浅谈O形密封技术

王歆远

摘要：本文对O形密封技术进行了系统地综合性分析，阐述了O形密封圈的密封机理、影响O形密封圈密封性能因素、O形密封圈安装要求和应用中的注意事项。

关键词：密封圈；密封槽；密封性

O形密封圈因成本低和使用简便，且密封效果好，被广泛应用于不同种类的固定密封或动密封的场合中，但O形密封圈的密封特性決定其在使用过程中需较高的配合精度，因此正确选择零件的配合间隙对密封的可靠性有着很大关系。

1、O形密封圈的密封机理

O形密封圈是一种自动双向作用的密封元件，属于挤压弹性体密封，安装时其径向和轴向方面先被挤压由弹性变形产生预紧力，同时工作介质压力也挤压密封圈，使之产生自紧力，且随系统压力的提高而增大，因此O形密封圈这种挤压弹性体密封属于自紧式密封。

密封形式分为多种，按负载类形可分为静密封和动密封；按O形密封圈的安装形式又可分为径向安装和轴向安装。

1.1用于静密封时的密封原理

在静密封中以O形圈应用最为广泛。O形密封圈装入密封槽后，由于槽宽大于O形密封圈的截面直径，槽深小于其截面直径，装配后O形密封圈在轴向有一定的压缩量而产生弹性变形，对接触面产生一定的初始接触压力，即使没有介质压力或者压力很小，O形密封圈靠自身的弹性力作用而也能实现密封；当容腔内充入有压力的介质后，在介质压力的作用下，O形密封圈向低压侧发生位移，同时其弹性变形进一步加大，填充和封闭间隙，这样大大增加了密封效果。只要O形密封圈存在初始压力，就能实现无泄漏的绝对密封。

1.2用于往复运动密封时的密封原理

O形密封圈用作往复运动密封时其预密封效果的自密封作用与静密封一样，并且由于O形圈自身的弹力，而具有磨损后自动补偿的能力。但由于液体介质密封时，由于杆运动速度、液体的压力、粘度的作用，情况比静密封复杂。

当液体在压力作用下，液体分子与金属表面互相作用，油液中所含的“极性分子”在金属表面上紧密而整齐的排列，沿滑移面与密封件间形成一个强固的边界层油膜，并且对滑移面产生极大的附着力。该液体薄膜始终存在于密封件与往复运动面之间，它亦起一定的密封作用，并且对运动密封面的润滑是非常重要的。

O形圈不适合用作速度非常低的往复动密封和单独作为高压往复动密封。这主要是因为在这种条件下摩擦较大，会导致密封过早失效。

2、影响O形密封圈密封性能的因素

通过O形密封圈的密封机理的介绍，详细地说明了O形密封圈在静密封、往复运动密封及旋转运动密封时的工作原理，下面将对影响O形密封圈的密封性能的因素作简要说明。

2.1材料

O形密封圈的材料硬度是评定密封性能最重要的指标，O形密封圈的硬度决定了其压缩量和密封沟槽最大的允许挤出间隙。

同时在使用前应对密封圈的表面质量进行检查，避免影响密封性能的缺陷存在。

2.2挤出间隙

O形密封圈在密封沟槽中受介质压力作用下会发生变形，且有可能向低压侧移动，即“流”向间隙位置，达到密封效果，且随着压力的增加，O形密封圈发生更大的变形，使其应力增加，获得更紧密的密封。但在O形圈承受高压情况下，会被挤入到间隙中，造成密封失效。而O形密封圈在使用中的最大允许挤出间隙与系统压力、O形密封圈截面直径及其材料硬度有关。通常情况下，工作压力越高，最大允许挤出间隙的取值越小。如果间隙超过允许范围，就会导致O形密封圈挤出甚至损坏。因此在静密封的应用中可以通过修改密封沟槽的设计和O形密封圈的选型来尽可能的减小间隙。

2.3拉伸与压缩

将O形圈安装在密封沟槽内时，要受到一定的拉伸或压缩。若拉伸和压缩的数值过大，将导致O形密封圈过度增大或减小，因为拉伸1%相应地使截面直径减小约0.5%。对于孔用密封，O形圈最好处于拉伸状态，最大允许拉伸量为6%；对于轴用密封，O形密封圈最好沿其周长方向受压缩，最大允许周长压缩量为3%。

2.4压缩率和压缩永久变形

O形密封圈是典形的挤压形式密封，其在密封沟槽中的初始变形（压缩率）对密封性能是非常重要的。

选取密封圈压缩率时主要应考虑的因素，一是要有足够的密封面接触压力；二是摩擦力应尽量小；三是应尽量避免永久性变形。

压缩永久变形是评定O形圈密封性能的另一重要指标，在压力作用下，作为弹性元件的O形圈产生弹性变形，且随着压力地增大，也会出现永久的塑性变形，通常，为防止出现永久的塑性变形，根据不同类形的密封结构O形密封圈选取符合要求的最大压缩率。

3、O形密封圈的安装要求及应用中的注意事项

3.1 O形密封圈的安装要求

安装过程中不允许出现O形圈被划伤和位置安装不正，以及O形圈被扭曲或过度拉伸等情况，特别是对用密封条粘结成的O形圈，不得在其连接处拉伸。装配前，密封沟槽、密封配合面必须严格清洗，同时在O形圈装配前要对其表面涂敷润滑脂。

为了防止O形圈在安装时被尖角和螺纹等锐边切伤或划伤，应使用无锐边的工具进行装配，且应在安装的轴端和孔端留有15？～30？的引入角。当O形圈需通过外螺纹时，应使用专用的薄壁金属导套，套住外螺纹；如果O形圈需通过孔口时，应使孔口倒成相应的斜角形状，以防O形圈被划伤。

3.2 O形密封圈应中的注意事项

3.2.1 O形密封圈对被密封零件表面加工精度要求

O形密封圈对被密封零件表面光洁度要求很高。提高表面光洁度的目的在于减少摩擦阻力，延长密封圈的使用寿命。一般规定静密封零件表面光洁度为0.16μm。

3.2.2 O形密封圈不可重复使用

O形密封圈在作静密封时，安装在矩形或三角形沟槽中，占据了沟槽的全部空间，收到了很好的密封效果。但由于压缩量较大，O形密封圈的永久变形也很大，故不能重复使用。

3.2.3 注意密封介质和O形密封圈材料的相容性

O形密封圈所选用的材料和密封介质相容性不好时，就会使在介质中使用的O形密封圈过渡膨胀或收缩，引起密封圈快速损坏或老化，造成设备严重泄漏。

4、结论

O形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（尘埃、空气或水等）从外部侵入设备系统内的元件。密封件的优劣对整个系统的正常工作、工作效率和性能及使用寿命都有很大影响，必须予以足够重视。因此为了正确地选择所需要的密封圈，必须要熟悉各种密封件的形式及特点，密封材料的特性、使用条件及应用范围等，本文对O形密封圈的密封性能、影响因素及安装使用中的注意事项等方面作了简要的分析，为O形密封圈的正确选择提供了一些参考

参考文献：

[1]代贵生，原岩飞，王纪申.O形密封圈密封机相对沟槽过大而导致漏油的动态机理 煤炭工程 2005 No.9

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[3]胡继栋.O型密封圈的设计与应用 华北石油设计 1998 No.4