O型圈的主要失效原因及其防治措施.doc

O型圈的主要失效原因及其防治措施
　O形密封圈设计、使用不当会加速O形密封圈的损坏，丧失密封性能。实验表明，如密封装置各部分设计合理，单纯地提高压力，并不会造成O形密封圈的破坏。在高压、高温的工作条件下，O形密封圈破坏的主要原因是O形密封圈材料的永久变形和O形密封圈被挤入密封间隙而引起的间隙咬伤一级O形密封圈在运动时出现扭曲现象。
　　1、O形密封圈材料的永久变形
　　由于O形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形密封圈失去密封性能的主要原因，以下是造成O形密封圈材料永久变形的主要原因。
　　1)压缩率和拉伸量与O形密封圈材料永久变形的关系
　　制作O形密封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形密封圈弹性不足，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形密封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。
　　应该注意，人们在计算压缩率时，往往忽略了O形密封圈在装配时受拉伸而引起的截面高度的减小。O形密封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形密封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形密封圈的外表面变得更平了，即截面高度略有减小。这也是O形密封圈压缩应力松弛的一种表现。
　　O形密封圈截面变形的程度，还取决于O形密封圈材质的硬度。在拉伸量相同的情况下，硬度大的O形密封圈，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形密封圈也会逐渐发生塑性变形，O形密封圈截面高度会相应减小，以致最后失去密封能力。
　　2)温度与O形密封圈驰张过程的关系
　　使用温度是影响O形密封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形密封圈的压缩永久变形就越大。当永久变形大于40%时，O形密封圈就失去了密封能力而发生泄漏。因压缩变形而在O形密封圈的橡胶材料中形成的初始应力值，将随着O形密封圈的驰张过程和温度下降的作用而逐渐降低以致消失。温度在零下工作的O形密封圈，O形密封圈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℃的情况下，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形密封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形密封圈，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形密封圈具有适宜的工作温度，或选用耐高、低温的O形密封圈材料，以延长O形密封圈使用寿命。
　　3)介质工作压力与O形密封圈材料的永久变形
　　工作介质的压力是引起O形密封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形密封圈发生永久变形。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。
　　为了改善O形密封圈材料的耐压性能，增加材料的弹性(特别是增加材料在低温下的弹性)、降低O形密封圈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形密封圈，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形密封圈体积收缩，甚至可能使O形密封圈产生负压缩(即在O形密封圈和被密封件的表面之间出现间隙)。因此，在计算O形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形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。
　　O形密封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形圈的永久变形作了规定。中国标准橡胶材料的O形圈在不同温度下的尺寸变化见表。同一材料的O形密封圈，在同一温度下，截面直径大的O形密封圈压缩永久变形率较低。
　　在油中的情况就不同了。由于此时O形密封圈不与氧气接触，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。
　　2、O形密封圈间隙咬伤
　　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形密封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形密封圈材料硬度越小，则O形密封圈的间隙挤出现象越严重。
　　防止间隙咬伤的措施是，对O形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O形密封圈间隙。常用的O形密封圈的硬度范围是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形密封圈被挤入间隙的有效方法。
　　3、O形密封圈的扭曲现象
　　扭曲是指O形密封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形密封圈如果装配的妥善，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形密封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形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形密封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O形密封圈扭曲损伤的原因很多，其中最主要的是由于活塞、活塞杆和缸筒的间隙不均匀、偏心过大、O形密封圈断面直径不均匀等造成，由于造成O形密封圈在一周多受的摩擦力不均匀，O形密封圈的某些部分摩擦过大，发生扭曲。通常，断面尺寸较小的O形密封圈，容易产生摩擦不均匀。造成扭曲(运动用O形密封圈比固定用O形密封圈的断面直径大就是这个道理。)
　　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形密封圈截面直径不均匀等现象，可能使得O形密封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形密封圈的压缩量时，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形密封圈沿圆周压缩不均。此外还有由于O形密封圈截面直径、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形密封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形密封圈的扭曲。运动用O形密封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形圈具有可靠的密封性和寿命的重要因素。
　　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形密封圈切断，产生大量漏油，而且切断的O形密封圈会混到液压系统的其他部位，造成重大事故。

　　为了防止O形密封圈的扭曲损伤，在设计时应注意以下几点
　　1)O形密封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形密封圈断面尺寸应均匀，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形密封圈的截面直径，动密封用O形密封圈的截面直径一般应大于静密封用O形圈;此外，O形圈应避免用作大直径活塞的密封。
　　4)在低压下也产生O形密封圈扭曲损伤时，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形密封圈。
　　7)可用不易产生扭曲现象的密封圈代替O形密封圈。
　　4、O形密封圈的磨粒磨损现象
　　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形密封圈表面的磨粒，加速O形密封圈的磨损，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。

O型圈失效原因及其预防措施（上）
O形密封圈设计、运用不当会减速O形密封圈的损坏，丧失密封功能。实验标明，如密封安装各局部设计合理，单纯地进步压力，并不会形成O形密封圈的毁坏。在高压、低温的任务条件下，O形密封圈毁坏的次要缘由是O形密封圈资料的永世变形和O形密封圈被挤入密封间隙而惹起的间隙咬伤一级O形密封圈在运动时呈现歪曲景象。
　　1、O形密封圈材料的永世变形
　　由于O形圈密封圈用的分解橡胶资料是属于粘弹性资料，所以初期设定的压紧量和回弹梗塞才能经长日子的运用，会发生永世变形而逐步丧失，最终发作走漏。永世变形和弹力消逝是O形密封圈得到密封功能的次要缘由，以下是形成O形密封圈资料永世变形的次要缘由。
　　1)紧缩率和拉伸量与O形密封圈资料永久变形的关系
　　制造O形密封圈所用的各种配方的橡胶，在紧缩形态下都会发生紧缩应力松弛景象，此时，紧缩应力随着日子的增长而减小。运用日子越长、紧缩率和拉伸量越大，则由橡胶应力松弛而发生的应力下降就越大，致使O形密封圈弹性缺乏，得到密封才能。因而，在允许的运用条件下，设法降高压缩率是可取的。添加O形密封圈的截面尺寸是降高压缩率最复杂的办法，不过这会带来构造尺寸的添加。
　　应该留意，人们在计算紧缩率时，往往疏忽了O形密封圈在拆卸时受拉伸而惹起的截面高度的减小。O形密封圈截面面积的变化是与其周长的变化成正比的。同时，由于拉力的作用，O形密封圈的截面外形也会发作变化，就表现为其高度的减小。此外，在外表张力作用下，O形密封圈的表面面变得更平了，即截面高度略有减小。这也是O形密封圈紧缩应力松弛的一种表现。
　　O形密封圈截面变形的水平，还取决于O形密封圈材质的硬度。在拉伸量相反的状况下，硬度大的O形密封圈，其截面高度也减小较多，从这一点看，应该依照运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，橡胶资料的O形密封圈也会逐步发作塑性变形，O形密封圈截面高度会相应减小，致使最初得到密封才能。
　　2)温度与O形密封圈驰张进程的关系
　　运用温度是影响O形密封圈永世变形的另一个重要要素。低温会减速橡胶资料的老化。任务温度越高，O形密封圈的紧缩永世变形就越大。当永世变形大于40%时，O形密封圈就得到了密封才能而发作走漏。因紧缩变形而在O形密封圈的橡胶资料中构成的初始应力值，将随着O形密封圈的驰张进程和温度下降的作用而逐步降低致使消逝。温度在零下任务的O形密封圈，O形密封圈初始紧缩能够由于温度的急剧降低而减小或完全消逝。在-50～-60℃的状况下，不耐高温的橡胶资料会完全丧失初始应力;即便耐高温的橡胶资料，此时的初始应力也不会大于20℃时初始应力的25%。这是由于O形密封圈的初始紧缩量取决于线胀系数。所以，选取初始紧缩量时，就必需保证在由于驰张进程和温度下降而形成应力下降后仍有足够的密封才能。
　　温度在零下任务的O形密封圈，应特别留意橡胶资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形密封圈具有适合的任务温度，或选用耐高、高温的O形密封圈资料，以延伸O形密封圈运用寿命。
　　3)介质任务压力与O形密封圈资料的永世变形
　　任务介质的压力是惹起O形密封圈永世变形的次要要素。古代液压设备的任务压力正日益进步。长日子的高压作用会使O形密封圈发作永世变形。因而，设计时应依据任务压力选用适当的耐压橡胶资料。任务压力越高，所用资料的硬度和耐高压功能也应越高。
　　为了改善O形密封圈资料的耐压功能，添加资料的弹性(特别是添加资料在高温下的弹性)、降低O形密封圈资料的紧缩永世变形，普通需求改良资料的配方，参加增塑剂。但是，具有增塑剂的O形密封圈，长日子在任务介质中浸泡，增塑剂会逐步被任务介质吸收，招致O形密封圈体积膨胀，甚至能够使O形密封圈发生负紧缩(即在O形密封圈和被密封件的外表之间呈现间隙)。因而，在计算O形密封圈紧缩量和停止模具设计时，应充沛思索到这些膨胀量。应使压制出的O形密封圈在任务介质中浸泡5～10昼夜后仍能坚持必要的尺寸。
　　O形密封圈资料的紧缩永世变形率与温度有关。当变形率在40%或更大时，即会呈现走漏，所以几种胶料的耐热性界线为：丁腈橡胶70℃，三元乙丙橡胶100℃，氟橡胶140℃。因而各国对O形圈的永世变形作了规则。中国规范橡胶资料的O形圈在不同温度下的尺寸变化见表。同一资料的O形密封圈，在同一温度下，截面直径大的O形密封圈紧缩永世变形率较低。
　　在油中的状况就不同了。由于此时O形密封圈不与氧气接触，所以上述不良反响大为增加。加之又通常会惹起胶料有一定的收缩，所以因温度惹起的紧缩永世变形率将被抵消。因而，在油中的耐热性大为进步。以丁腈橡胶为例，它的任务温度可达120℃或更高。