摘要：该文剖析O 型密封圈静密封的失效原因，提出合理选型以及沟槽结构尺寸。

　　关键词：静密封;冷流;压缩率;拉伸量;公差

　　前言

　　O型圈密封是自发展以来最佳的、最常用的、最简单的“傻瓜式”密封，它并不需要多大的负载力即可实现“零泄漏”密封，伴随着新的密封结构、型式和新材料的不断涌现，密封技术的发展取得了长足的进步，0型圈作为动密封的时代基本结束，我们除了在一些“短行程”、 “小直径”的元件中还能偶尔见到它们作为动密封的身影外，其余动密封场合都被后来居上的唇形密封、组合密封等逐步取代。而作为静密封，它优良的“零泄漏”静密封性能、简单的密封结构 t经济的性价比决定了它永远都不会落伍。所以，我们有必要更好的掌握它在静密封场合下的使用方法。

　　无论是国际上，还是国内都制订了相应的O型圈规格及其安装沟槽标准，我国也相继推出了两次它的标准，即 G B 1 2 3 5 (旧标准 )和 G B3 4 5 2 (新标准)，G B 1 2 3 5 与日本标准JI S B2 4 0 1 相似，不同之处主要是 G B 1 2 3 5 以 0 型圈外径作为基本尺寸，JI SB 2 4 0 1 以 0 型 圈内径作为基本尺寸;G B 34 5 2 与美国标准 A S56 8 相似，不同之处仅在两者的 0 型圈断面尺寸上有点细微差别。

　　G B3 4 5 2 (新标准)相对 G B 12 3 5 (旧标准)来说，规格更加齐全，推荐的安装沟槽尺寸更加合理，但是过于细化，作为一个标准来讲，越细化越好，越准确越好，但是这种“细化”给O型圈的中、低级用户使用带来了不便，他们觉得用 G B3 4 5 2 (新标准)去选型、设计都很浪费时间，所以有相当一部分用户仍沿用 G B 12 3 5 (旧标准)，因为 G B 1235 (旧标准)相对简单一些，这样就形成了我国新、旧两种0 型圈标准并存的状况，为方便用户使用，为加速 G B 3 4 5 2 (新标准)的有效推广，文中结合我国国情，灵活运用新、旧两种国标及其相关国际、国外标准，将有关0 型圈多年的设计、使用经验与各界同仁共享。

　　其实只要我们了解O 型圈的密封机理，掌握了O 型圈使用规律，无论是内径还是外径作为基本尺寸都无关紧要，同样其断面尺寸的细微差别相对其较大的压缩率公差来说，也可以忽略不计。我们只要知道O型圈的基本尺寸(内径或外径)和断面尺寸就可简单、快捷地设计出 O 型圈安装沟槽，根本不需要面对烦琐的选型表格，查表既浪费时间，又容易因看花眼而出错。

　　下面介绍O型圈在静密封场合的选型与应用。

　　1、密封失效的类型

　　(l ) 材质选择不正确，O型圈材料与工作介质不匹配;

　　(2 ) O 型圈部分地“冷流”到密封间隙中破损;

　　(3 ) 密封结构、型式不合理;

　　( 4 ) 沟槽尺寸设计不正确，即压缩率、拉伸量超出使用范围;

　　( 5 ) 沟槽加工精度、表面粗糙度不符合要求。

　　2、解析失效的原因

　　2.1 工作介质和工作温度

　　O型圈的常用材质有丁晴橡胶(N BR )、氟橡胶( FPM )、有些场合还会用到硅橡胶(MV Q)、氟硅橡胶( M FQ)、氯丁胶(CR )、乙丙橡胶( E PD M )、聚硫橡胶( T R )等。

　　( l ) 丁晴橡胶( N B R ) 可用于石油基液压油和矿物基润滑脂，以及水一乳化液、水一乙二醇基抗燃液压油，但不能用于磷酸脂基抗燃液压油，工作温度范围为一3 0 ~ + 1 10 ℃,其优、特点是价格低廉，优先选用材质，当该材质不能满足工况要求时才考虑其它材质，它是应用最广泛材质。

　　( 2 ) 氟橡胶(FPM ) 除能可用于丁晴橡胶能适应的所有工作介质外，还能用于磷酸脂基抗燃液压油，工作温度范围为一2 0~+ 200℃,其优、特点是价格较贵，一般用于丁晴橡胶不能适应的磷酸脂基抗燃液压油介质和须耐高温、耐腐蚀的场合，主要用于汽车、石油 、化工、航空等。

　　( 3 ) 硅橡胶(MV Q) 可用于石油基液压油和矿物基润滑脂，不能用于上述提及的三种抗燃液压油，工作温度范围为一5 0 ~ +2 1 0T,在无菌的条件下生产，用于食品制造、医疗卫生 系统，它与其它材质相比，其最重要的优点是“无毒”。

　　( 4 ) 氟硅橡胶( MFQ ) 可适用的工作介质同 “氟橡胶”，工作温度范围为一5 0~+ l 7 5 ℃，集氟橡胶和硅橡胶的优点于一体，既具有硅橡胶的耐高温和耐低温性能，又具有氟橡胶耐腐蚀、抗燃的性能特用于航天(如：外太空昼夜温差大及可能遭遇不明腐蚀介质地侵蚀)。

　　( 5 ) 氯丁胶( C R ) 具有良好的耐老化及盐水性能，工作温度范围为一4 0~+ l00℃，主要用于制冷、空调系统(如氟里昂 1 2 )。

　　( 6 ) 乙丙橡胶(E PD M ) 能用于磷酸脂基抗燃液压油，千万不能用于矿物油，工作温度范围为-4 0 ~+ 1 5 0℃，可适用于耐蒸气、热水、高温气体、弱酸的暖风及冷却系统和含磷酸脂基抗燃液压油 (如汽车制动液)的车辆刹车系统。

　　( 7 ) 聚硫橡胶(T R ) 用于燃料系统(如：汽油 、柴油 、煤油)中，防止密封件材料在吸人介质产生膨胀的同时又材料产生分解的有机溶剂介质场合，工作温度范围为0~+ 8 0℃ 。

　　( 8 ) 聚四氟乙烯(PT FE ) 适用于任何工作介质，工作温度范围为一5 0~+ 2 2 5 ℃，用于高压、高温时作O型圈挡圈材料。

　　2 . 2 消除“冷流”的三种方法

　　( l ) 增加O型圈的材质硬度

　　对于大多数O 型圈密封场合，邵氏 A 7 0 o ( 土5°)的材质硬度便可获得最佳的密封效果，故 0 型圈一般交货时正常材质硬度为邵氏 A 7 0 ° ( 士5°)，当液压或气动系统工作压力p 较高时，一般p > l 6 MP a时，O 型圈材料被“冷流”到密封间隙的可能性增大，此时若需高硬度的 O型圈须特殊订货，这会导致增加成本和延长交货期，故一般不采用次方案。

　　( 2) 减小密封间隙(当p≤16 Mp a时)，

　　在普通机床能满足加工精度且不增加工艺成本的前提下，提高两密封配合面的配合精度，减小孔轴配合间隙是当p≤16 MP a 时消除“冷流”的最经济、最行之有效的方法。

　　( 3 ) 设置O型圈挡圈(当p > 16 MPa时)

　　当p > l 6 MPa时，若仍用减小密封间隙的方法，将势必因加工精度过高须增加工艺成本，故一般改用设置O 型圈挡圈的方法来抵抗“冷流”的产生，若O型圈受单侧介质压力，则应在承压面(即低压侧或无压侧)加设一挡圈;若O型圈受双向交替介质压力，则应在两侧各加一挡圈，加挡圈后密封间隙仍按未加挡圈时设计，一般静密封O 型圈只受单侧介质压力，受双向交替介质压力的为特殊工况。

　　根据液压或气动系统工作压力p 的等级不同，两密封配合面的孔D 和轴 d 配合间隙大致可分为：低温场合当p < 7 MP a 时，配合面孔 (缸径)D4/轴(杆径)d5的公差为 H 1 0 / f 9 或H9 / f 9，一般此用公差配合常用于气动元件。

　　当7≤p≤16 MP a 和p > l 6 MP a 时配合面孔(缸径)d4/轴(杆径 )d5 的公差为 H9 / f8 或 H8 /f8，但当p > l 6 MP a 时须设置O型圈挡圈。

　　高温场合：高温时，O型圈材料易软化，会增加被挤出到密封间隙的可能，如氟橡胶和氟硅橡胶用于高温场合时，应将密封间隙进一步减小至较低温度场合的一半为宜，也可在当p ≤1 6 MP a 时就加设挡圈。

　　3 合理选择密封结构、沟槽型式

　　3.1密封结构设计

　　(1 ) O型圈从孔端插入或从轴端套人时应在孔或轴端设置15°—2 0°倒角，倒角高度应保证O型圈放入沟槽后未压缩状态下不与倒角前端干涉而切圈(图 l、图2、图 3)。

　　( 2 ) O型圈通过外螺纹时要用专用装配工具套住螺纹，以防O 型圈被螺纹割伤(图7 )。

　　( 3 ) 0 型圈通过径向带小孔的内孔时，内孔的小孔处应车出浅槽并两侧倒 15 一2 0°角，浅槽底径应大于O 型圈放入沟槽后未压缩状态下的外径(图4 )。

　　( 4 ) 0 型圈受外压时焊接法兰型零件应将内端面加工得比外端面凹入0.1一 0.15mm ，

　　作用是以防焊接变形导致密封面不平，受内压时焊接法兰型零件也常采用此结构(图5 )。

　　3 . 2 密封沟槽型式

　　(l ) 径向密封(常用)

　　·孔用径向密封 最优先考虑的最常用的各类静密封(图 l、图 2 )。

　　·轴用径向密封 由于结构原因无法采用孔用径向密封时，可考虑选用的常用各类静密封(图3 )。

　　( 2 ) 端面密封(又称轴向密封)

　　·受外压 用于液压系统泵、吸油滤油器等吸油口及负压气动(真空)系统各接口处密封(图5 )。

　　·受内压用于l )液压系统各种压力油、回油及正压气动系统接口处密封。

　　2 ) 各种气体、液体的防泄漏密封。

　　3 ) 防水密封等(图 6 )。

　　(3 ) 锥面密封

　　·管接头用锥面密封(逐渐淘汰)：焊接式锥密封管接头 J B/T6381~J B/6383 用，虽然该型式的锥面配合的自定位能力可以补偿焊接或弯管的误差，故密封性高，抗震能力强;但其有伸进距离，故装卸接头非常不方便，一般不建议使用(图 9 )。

　　·螺纹插装件用锥面密封：螺纹插装阀、压力及压差继电器、温度及液位报警器等螺纹插装件用(图 8 )。

　　( 4 ) 三角沟槽密封(淘汰)：三角沟槽密封因其沟槽型式不合理，安装后供O 形圈的膨胀空间太小，很容易造成安装后被夹伤或被挤出，故建议淘汰(图10 )。

　　各密封沟槽型式的密封性能比较：径向密封>锥面密封>端面常用密封>三角沟槽密封。

　　3 3 合理设计沟槽尺寸

　　( l ) 若沟槽设计时深度过深，O型圈压缩量过小;或沟槽加工时公差波动向压缩量小的方向靠拢，则会导致装配后O型圈工作时泄漏。若沟槽设计时深度过浅，O型圈压缩量过大，或沟槽加工时公差波动向压缩量大的方向靠拢，则会导致O 型圈材料应力松弛，从而形成密封装置泄漏。

　　( 2 ) 若沟槽设计时，拉伸量过大，O型圈装配后将拉伸过度，从而使材料过早老化，引起密封装置泄漏。

　　另外，拉伸时O型圈断面尺寸将随之减小，若沟槽深度不变，同样拉伸量过大，会导致压缩量过小而泄漏。若沟槽设计时，压缩量过大，O型圈装配后将淤积在沟槽内，当轴端插人时会导致切圈。

　　总之，只有适宜的拉伸量和压缩量才能有效保证O 型圈材料的长期使用寿命以及轻松方便地装配。

　　沟槽尺寸表 单位：mm

　　结合上表举例：

　　以旧国标G B1235为例选型，已知液压缸缸径D 4 = l00( H9 )，O型圈断面直径 d2=3.1,请设计该O型圈孔用径向静密封沟槽。

　　根据上表查d1= 3.1 得 2 t = 2 x 2.4 =4.8，沟槽底径d 3 (h8)=d 4- 2t =10 0 一4.8=95.2 ( h8)再查，则可选 GB 1235 O型圈100 x 3.l，若以日本标准JI SB2 401选型，注意将O型圈内径d1选得略小于d3( 94.4< 95.2 )，故选 JI SB24010型圈 G95 ( 94.4 x3.1 )。G B1235 以O型圈外径作为基本尺寸，JISB2401 以O型圈内径作为基本尺寸。

　　以新国标G B3 4 5 2 为例选型，已知油缸杆径D5= 80 (f8)，O型圈断面直径 d 2 = 5..3,请设计该O 型圈轴用径向静密封沟槽。

　　根据上表查d2= 5.3得 2 t =2 x4 . 3 5 = 8.7，沟槽底径d6( H8 )= d5+2t = 8.7 = 88.7 (H8),再查 ，则可选GB3452 O型圈80x 5.3，若以美国标准A S568选型，注意将O 型圈外径d1+ 2 * d2略大于d6，故选AS568O型圈 78.74×5.33。[即78.74 + 2 x 5.33 =89.4 > 88.7 满足条件。

　　以旧国标G B 1235为例选型，已知油泵吸油法兰中O型圈沟槽内径d8≈30，O型圈断面直径d2= 3.5，请设计该O型圈受外压型静密封沟槽。

　　要保证O型圈内径 d1略小于 d 8，可选G B3452O型圈36 x3.5;即 d l=36一2 x3.5=29 < 3 0 满足条件 dl略小于d8则d8=30 (h ll)，根据上表查 d2=3.5 得 再查。以新国标 G B3452 为例选型，已知油泵出口法兰中O型圈沟槽内径d8≈30，O型圈断面直径d2= 3.55,请设计该O型圈受内压型静密封沟槽。

　　根据上表查d2= 3.5得 ，沟槽外径d7≈30 + 2 x 4.8=3 9.6，要保证O 型圈外径d1+ 2*d2略大于d7,可选 GB3452 O型圈33.5×3.55，即 d1+2 * d2=33.5+2 x3.55=40.6>39.6满足条件。则沟槽外径d7=39.6(h11)再查。

　　O型圈沟槽槽底粗糙度建议 Ra l.6~3.2 两槽侧粗糙度建议R a 0.1~0.3，各15~20°导向角粗糙度建议R a l.6，沟槽底径同轴度 8~9 级。

　　4、O型圈的装配与保存

　　1)装配要用专用工具，并注意装配方法，以防O型圈翻转;

　　2)装配时要再沟槽中预涂润滑脂;

　　3)保存时置于干燥处的气密容器中，温度宜在5一2 5℃之间。

　　参 考 文 献：

　　[1]雷天觉。主编.新编液压工程手册.北京理工大学出版社。

　　[ 2 ] 蔡春源。主编。机电液设计手册[M ]北京机械工业出版社。

　　[ 3 ] 李北云，主编。中国机械设计大典，江西科学技术出版社。

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