塞密封，以隔離液壓缸的內(nèi)部腔室，因此又稱內(nèi)部密封；內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)用于活塞桿密封，以隔離液壓缸內(nèi)腔與大氣的密封，因此又稱外部密封。內(nèi)部密封發(fā)生的泄漏為內(nèi)漏，內(nèi)漏率過大時，會影響機械效率，或不能維持正常的工作壓力，從而影響到力學性能，外漏率過大時，不僅影響力學性能和機械效率，而且會對工作環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染，因此控制外漏的密封裝置尤為重要。

圖1  O形密封裝置結(jié)構(gòu)

a）外裝結(jié)構(gòu)      b）內(nèi)裝結(jié)構(gòu)

 

 

密封原理

 

O形橡膠圈用作壓縮密封的基本作用：當O形圈安裝在溝槽和密封面之間時，有一定的壓縮量，由此產(chǎn)生的反彈力給予被密封的光滑面和溝槽底面以初始的壓縮應力，從而起預緊或初始密封作用。O形圈的預密封作用如圖2所示。

圖2  O形圈的預密封作用（安裝狀態(tài)）

 

由于預密封作用，O形圈與被密封光滑面和溝槽底面緊密接觸，這樣當流體通過間隙進入溝槽時，只能對O形圈的一側(cè)面起作用。在工作狀態(tài)下，流體通過間隙加到O形圈一側(cè)的內(nèi)壓力進一步加大時，把O形圈推向溝槽另一側(cè)面而擠壓變形成D形狀態(tài)，并把這種壓力傳遞到密封接觸表面。因此，由于最初的過盈壓力作用，密封壓力實際上大于所施加的流體壓力。O形圈工作狀態(tài)下接觸面的壓力分布如圖3所示。

圖3  O形圈工作狀態(tài)下接觸面的壓力分布（工作狀態(tài)）

 

流體壓力越大，O形圈變形越大，從而傳遞給接觸面的壓力也越大，密封作用也就越大。這種由流體壓力自動增強密封效果的作用，叫作自緊密封作用，圖3恰當?shù)胤从沉薕形圈的自緊密封作用。

 

 

密封特性

 

就往復運動用O形密封裝置來說，其運動摩擦阻力比唇密封小，但它的起動摩擦阻力較大，通常是運動摩擦阻力的3~4倍。摩擦阻力和作用在O形圈上的壓力大小、壓縮量、材質(zhì)的硬度等因素有關(guān)。壓力和壓縮量對運動摩擦的影響很大，壓力大，壓縮量大，則摩擦力大。

O形圈的硬度和滑動面的表面粗糙度對起動摩擦力也有較大的影響，硬度越大，滑動表面越粗糙，摩擦力越大。靜置時間的長短對起動摩擦力也有很大的影響，特別是當靜置的時間很長時，由于O形圈處于相當大的壓縮狀態(tài)，使密封材料嵌入接觸表面的凹處，在接觸面處產(chǎn)生輕度物理和化學融合，造成起動摩擦力增加，所以O形圈的相對滑動表面越粗糙，接觸時間越長，嵌入到凹凸表面中的材質(zhì)越多，起動摩擦阻力越大。

O形密封裝置的這種密封特性，要求進行機械設計的工程技術(shù)人員應了解并掌握其特點和基本規(guī)律，以便設計出最優(yōu)良的密封裝置，為了減小起動摩擦阻力，可以采取以下措施：

1）選用硬度較低的材料制作O形圈，

2）減少壓縮量。最小壓縮率可為3%~8%。

 

此外，O形密封的壽命與相對滑動表面的材質(zhì)、加工精度、加工方法、潤滑情況和環(huán)境污染等諸多因素有關(guān)，相對表面粗糙度Ra以0.2~0.4um為佳，而相對滑動表面的硬度以50HRC以上為好。