O型密封圈的性能和应用

O形密封圈的性能与应用编写：齐建军批准：审核：2011年2月19日修订内容修订者审核O型圈适用范围•O型密封圈适用于装在各种机械设备上，在规定的温度、压力、以及不同的液体和气体介质中，于静止或运动状态下起密封作用。在机床、船舶、汽车、航空航天设备、冶金机械、化工机械、工程机械、建筑机械、矿山机械、石油机械、塑料机械、农业机械、以及各类仪器仪表上，大量应用着各种类型的密封元件。O型密封圈主要用于静密封和往复运动密封。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。O型密封圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用。O型密封圈在耐油、酸碱、磨、化学侵蚀等环境依然起到良好密封、减震作用。因此，O型密封圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。O形圈的定义•O形圈是安装在沟槽中，适量压缩的O形截面的密封环。•在各种动密封和静密封的应用中，O形圈是一种有效且经济的密封元件。•O形圈在模具中硫化成形。O形圈的优点•简单，整体式沟槽设计减少了零件与设计成本。•设计紧凑，减小了零件尺寸。•容易安装，降低了出差错的风险。•适用于多种场合：动密封、静密封、单作用或双作用。•大量标准尺寸在全球范围内可购买现货，方便维护与修理。常见O形圈的形状•O形橡胶密封圈常见O形圈的形状•星形（X）及V形橡胶密封圈常见O形圈的形状•平垫橡胶密封圈O形圈的标准标注尺寸•d1是O形圈内径•d2是O形圈的线径星形圈的标准标注尺寸D1是星形圈的内径W是星形圈的高度GB/T3452.1-2005的表示方法•O形圈7.5×1.8-G-N，•7.5——内径•1.8——断面直径•G——系列•N——等级•材料采用HG/T2579-2008的方法O形圈的常用标准材料•丁腈橡胶密封圈（NBR）:适合于石油系液压油、甘醇系液压油、二酯系润滑油、汽油、水、硅润滑脂、硅油等介质中使用。是目前用途最广、成本最低的橡胶密封件。其材料绝缘性能差，强力和弹性较低。•不适用于极性溶剂之中，例如酮类、臭氧、硝基烃、丁酮（MEK）氯仿和酸性液体。•一般使用温度范围为-40~100℃（短时间能耐125℃）。•硬度范围：邵氏A硬度40~90度。•颜色：黑色、棕色、绿色、白色、红色、黄色、蓝色、橙色、灰色。O形圈的常用标准材料•氢化丁腈橡胶密封圈（HNBR）:具有极佳的抗腐蚀、抗撕裂和抗压缩变形特性，耐臭氧、耐阳光、耐天候性较好。比丁腈橡胶有更佳的抗磨性。适用于洗涤机械、汽车发动机系统及使用新型环保冷媒R134a的制冷系統中。•不使用于醇类、酯类或是芳香族的溶液中。•一般使用温度范围为-40~150℃。•硬度范围：邵氏A硬度55~90度。•颜色：黑色、绿色、蓝色、棕色、棕红色、灰色。O形圈的常用标准材料•硅橡胶密封圈（SIL）:具有极佳的耐热、耐寒、耐臭氧、耐大气老化性能。有很好的绝缘性能。但抗拉强度较一般橡胶差且不具耐油性。适用于家用电器如电热水器、电熨斗、微波炉等。还适用于各种与人体有接触的用品，如水壶、饮水机等。•不使用于大部份浓缩溶剂、油品、浓酸及氢氧化钠中。•一般使用温度范围为-55~250℃。•硬度范围：邵氏A硬度25~90度。•颜色：黑色、棕色、绿色、白色、红色、红棕色、黄色、蓝色、橙色、透明、灰色等。O形圈的常用标准材料•氟素橡胶密封圈（FKM、FPM）:耐高温性优于硅橡胶，有极佳的耐候性、耐臭氧性和耐化学性，耐寒性则不良。对于大部份油品及溶剂都具有抵抗能力，尤其是酸类、脂族烃、芳香烃及动植物油。适用于柴油发动机、燃料系统及化工厂的密封需求。•不使用于酮类、低分子量的酯类及含硝的混合物。•一般使用温度范围为：静密封-26~232℃；动密封-15~200℃。•硬度范围：邵氏A硬度50~90度。•颜色：黑色、棕色、绿色、白色、棕红色、黄色、蓝色等。O形圈的常用标准材料•氟硅橡胶密封圈（FLS）:其性能兼有氟素橡胶及硅橡胶的优点，耐油、耐溶剂、耐燃料油及耐高低溫性均佳。能抵抗含氧的化合物、含芳香烃的溶剂及含氯的溶剂的侵蚀。一般用于航空、航天及军事用途。•不暴露使用于酮类及刹车油中。•一般使用温度范围为-50~200℃。•硬度范围：邵氏A硬度45~80度。•颜色：一般有黄色、蓝色。O形圈的常用标准材料•三元乙丙橡胶密封圈（EPDM）:具有很好的耐候性、耐臭氧性、耐水性及耐化学性。可用于醇类及酮类，还可用于高温水蒸气环境之密封。适用于卫浴设备、汽车散热器及汽车刹车系统中。•不建议用于食品用途或是暴露于矿物油之中。•一般使用温度范围为-55~125℃（采用过氧硫化可高至150℃）。•硬度范围：邵氏A硬度40~90度。•颜色：黑色、棕色、绿色、蓝色、白色、棕红色、黄色、橙色、灰色。O形圈的常用标准材料•氯丁橡胶密封圈（CR）:耐阳光、耐天候性能特別好。不怕二氯二氟甲烷和氨等制冷剂，耐稀酸、耐硅脂系润滑油,但在苯胺点低的矿物油中膨胀量大。在低温时易结晶、硬化。适用于各种接触大气、阳光、臭氧的环境及各种耐燃、耐化学腐蚀的密封环节。•不建议使用于强酸、硝基烃、酯类、氯仿及酮类的化学物之中。•一般使用温度范围为-40~100℃，短时间可至125℃。•硬度范围：邵氏硬度30~90度。•颜色：黑色、白色、黄色、蓝色。O形圈的常用标准材料•丁基橡胶密封圈（IIR）:气密性特別好，耐热、耐阳光、耐臭氧性佳，绝缘性能好；对极性溶剂如醇、酮、酯等有很好的抵抗能力，可暴露于动植物油或可氧化物中。适合于耐化学药品或真空设备。•不建议与石油溶剂、煤油或芳烃同时使用。•一般使用温度范围为-50~110℃。•硬度范围：邵氏A硬度50~70度。•颜色：黑色。O形圈的常用标准材料•聚丙烯酸脂橡胶密封圈（ACM）:对油品有极佳的抵抗力,耐高温、耐候性均佳，但机械强度、压缩变形率及耐水性稍差。一般用于汽车传动系统及动力转向系统之中。•不适用于热水、刹车油、磷酸酯之中。•一般使用温度范围为-15~150℃，短时间可以达到175℃，特殊材料可达-25℃•硬度范围：邵氏A硬度45~80度•颜色：黑色、白色、橙色。O形圈的常用标准材料•天然橡胶密封圈（NR）:具有很好的耐磨性、弹性、扯断强度及伸长率。但在空气中易老化，遇热变黏，在矿物油或汽油中易膨胀和溶解，耐碱但不耐强酸。适合于在汽車剎車油、乙醇等有氢氧根离子的液体中使用。•不适合于紫外线、氧气、臭氧中。•一般使用温度范围为-20~70℃，短时间可达100℃。•硬度范围：邵氏A硬度40~90度。•颜色：黑色。O形圈的常用标准材料•聚氨脂橡胶密封圈（AU、EU）:聚氨脂橡胶可分两类：聚酯型（AU）聚醚型（EU）。聚氨脂橡胶的机械性能非常好，耐磨、耐高压性能均远优于其它橡胶。耐老化性、耐臭氧性、耐油性也相当好,但高温易水解（特别是AU）。一般用于耐高压、耐磨损密封环节，如液压缸。•不适用于高温环境中。•一般使用温度范围为-40~80℃，短时间可用于100℃。•硬度范围：邵氏A硬度60~93度。•颜色：黑色、透明、绿色、橙色。O形圈的常用标准材料•全氟橡胶（FFKM）:非常优异的耐化学腐蚀性能，耐酸、碱、酮、酯、醚、强氧化剂等绝大多数化学品。最高耐热可到320℃。通常用于终极性的解决密封问题，价格为一般橡胶材质的近百倍，非常昂贵。•一般使用温度范围为-25~240℃。有些特殊的全氟橡胶可用到320℃。O形圈的密封机理•橡胶密封圈可以想象成为不可压缩的、具有提高表面张力的“高粘度流体”。不论是受周围机械结构的机械压力作用、还是受液压流体传递的压力作用，这种“高粘度流体”在沟槽中“流动”，形成“零空间”，或者说阻止了被其密封的流体的流动。橡胶的弹性补偿了制造和装配公差，其材料内部的弹性记忆是维持密封的重要条件。O形圈装入沟槽时的形状•O形圈安装后，未施加系统压力。此时O形圈受沟槽的机械压力，其截面已不是圆形，他关闭了流体的通道。O形圈受到系统压力时的形状•在系统压力下，O形圈被迫挤向（但未挤进缝隙）配合面之间的狭窄间隙，从而获得了更大的接触面积和密封应力。压力方向O形圈挤出时的形状•O形圈所受压力达到了它的压力极限，有一小部分密封材料被挤进了沟槽间隙。O形圈失效时的形状•进一步加大系统压力，密封件的表面张力已不足以阻止“流动”，材料挤出到开放的通道或间隙中，导致O形圈挤出失效。O形圈的安装注意事项•基本要求：•安装O形圈前检查一下各项1.引入角是否按图纸加工？2.内径是否去除毛刺？锐边是否倒圆？3.加工残余，如碎屑、脏污、外来颗粒等，是否已去除？4.螺纹尖端是否已遮盖？5.密封件和零件是否已涂润滑脂或润滑油？（注意要保证与弹性体的介质相容性，最好用所密封的流体来润滑）6.不得使用含固体添加剂的润滑脂，如二硫化钼、硫化锌。手工安装O形圈注意事项1.使用无锐边的工具；2.保证O形圈不扭曲，使用辅助工具保证正确定位；3.尽量使用安装辅助工具；4.不得过量拉伸O形圈；5.对于用密封条粘接成的O形圈，不得在连接处拉伸。O形圈过螺纹、花键安装•当O形圈拉伸后，要通过螺纹、花键、键槽等时，必须使用安装心轴（导向套管见下图）。该心轴可用较软的金属或塑料制成，并不得有毛刺和锐边。O形圈安装心轴工具几种常见安装方法在圆柱的外圆上安装O形圈正确，有导入角错误，无导入角几种常见安装方法在活塞安装O型圈正确有导入角错误无导入角几种常见安装方法横截面上过孔的O型圈正确有导入角错误无导入角O形圈初始和工作时受力情况O形圈装入沟槽时和在工作时的接触压力压力=0压力＞0O形圈初始压变形O形圈的压缩率•O形圈在沟槽中的初始变形（挤压量）对其密封作用是：1.获得初始密封接触应力；2.补偿产品公差（在间隙配合中连接二者）；3.保证一定的摩擦力；4.补偿永久压缩变形（损失）；5补偿磨损。初始变形量与截面直径（d2）的比例•动密封应用：6%至20%•静密封应用：15%至30%O形圈在沟槽中的初始压缩量合格要求ISO3601-2标准O形圈在沟槽中的初始压缩量合格要求ISO3601-2标准O形圈在沟槽中的初始压缩量合格要求ISO3601-2标准O形圈在沟槽中的初始压缩量合格要求ISO3601-2标准关于O形圈压缩与拉伸的注意事项1由于初始变形的程度不同，以及密封材料的硬度不同，O形圈的压缩力的大小也不同2.拉伸与压缩时O形圈在沟槽中安装的两种形态。在径向密封的结构配制中，O形圈在内沟槽中（作为“外圆密封”），O形圈必须受到拉伸，且其内径拉伸后大于沟槽的外径。在安装后的状态，O形圈最大拉伸长量为3%（内径＞50mm）或5%（内径＜50mm）。关于O形圈压缩与拉伸的注意事项•当O形圈装在外沟槽中（作为“内圆密封”），O型圈沿圆周周长方向被压缩。在安装后的状态，其最大周长压缩量1%。若超过以上拉伸或压缩量，会导致O形圈截面尺寸的过度增加或减少，这会影响O形圈的工作寿命。O形圈沿周长方向拉伸1%，会导致其截面积尺寸缩小0.5%。O形圈的使用注意事项•O形圈可以广泛应用在各种环境中，环境的温度、压力、速度和介质决定了密封材料的选择。1.工作压力：静密封内径大于50mm的O形圈在5MPa以下工作时，不需要挡圈；内径小于50mm的O形圈在10MPa以下工作时，不需要挡圈；（与材料硬度、截面积。间隙有关）40MPa至10MPa以内必须使用挡圈，50MPa以内，使用特殊挡圈。动密封压力小于5MPa的往复运动，不需要使用挡圈；大于5MPa，必须使用挡圈。O形圈的使用注意事项2.速度（与材料、应用有关）往复运动速度最大0.5m/s；旋转运动速度最大0.5m/s；3.温度-60℃至325℃（与材料种类和介质相容性有关）在检修更换O形圈评估时，极端温度和连续工作温度都要予以考虑，由于摩擦生热造成的温度升高，要特别注意。4.介质介质的不同所用的O形圈材质也不同，确定O形圈接触密封的液体、气体的化学成分，再根据要求选用何种材质的O形圈。常用材料标准缩写及参数各种材质的O形圈弹性体温度使用范围O形圈安装时检查导入角•由于O形圈安装时受挤压，O形圈导入过程中接触零件时，必须有规定的倒角和倒圆。O形圈安装时检查机件导入角•倒角最小长度Z，与O形圈截面直径相关机件导