O形密封圈簡稱O形圈,是一種截面為圓形的橡膠圈。O形密封圈是液壓、氣動系統中使用廣泛的一種密封件。O形圈有良好的密封性,既可用于靜密封,也可用于往復運動密封中;不僅可單獨使用,而且是許多組合式密封裝置中的基本組成部分。它的適用范圍很寬,如果材料選擇得當,可以滿足各種運動條件的要求,工作壓力可從1.333×105Pa的真空到400MPa高壓;溫度范圍可從-60℃到200℃。
與其它密封型式相比,O形密封圈具有以下特點:
1)結構尺寸小,裝拆方便。
2)靜、動密封均可使用,用作靜密封時幾乎沒有泄漏。
3)使用單件O形密封圈,有雙向密封作用。
4)動摩擦阻力較小。
5)價格低廉。
O形密封圈是一種擠壓型密封,擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發生彈性變形,在密封接觸面上造成接觸壓力,接觸壓力大于被密封介質的內壓,則不發生泄漏,反之則發生泄漏。在用于靜密封和動密封時,密封接觸面接觸壓力產生原因和計算方法不盡相同,需分別說明。
1、用于靜密封時的密封原理
在靜密封中以O形圈應用最為廣泛。如果設計、使用正確,O形密封圈在靜密封中可以實現無泄漏的絕對密封。 O形密封圈裝入密封槽后,其截面承受接觸壓縮應力而產生彈性變形。對接觸面產生一定的初始接觸壓力Po。即使沒有介質壓力或者壓力很小,O形密封圈靠自身的彈性力作用而也能實現密封;當容腔內充入有壓力的介質后,在介質壓力的作用下,O形密封圈發生位移,移向低壓側,同時其彈性變形進一步加大,填充和封閉間隙δ。此時,坐用于密封副偶合面的接觸壓力上升為Pm
Pm=Po+Pp
式中Pp——經O形圈傳給接觸面的接觸壓力(0.1MPa)
Pp=K·P
K——壓力傳遞系數,對于橡膠制O形密封圈K=1;
P——被密封液體的壓力(0.1MPa)。
由于一般K≥1,所以Pm>P。
由此可見,只要O形密封圈存在初始壓力,就能實現無泄漏的絕對密封。這種靠介質本身壓力來改變O形密封圈接觸狀態,使之實現密封的性質,稱為自封作用。理論上,壓縮變形即使為零,在油壓力下也能密封,但實際上O形密封圈安裝時可能會有偏心。所以,O形圈裝入密封溝槽后,其斷面一般受到7%—30%的壓縮變形。靜密封取較大的壓縮率值,動密封取較小的壓縮率值。這是因為合成橡膠在低溫下要壓縮,所以靜密封O形圈的預壓縮量應考慮補償它的低溫收縮量。
2、用于往復運動密封時的密封原理
在液壓轉動、氣動元件與系統中,往復動密封是一種最常見的密封要求。動力缸活塞與缸體、活塞干預缸蓋以及各類滑閥上都用到往復運動密封。縫隙由圓柱桿與圓柱孔形成,桿在圓柱孔內軸向運動。密封作用限制流體的軸向泄漏。用作往復運動密封時,O形圈的預密封效果和自密封作用與靜密封一樣,并且由于O形圈自身的彈力,而具有磨損后自動補償的能力。但由于液體介質密封時,由于桿運動速度、液體的壓力、粘度的作用,情況比靜密封復雜。 當液體在壓力作用下,液體分子與金屬表面互相作用,油液中所含的“極性分子”在金屬表面上緊密而整齊的排列,沿滑移面與密封件間形成一個強固的邊界層油膜,并且對滑移面產生極大的附著力。該液體薄膜始終存在于密封件與往復運動面之間,它亦起一定的密封作用,并且對運動密封面的潤滑是非常重要的。但是對泄漏來講是有害的。但往復運動的軸向外拖出時,軸上的液體薄膜便與軸一起拉出,由于密封件的“擦拭”作用,當往復運動的軸縮回時,該液體薄膜便被密封元件阻留在外面。隨著往復運動行程次數增多,阻留在外面的液體就越多,最后形成油滴,這就是往復運動式密封裝置的泄漏。由于液壓油的粘度隨著溫度的升高而降低,油膜厚度相應減小,所以液壓設備在低溫下啟動時,運動開始時的泄漏較大,隨著運動過程中因各種損失引起溫度升高,泄漏量有逐漸降低的趨勢。
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