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O型密封圈变形的原因？

发布时间：

2019-05-13 12:30

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O型密封圈变形的原因
 
O型密封圈是流体动力系统中使用最多的密封形式。由于O型密封圈具有结构简单、密封性能良好、摩擦力小、沟槽尺寸小、易制造等优点，广泛应用于液压与气动元件中。
 
O型密封圈的工作机理是把O型密封圈装在密封沟槽中，通过油(或气)的压力使其发生变形，向沟槽一侧挤压，封住被密封的接触面，使液流(或气流)不得通过，这种密封在流体动力系统中密封效果良好，但是，如果O型密封圈的设计和使用不当，很容易造成密封圈的变形。
 
1、尽量降低油缸筒与活塞杆表面的粗糙度；
 
2、可使用耐摩类似密封圈的密封圈代替工作；
 
3、端面尺寸大小设计均匀，其次每次安装时都应在密封部位充分涂抹润滑油；
 
4、安装沟槽同心精度状况，应从加工方便和不产生扭曲现象两个方面来考虑；
 
5、提高密封件的截面直径，动密封用密封圈的截面直径一般要大于静密封的密封圈规格，同时密封圈应避免用作大直径活塞的密封；
 
6、密封圈材质采用低摩擦的材料，其次可用密封圈保护挡圈的作用。
 
O型圈是在所有密封产品中应用最广的一种，生产工艺也比较简单，应用的材质较多。O型密封圈是典型的靠挤压发生形变而产生的密封效果，安装时与密封面产生接触压力，当压力大于密封介质的压力时产生密封效果，小于时就会发生泄漏。
 
造成o型密封圈永久性变形的原因有以下几种：
（1）o型圈压缩量和拉伸量的因素。由于o型密封圈胶料的配方不同，所以不同企业生产的o型密封圈的压缩量和拉伸量也不同。产品在长期的压缩的状态下会产生压缩的应力松弛的想象，这种现象会随着时间逐步的扩大，时间越长压缩量和拉伸量就会越小，使其弹性不足导致泄漏现象的出现，最直接的改变方法就是增加产品的截面尺寸，但是也会导致产品在结构上的增大。
 
（2）温度与O型圈驰张过程的关系　温度对于o型密封圈的张弛度非常的重要，不管什么样的橡胶材质，在高温下都会加快其老化的速度，当环境中的温度越高那么气压缩的变形就会越大，当产品变形超过40%的时候，o型圈就会慢慢的失去弹性能力，造成泄漏。当在安装o型密封圈的时候会有初始的应力，这些会睡着密封圈的长时间的张弛和温度的逐步减低而慢慢的消失，有些情况下可能随着温度的急剧的下降而消失，即使橡胶材料是耐低温的，相比于在20度时产生的应力，也不会大于其25%，所以在安装o型密封圈时设置初始应力，要充分考虑工作环境中的温度的因素。

（3）介质工作压力对o型圈变形的影响。与上述的两项因素相比，介质的压力对于o型圈变形的影响更大，是所有工况中引起o型密封圈变形最常见的一种情况，随着现代化液压设别的发展，液压介质的压力越来越大，o型密封圈长时间的在这种高压环境中工作中，会导致o型圈的永久性变形，这种变形是不可逆的，所以针对不同的工作压力要选用不同的材质,选择相对耐压的橡胶材料，相应的为应对较高的工作压力，耐压材料的密封圈其硬化度也会随着走高。工作介质的压力是引起O型密封圈永久变形的主要因素。现代液压设备的工作压力正日益提高。
长时间的高压作用会使O型圈发生永久变形。因此，设计时应根据工作压力选用适当的耐压橡胶材料。工作压力越高，所用材料的硬度和耐高压性能也应越高。
 
由于硅胶密封圈用的合成橡胶材料是属于粘弹性材料，所以初期设定的压紧量和回弹堵塞能力经长时间的使用，会产生永久变形而逐渐丧失，最终发生泄漏。永久变形和弹力消失是O型密封圈失去密封性能的主要原因。
 
一.温度影响硅胶密封圈永久变形使用温度是影响硅胶密封圈永久变形的另一个重要因素。高温会加速橡胶材料的老化。工作温度越高，硅胶密封圈的压缩永久变形就越大。当永久变形大于40%时，O型密封圈就失去了密封能力而发生泄漏。
 
因压缩变形而在硅胶密封圈的橡胶材料中形成的初始应力值，将随着硅胶密封圈的驰张过程和温度下降的作用而逐渐降低以致消失。温度在零下工作的O型密封圈，其初始压缩可能由于温度的急剧降低而减小或完全消失。在-50~-60℃的情况下，不耐低温的橡胶材料会完全丧失初始应力;即使耐低温的橡胶材料，此时的初始应力也不会大于20℃时初始应力的25%。
 
这是因为硅胶密封圈的初始压缩量取决于线胀系数。所以，选取初始压缩量时，就必须保证在由于驰张过程和温度下降而造成应力下降后仍有足够的密封能力。温度在零下工作的硅胶密封圈,应特别注意橡胶材料的恢复指数和变形指数。综上所述，在设计上应尽量保证硅胶密封圈具有适宜的工作温度，或选用耐高、低温的硅胶密封圈材料，以延长使用寿命。
 
二.压缩率和拉伸量影响永久变形制作硅胶密封圈所用的各种配方的橡胶，在压缩状态下都会产生压缩应力松弛现象，此时，压缩应力随着时间的增长而减小。使用时间越长、压缩率和拉伸量越大，则由橡胶应力松弛而产生的应力下降就越大，以致O型密封圈弹性不足，失去密封能力。
 
因此，在允许的使用条件下，设法降低压缩率是可取的。增加O型密封圈的截面尺寸是降低压缩率最简单的方法，不过这会带来结构尺寸的增加。应该注意，人们在计算压缩率时，往往忽略了硅胶密封圈在装配时受拉伸而引起的截面高度的减小。硅胶密封圈截面面积的变化是与其周长的变化成反比的。
 
同时，由于拉力的作用，硅胶密封圈的截面形状也会发生变化，就表现为其高度的减小。此外，在表面张力作用下，硅胶密封圈的外表面变得更平了，即截面高度略有减小。这也是硅胶密封圈压缩应力松弛的一种表现。硅胶密封圈截面变形的程度，还取决于硅胶密封圈材质的硬度。在拉伸量相同的情况下，硬度大的硅胶密封圈，其截面高度也减小较多，从这一点看，应该按照使用条件尽量选用低硬度的材质。在液体压力和张力的作用下，橡胶材料的硅胶密封圈也会逐渐发生塑性变形，其截面高度会相应减小，以致最后失去密封能力。
三.工作介质的压力引起硅胶密封圈永久变形工作介质的压力是引起硅胶密封圈永久变形的主要因素。现代液压设备的工作压力正日益提高。长时间的高压作用会使硅胶密封圈发生永久变形。因此，设计时应根据工作压力选用适当的耐压橡胶材料。工作压力越高，所用材料的硬度和耐高压性能也应越高。
 
为了改善硅胶密封圈材料的耐压性能，增加材料的弹性(特别是增加材料在低温下的弹性、降低材料的压缩永久变形，一般需要改进材料的配方，加入增塑剂。但是，具有增塑剂的硅胶密封圈，长时间在工作介质中浸泡，增塑剂会逐渐被工作介质吸收，导致硅胶密封圈体积收缩，甚至可能使硅胶密封圈产生负压缩(即在硅胶密封圈和被密封件的表面之间出现间隙)。
 
因此，在计算硅胶密封圈压缩量和进行模具设计时，应充分考虑到这些收缩量。应使压制出的硅胶密封圈在工作介质中浸泡5~10昼夜后仍能保持必要的尺寸。硅胶密封圈材料的压缩永久变形率与温度有关。
 
当变形率在40%或更大时，即会出现泄漏，所以几种胶料的耐热性界限为：丁腈橡胶70℃，三元乙丙橡胶100℃，氟橡胶140℃。因此各国对硅胶密封圈的永久变形作了规定。中国标准橡胶材料的O型密封圈在不同温度下的尺寸变化见表。同一材料的硅胶密封圈，在同一温度下，截面直径大的硅胶密封圈压缩永久变形率较低。
 
在油中的情况就不同了。由于此时硅胶密封圈不与氧气接触，所以上述不良反应大为减少。加之又通常会引起胶料有一定的膨胀，所以因温度引起的压缩永久变形率将被抵消。因此，在油中的耐热性大为提高。以丁腈橡胶为例，它的工作温度可达120℃或更高。
                   

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