上海O型（xíng）密（mì）封圈的主要失效原因及其（qí）防治措施
上海O型圈設計、使用不當會加速它的損壞，喪失密封性（xìng）能。實驗表明，如密封（fēng）裝（zhuāng）置各部分（fèn）設計合理，單純地提高壓力，並不會造成O型圈的破（pò）壞。在高壓、高溫的工作（zuò）條件下，O型圈破壞的主（zhǔ）要原因是O型圈材料的永久（jiǔ）變形和O型圈被擠入密封間隙而引起的間（jiān）隙咬傷一級O型圈在運動時出現扭曲現象（xiàng）。
1、永久變形
由於（yú）O型圈密（mì）封圈用的合成橡膠材料是（shì）屬於粘彈性材料，所以初期設定的壓緊量和回彈堵塞能力（lì）經長時間的使用（yòng），會產生永久變形而逐漸喪失，最終發（fā）生泄漏。永久變形和彈力消失是O型圈（quān）失去密封性能的主要原因，以下是造成永久變形的主要原因。
1).壓縮率和拉（lā）伸量與永久變形的關係
製作O型圈所用的各（gè）種配方的橡膠，在壓縮（suō）狀態下都會產生壓縮應力鬆弛現象，此（cǐ）時，壓縮應力隨著（zhe）時間的增長（zhǎng）而（ér）減小。使用時間越長、壓縮率和拉伸量越大，則（zé）由橡膠應力鬆弛而產生的應力下降就越大，以致（zhì）O型圈彈性不足，失去密封能力。因此，在允許的使（shǐ）用（yòng）條件下，設法降低壓縮率是可取的。增加O型圈的截麵尺寸是降低壓縮率最簡單的方（fāng）法，不過這會帶來結構尺寸的增加。
應（yīng）該注意，人們（men）在計算（suàn）壓縮率時（shí），往往忽略了O型圈在裝（zhuāng）配時受拉伸而引起的截麵高度的減小。O型圈截麵麵積的變化是與其（qí）周長的變化成反比的。同時，由於拉力的作用，O型圈的截麵形狀也會發生變化，就表現為其高度（dù）的減小。此外，在表麵張力作用下，O型圈的外表麵變得更平（píng）了，即截麵高度略有減小。這也是O型密封圈壓縮應力鬆弛的一種表現。
O型圈截麵變形的程度，還取決於O型圈材質的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O型圈，其截麵（miàn）高度也減小較多，從這一（yī）點看，應該（gāi）按照使用條件盡量（liàng）選用低（dī）硬度的材質。在液體壓力和張力的作用下，橡膠材料的O型密封圈也會逐漸發生塑性變（biàn）形，其截麵高度（dù）會相應減小，以致最後失去密封能（néng）力。
2).溫度與O型圈馳（chí）張過程（chéng）的關係
使用溫度（dù）是影響O型圈永久變形的另一個重要因素。高溫會加速橡膠材料的老化。工作溫（wēn）度越高，O型圈的壓縮永（yǒng）久變形（xíng）就越大。當永久變形大於（yú）40%時，O型圈（quān）就失去了（le）密封（fēng）能力而發（fā）生泄漏。因壓（yā）縮變形而在O型圈的橡膠材料中形成的初（chū）始應（yīng）力值，將隨著O型圈的馳張過程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消（xiāo）失。
溫度在零下工作的O型圈，其初始壓縮可能由於溫度（dù）的急（jí）劇降低而減小或完全消失。在-50~-60℃情況下（xià），不耐低溫的橡（xiàng）膠材料會完全喪失初（chū）始應力;即使耐低溫的（de）橡膠材料，此時的（de）初始應力也不會大於20℃時初始應力的25%。這是因為O型圈的初（chū）始壓縮（suō）量取決於線（xiàn）脹係數（shù）。所以，選取初始壓縮量時，就必須保證在由（yóu）於馳張過程和溫度下降而造成應力下降（jiàng）後仍有足夠的（de）密封能力。溫度在零下工作的O型圈,應特（tè）別注意橡（xiàng）膠（jiāo）材料的恢複指數和變形指數。
綜上所述，在設計上應盡量保證O型圈具有適宜的工作溫度，或選（xuǎn）用耐（nài）高（gāo）、低溫的O型圈材料，以延長使用壽命。
3).介質工作壓力與永久（jiǔ）變形
工作（zuò）介質的壓力（lì）是引起O型圈永久變形的主要因素。現（xiàn）代液壓設備（bèi）的（de）工作壓力（lì）正日（rì）益提高。長時間的高壓作用會使O型圈發生永久變（biàn）形。因此，設計時應根據工作壓力選用適當的耐壓橡膠材料。工作壓（yā）力越（yuè）高，所（suǒ）用材料的硬度和耐（nài）高壓（yā）性（xìng）能也應越高。
為了改善O型圈材料的耐壓性能（néng），增加材料的彈性(特別是增（zēng）加材料（liào）在低溫下的（de）彈性)、降低（dī）材料的壓縮永久變（biàn）形，一般需要改進材料的配方，加入增塑劑。但是，具有增塑劑的O密封形（xíng）圈，長時（shí）間在工作介（jiè）質中浸泡，增塑劑（jì）會逐（zhú）漸被工作介質吸收，導致O型密封（fēng）圈體積收縮，甚至可能使O型（xíng）密（mì）封圈產生負壓縮(即在O型密封圈和被密封（fēng）件的表麵之間出現間隙)。因此，在計算O型密封圈壓縮量和進行模具設計時，應充分考慮到這（zhè）些收縮（suō）量（liàng）。應使壓製出的O型密封圈在工作介質中浸泡5~10晝夜後仍能（néng）保持必要的（de）尺寸。
O型圈材料的壓（yā）縮永久變形率與溫度有關。當變形率在40%或更大時，即會（huì）出現泄漏，所以幾（jǐ）種（zhǒng）膠料的耐熱性界（jiè）限為:丁腈橡膠70℃，三（sān）元乙丙橡膠100℃，氟橡膠140℃。因（yīn）此各國對O型圈的永久變形作了規定。中國標準橡膠材料的O型圈在不同溫度下的尺寸（cùn）變化見表。同一材料的O型圈，在同一溫度下，截麵直徑大的O型（xíng）圈壓縮永久變形率較低。
在油中的情況就不同了。由（yóu）於此時O型圈不與氧氣接（jiē）觸，所以上述不良反應大為減少。加之又通常會引起膠料有一定的膨脹，所以（yǐ）因溫度引起的壓縮永久變形率將被抵消。因此，在油中的耐熱性大為提（tí）高。以丁（dīng）腈橡膠為例，它的工作溫度（dù）可達120℃或（huò）更高。
2、間隙咬（yǎo）傷
被密（mì）封的零件存在著幾何精度(包括圓度、橢圓度、圓柱度、同軸度（dù）等)不（bú）良、零件（jiàn）之間不（bú）同心以及高（gāo）壓下內徑脹大等現象，都會引起密封間隙（xì）的擴大和間隙擠出現象的加劇。O型圈的硬度對間隙（xì）擠出現象也有明顯的影響。液體或氣體的（de）壓力（lì）越高，O型圈材料硬度越小，則O型圈的間隙擠出現象越嚴重。
防止間（jiān）隙咬傷的措施是，對O型密（mì）封圈的硬（yìng）度和密封間隙加以嚴格的（de）控製。選用硬度合適（shì）的密封材料控製間隙。常用的（de）O型圈（quān）的硬度範圍是HS60~90。低硬度（dù）者用於低壓，高硬度（dù）者用於高壓。配用（yòng）適當的密封圈（quān）保護擋圈，是防止O型圈被擠入間（jiān）隙的有效方法。
3、扭曲現象
扭曲是指O型圈沿周向發生扭轉的現象，扭曲現象一般發（fā）生在動密封狀態。
O型（xíng）圈如果裝配的妥善，並（bìng）且使用（yòng）條件適（shì）當，一般不大容易在往複在往（wǎng）複運動狀態下產（chǎn）生滾動或扭曲，因為O型圈（quān）與溝槽的接觸（chù）麵積（jī）大（dà）於在滑動表麵上的摩擦接觸麵積，而且O型圈本身的抗拒能力原來就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趨向保持O型圈在其溝槽（cáo）中靜止不動，因為靜摩擦大（dà）於滑動摩（mó）擦，而且溝槽表麵的粗糙（cāo）度一般不如滑動（dòng）表麵的粗糙度。
引起扭曲損傷的原（yuán）因很多，其中最主（zhǔ）要的是由（yóu）於活塞、活塞（sāi）杆和缸筒的間隙不均勻、偏心過大、O型圈斷麵（miàn）直徑不均勻等造成，由於造成O型圈在（zài）一周多受的摩（mó）擦力不（bú）均勻，O型圈的某些部分摩擦過大，發生扭（niǔ）曲。通常，斷麵尺寸較小的O型圈，容易產生摩擦不均勻造成扭曲(運（yùn）動用O型圈比固定用O型圈的斷麵直徑大就（jiù）是這個道理)。
另外，由於密封溝（gōu）槽存在著同軸度偏（piān）差，密封高度不相等以及O型圈截麵（miàn）直徑不均勻等現象，可能（néng）使（shǐ）得（dé）O型圈的一部分壓縮過大，另一部分過小或不受壓縮。當溝槽存在偏心即同軸偏差大（dà）於O型圈（quān）的壓縮量時，密封會完全失效。密封溝（gōu）槽同軸度（dù）偏差大的另一個（gè）害處是使O型密封圈沿圓周壓（yā）縮不均。
此外還有由於O型圈截麵直徑、材質硬度、潤滑油膜厚度等的（de）不（bú）均以（yǐ）及密封軸表麵粗糙度等因素的影響，導致O型圈的一（yī）部分沿（yán）工作表麵滑動，另一部分則發生滾動，從而造成O型圈的扭（niǔ）曲。運動用O型圈很容易因扭曲而損壞，這是密封裝置發生損壞和泄漏的重要原因。因（yīn）此提高密封溝槽的加工（gōng）精密度以及減小偏心是保證O型圈具有可靠的密封性和壽（shòu）命的重要因素。
安裝密（mì）封（fēng）圈（quān）不應（yīng）是它處於扭曲（qǔ）狀態（tài）。假如在安（ān）裝時（shí）就被扭曲，則扭曲損傷就會很快發（fā）生。在工作中，扭曲現象（xiàng）會將O型圈切斷，產生大量漏（lòu）油，而且切斷的O型（xíng）圈（quān）會混到液壓係統的（de）其（qí）他部位，造成重大事故（gù）。
為了防止O型圈的扭曲損傷，在設（shè）計（jì）時應注（zhù）意以下幾點：
1).O型圈安裝溝（gōu）槽的同心度（dù）大小，應從加工方便和不產生扭曲現象兩個方麵來考慮。
2).O型（xíng）圈（quān）斷麵尺寸應均勻，並且（qiě）在（zài）每次安裝時都應（yīng）在密封部位充分塗抹潤滑油或潤滑脂（zhī）。有時也可以采（cǎi）用浸透（tòu）潤滑油的氈圈式加油裝置。
3).加大O型圈的截麵直徑，動密封用O型密封圈的截麵直徑（jìng）一般應大於靜密封用O型圈;此外，O型圈應避免用作大直徑活塞的密封。
4).在低壓下也產生扭曲損傷時，可使用密封圈保護（hù）擋圈。
5).降低缸筒和活塞杆的表（biǎo）麵粗糙度。
6).采（cǎi）用低摩擦係數的材料製作（zuò）O型密封圈。
7).可用不易（yì）產生扭曲現象的（de）密封圈代替O型（xíng）圈（quān）。
4、磨粒磨損現象
當密封的間隙具有相對運動時，工作環境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞（sāi）杆表（biǎo）麵，並隨著活塞杆的往複運動與（yǔ）油膜（mó）一起被帶入缸內，成（chéng）為侵入（rù）O型密封圈表（biǎo）麵的磨粒（lì），加速O型圈的磨損，以致其失（shī）去密封性。為了避免（miǎn）這種情況發生，在往複運動式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵（chén）圈。
5、滑動表麵對O型圈的影響
滑動表麵的粗（cū）糙度是影響O型（xíng）圈（quān）表麵摩擦與磨損的直（zhí）接因（yīn）素。一般地說（shuō），表麵光潔摩擦與磨損就小，所以滑動表（biǎo）麵的粗糙（cāo）度數值往往很低(Ra0.2~0.050μm)。但是，試驗表明，表麵粗糙過（guò）低（dī）(Ra低（dī）於0.050μm)又會給摩擦與磨損帶（dài）來不（bú）利的影響。這是因為（wéi）微小的表麵凹（āo）凸不平，可以保持必要的潤滑油膜。因此（cǐ）要（yào）選擇適當的（de）表麵要求。
滑動（dòng）表麵的材質對O型圈的壽命也有影響。滑動表麵材質（zhì）的硬度越大、耐磨性越高、保持（chí）光潔的能力就越強，O型圈的壽（shòu）命也就越（yuè）長。這也是（shì）液壓缸活塞杆表麵鍍鉻的重要原因。同理可以解釋具有同樣粗（cū）糙度的用銅、鋁合金製成的滑動表麵（miàn）比鋼製滑（huá）動表麵對密封圈的摩擦與磨損更為嚴重，低硬度、大（dà）壓縮量的密封圈不如（rú）高（gāo）硬度、小壓縮量的密封圈耐用的情況。
6、摩擦力與O型圈的應用
在動密封（fēng）裝置中，摩擦與磨損是O型圈損壞的重要影響因素。磨損程度主要取決於摩擦力的（de）大小。當液體壓（yā）力微小時，O型圈摩擦力的大小取決於它（tā）的（de）預壓縮量。當工作液體（tǐ）承受壓力時，摩擦（cā）力隨之工作壓力的增加而增大（dà）。在工作壓力（lì）小於20MPa的情況下，近似地呈（chéng）線（xiàn）形關係。壓力大於20MPa時，隨著壓力的增加，O型圈與金屬表麵接觸麵積的增加也逐漸緩慢，摩擦力的增加也相應緩慢。在正常情況下，O型圈的使（shǐ）用壽（shòu）命隨著液體壓力的升高將會近似的呈平方（fāng）關係而減小。
摩擦力（lì）的增加，使得旋轉或往複運動的軸與O型密封圈之間產生大量的摩擦熱（rè）。由於多數O型圈都是用橡（xiàng）膠製成的，導熱性極差。因此，摩擦熱就會引起橡膠的老化，導致O型圈實效，破（pò）壞其密封性能。摩（mó）擦還會引（yǐn）起（qǐ）O型圈表麵損傷，使壓縮量減小。嚴（yán）重的摩擦會很快引起O型（xíng）圈的表麵損壞，失去密封性。作氣動往複運動用密封時，摩擦熱還會引起粘著，造成摩擦力進一步（bù）增加。
運動用密封在低速運動時，摩擦阻力還是引起爬行的（de）一個因（yīn）素，影響元件和係（xì）統的工作性能。所以對運動密封來說，摩擦（cā）性是重要性能之一。摩擦係數是摩擦（cā）特性的一個評價指標，合成橡膠摩（mó）擦係數較大（dà），由於密封在運動狀態時（shí），通常處於工作油液或潤滑劑參與的混合潤滑狀態，摩擦係數一般在0.1以下。摩擦力的大小在很大程度上取決於被密封件的表（biǎo）麵硬（yìng）度與表麵粗糙度。
7、焦耳熱效應
橡膠材料的（de）焦（jiāo）耳熱效應，是指處於拉伸狀態的橡膠遇熱產生收縮（suō）的現象。在安裝O型圈時，為了使它在密封溝槽內不產生（shēng）竄動，在用作往複運動密封時，不產生扭曲現象，一般使它處於某種程（chéng）度的拉（lā）伸狀態。但（dàn）如果將這種安裝方法用於旋轉運動，就會產生不良（liáng）的結果。本來已經緊箍在旋轉軸上的O形（xíng）密封（fēng）圈，因旋轉運動產生的摩擦熱而（ér）收縮（suō），進（jìn）而使這種緊箍力增大，這樣，產生摩擦熱（rè）→收縮→緊箍力增大（dà）→產生摩擦（cā）熱（rè）→……，如此反複循環，就大大地促進了橡膠的老化和磨損。
