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(fù)運(yùn)動(dòng)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(guò)大時(shí)，會(huì)影響機(jī)械效率，或不能維持正常的工作壓力，從而影響到力學(xué)性能，外漏率過(guò)大時(shí)，不僅影響力學(xué)性能和機(jī)械效率，而且會(huì)對(duì)工作環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)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(dāng)O形圈安裝在溝槽和密封面之間時(shí)，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(yīng)力，從而起預(yù)緊或初始密封作用。O形圈的預(yù)密封作用如圖2所示。

圖2

O形圈的預(yù)密封作用（安裝狀態(tài)）

由于預(yù)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(dāng)流體通過(guò)間隙進(jìn)入溝槽時(shí)，只能對(duì)O形圈的一側(cè)面起作用。在工作狀態(tài)下，流體通過(guò)間隙加到O形圈一側(cè)的內(nèi)壓力進(jìn)一步加大時(shí)，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(guò)盈壓力作用，密封壓力實(shí)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(dòng)增強(qiáng)密封效果的作用，叫作自緊密封作用，圖3恰當(dāng)?shù)胤从沉薕形圈的自緊密封作用。

密封特性

就往復(fù)運(yùn)動(dòng)用O形密封裝置來(lái)說(shuō)，其運(yùn)動(dòng)摩擦阻力比唇密封小，但它的起動(dòng)摩擦阻力較大，通常是運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)面的表面粗糙度對(duì)起動(dòng)摩擦力也有較大的影響，硬度越大，滑動(dòng)表面越粗糙，摩擦力越大。靜置時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)起動(dòng)摩擦力也有很大的影響，特別是當(dāng)靜置的時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，由于O形圈處于相當(dāng)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(xué)融合，造成起動(dòng)摩擦力增加，所以O(shè)形圈的相對(duì)滑動(dòng)表面越粗糙，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，嵌入到凹凸表面中的材質(zhì)越多，起動(dòng)摩擦阻力越大。O形密封裝置的這種密封特性，要求進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員應(yīng)了解并掌握其特點(diǎn)和基本規(guī)律，以便設(shè)計(jì)出最優(yōu)良的密封裝置，為了減小起動(dòng)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(duì)滑動(dòng)表面的材質(zhì)、加工精度、加工方法、潤(rùn)滑情況和環(huán)境污染等諸多因素有關(guān)，相對(duì)表面粗糙度Ra以0.2~0.4um為佳，而相對(duì)滑動(dòng)表面的硬度以50HRC以上為好。