O型密封圈在液压系统中的选型与使用

盛中原

（宝钢集团 新疆八一钢铁有限公司检修中心，新疆 乌鲁木齐 830022）

0 引言

密封圈是设备工作时防止介质（液体、气体等）泄漏，或者防止杂质（灰尘、固体颗粒或水等）从外部侵入设备系统内的元件。密封结构设计和密封材料选用优劣，对整台设备的正常工作、工作效率、性能以及使用寿命都有很大的影响，必须予以足够的重视。

O型圈具有良好的密封性，密封压力在1.33×10-5Pa 到100MPa 范围内，因其具有结构简单，性能可靠，价格低廉，易于选配等优点，被广泛应用在各种动、静密封场合。O型圈也有其使用的局限性，例如，用于动密封时，工件与O型圈的相对速度不宜太高（线速度不高于15m/s），速度过高时易发生泄漏现象；动密封起动时摩擦阻力较大，约为动摩擦阻力的3-4 倍；O型圈不宜在低温和高温环境下使用等。

1 O型圈的密封原理

O型圈属于自紧式挤压型密封，其基本工作原理在依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力。接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。也就是说，保证密封的条件为：

式中：p1——介质压力；

pc——介质压力下的总接触压力，其值为密封圈初始预压力p0与介质压力经密封圈传递给接触面的接触压力（也称作介质作用接触压力）pp之和，即：

其中，κ 为侧压系数，κ=ν/（1-ν），对于橡胶密封件κ≈0.9-0.985；ν为密封圈材料的泊松比，对于橡胶密封件，ν=0.48-0.496。

由式（3）可知，Pp永远小于p1，只有保持足够的预接触压力po（即密封圈要有足够的预压缩率），才能保证式（1）的成立（即保证密封）。但如果预压缩率太大，又会影响密封圈的使用寿命。因此密封圈压缩率和密封圈沟槽尺寸的合理设计是延长密封圈无泄漏密封寿命的必要保证。

2 选型与使用要点

2.1 O型圈尺寸和材料硬度的选择

2.1.1 尺寸选择原则

（1）O型圈的捷径d2的选择原则。图1 为O型圈的尺寸图。为了达到最好的密封效果，O型圈的捷径d2应尽可能选大些。

图1 O型圈尺寸图

在动密封应用场合中，考虑到尺寸公差因素，对同一内径d1，推荐选用较大的捷径。在静密封应用场合中，选用较大捷径比选用较小捷径更加安全可靠。

（2）O型圈的内径d1的选择原则。O型圈内径d1的选择原则请参考文中2.3 的相关内容。下面推荐表1 所示的数据，供选择O型圈尺寸时参考。

表1 O型圈尺寸选择的参考数据

2.1.2 材料及硬度选择原则

O型圈材料的硬度取决于工作压力、间隙值和应用场合（动、静密封）以及密封零部件的表面加工质量。对于标准化应用场合，推荐材料硬度为邵尔A70，而在高压（20MPa 以上）或承受脉冲压力工况时，则材料的硬度需相应提高。

2.2 O型圈安装后的初始压缩量

O型圈在安装沟槽中的初始压缩量(预压缩量)是至关重要的，根据不同的应用场合，O型圈的初始压缩量建议如下：

静密封：当油液压力在30MPa 以下时，选(15～20)%；当压力在30～60MPa 的范围时，选(20～25)%；当压力在60～100MPa 的范围时，选(25～30)%。

动密封：当油液压力在1MPa 以下时，选(5～10)%；当压力在1～15MPa 的范围时，选(10～15)%；当压力在15～30MPa 的范围时，选(15～20)%。

2.3 拉伸和挤压

在用于径向孔密封场合时，O型圈安装时将会受到拉伸，即d3＞d1。

推荐拉伸量：取(2～5)%

在径向轴密封场合时，O型圈安装时将会受到挤压，即da＞d6。

O型圈拉伸和挤压量计算公式如下：

式中：d1——O型圈内径（mm）；

da——da=d1+2d2，其中d2表示O型圈截径（mm）；

d3——径向孔密封中沟槽底径（mm）；

d6——径向轴密封中沟槽底径（mm）；

δ1——拉伸量；

δ2——挤压量。

2.4 安装沟槽的填满率

O型圈安装沟槽常用的矩形面积应大于O型圈截面积约为25%。

这样，当O型圈与化学物质接触而引起体积增大及缩小时，安装沟槽就有足够的空间来适应。同样，介质的压力作用于O型圈表面，使之提高所需接触压力以达到较好的密封效果。

安装沟槽填满率的计算方法为：

2.5 安装沟槽的圆角

矩形安装沟槽是常用的一种形式，其侧面可加工成0°～5°的倾斜度，若采用挡圈，则侧面必须是垂直的，如图2 所示。O型圈捷径d2与倒角r1、r2的关系见表2。

2.6 安装沟槽的表面粗糙度

安装沟槽各加工面粗糙度的标注可参考有关手册。

2.7 倒锥（安装倒角）

由于O型圈在安装时受挤压，因此必须设置导锥（安装倒角），其棱角要倒圆，以免O型圈表面挤损使密封失效。

如图3 所示，导锥应在15°～20°之间，导锥尺寸c 推荐为（0.5～1.2）d2，捷径大取小值，捷径小取大值。

图2 矩形安装沟槽

表2 O型圈截径与倒角的关系

图3 导锥

2.8 允许最大径向间隙值

间隙值g 与O型圈的材料硬度及工作压力有关，请参照图4 和表3。

图4 允许最大径向间隙值

表3 允许最大径向间隙值

在径向动密封中，当压力超过5MPa时，推荐使用挡圈，这样可以避免O型圈被挤入径向间隙中，同时可提高工作压力。

3 安装注意

为了避免安装时损伤O型圈导致泄漏，建议安装时应把零部件的相关部位去掉毛刺，锐边倒钝病清洗干净，必要时可采用些辅助工装，室温低时可在800C 油液或热水中加热，适当加些油脂等办法以确保良好的密封效果。

4 结束语

文中所述的O型圈的动静密封场合的原理、选型等内容是作者在从事液压维护和液压元件分析中的经验总结，希望以此对同行起到抛砖引玉的作用。

［1］吕百龄，编.实用橡胶手册[M].2版.化学工业出版社

［2］GB/T 3452.3-2005 液压气动用O型橡胶密封圈沟槽尺寸[S].

［3］闻邦春，编.机械设计手册：第三卷[M].机械工业出版社.

［4］陈爱平，周忠亚.O型密封圈和密封圈槽的选配及应用[M].