O型圈的密封机理和失效形式

观点 / Champion

这是瓦特产品设计公众号的第 69 篇原创内容

O型圈的密封机理

简单来说就是,O型圈被压缩，在密封接触面上产生接触压力,接触压力大于被密封介质的内压,因此就不发生泄漏。

常用O型圈形状和特点

常用材质

材质名称

特性

温度范围℃

颜色

适用润滑介质

用途

丁腈橡胶NBR

耐油耐热耐磨性好，弹性好

-40—100

黑/蓝

矿物油，润滑脂合成润滑剂

机械工程如齿轮箱，传动系统，发动机

氟橡胶Viton/FKM

耐热耐酸碱耐化学药品，综合性能最高

-20—205

褐色，咖啡色

包括磷酸酯系列液压油所有的润滑油

各类机械设备，还用于矿物油和油脂的密封

聚四氟乙烯 PTFE

无弹性，非弹性角状材料，可用于无润滑干运转

-55—260

白色或其他颜色

有很强的自润滑性

用于制造耐磨环，导向环，挡圈

聚丙烯酸酯橡胶ACM

耐热优于NBR，耐油性好，耐水差

-20—150

黑/白

可用于含极性添加剂的各种润滑油

用于各种汽车（乘用车）部件中，如齿轮箱，变速箱

氢化丁腈橡胶HNBR

在NBR的基础上增加了耐油耐热耐候性

-25—140

黑色或其他颜色

适用于多种润滑油

主要用于液压转向装置

硅橡胶

VMQ

耐热耐寒性好，机械强度低，弹性好，不耐磨，可导电

-60—120

橘红色

乳白色

国外产品达到无毒水平

高低温高速旋转密封及食品医疗机械

O型圈失效形式与对策

O形圈常见的失效原因有材料问题、压缩变形、间隙咬伤、扭曲现象、磨料损伤、表面粗糙度不当等。

1.安装损伤

密封件部分或全部呈现整齐伤口。

造成原因:

沟槽等部件边角锋利；密封件尺寸不适；密封件硬度或弹性过低；密封件表面有污物。

解决方法：

清除锋利边角；沟槽设计更加合理；选择尺寸合适的密封件；选择弹性更大硬度更高的密封件。

2.O型圈卷曲

密封件明显呈现卷曲情况。

造成原因:

安装造成；运动速度太低；材料太硬或弹性太小；O型圈表面处理不好；沟槽尺寸过宽；沟槽表面粗糙润滑不足。

解决方法:

正确安装，选用高弹型材料，选择可自润滑的材料，沟槽设计更合理，提高沟槽表面光洁度，尽量使用支撑环。

3.O型圈过度压缩损坏

密封件接触表面呈平面变形，并可能伴随裂纹。

造成原因:

设计不合理：没有考虑到材料由于热量及化学介质引起的变形，或由于压力过大引起。

解决方法:

沟槽的设计应考虑到材料由于温度及化学介质引起的变形。

4.O型圈受压挤出

密封件有粗糙破烂的边缘，一般通常在压力低的一侧。

造成原因:

间隙过大；压力过大；材料硬度或弹性太低；沟槽空间太小；间隙尺寸不规则；沟槽边角过于锋利；密封件尺寸不合适。

解决方法:

降低间隙尺寸，选用更高硬度或弹性的材料，沟槽设计更合理。

5.压缩永久变形

密封件接触表面呈现平面永久变形。

造成原因:

压力过大；温度过高；材料没有经过适当的硫化处理；材料本身永久变形率过高；材料在化学介质中过度膨胀。

解决方法:

选择低变形率的材料；合适的沟槽设计；确认材料与介质相容。

6.化学腐蚀

化学腐蚀可引起密封件的各种缺陷，如发泡，破裂，小洞，或褪色等，有时化学腐蚀仅可通过仪器测量其物理性能而得知。

造成原因:

材料与介质不符或温度过高。

解决方法:

选择更加符合介质的材料。

7.热腐蚀

密封件的高温接触表面呈现径向裂纹，另外有的材料可能会变软，或因温度过高而使材料变得有光泽。

造成原因:

材料不能承受高温，或温度超出预计温度，或温度变化过快过频繁。

解决方法:

选择具有抗高温性能的材料，如可能加入冷却系统。

8.磨损

密封件全部或部分密封区域产生磨损，可在密封表面找到材料磨损的颗粒。

造成原因:

密封表面光洁度不够，温度过高，密封环境渗入污物，密封件产生相对运动，密封件表面处理不彻底。

解决方法 :

使用推荐的沟槽光洁度，使用可自我润滑的材料，清除造成磨损的部件和环境。

9.电腐蚀

密封件褪色，同时有粉末状物质残留在表面，与介质无接触一侧有腐蚀痕迹。

造成原因:

化学反应产生电解，溅蚀（离子对结构表面冲击引起材料损耗），灼热，沟槽设计不合理。

解决方法:

选择与介质相适合的材料，降低暴露区域，检查沟槽设计。

安装前确认

1.引入角是否按图纸加工？

2.内径是否去除毛刺？锐边是否倒圆？

3.加工残余，如碎屑、脏物、外来颗粒等，是否已去除？

4.螺纹尖端是否已遮盖？

5.密封件和零件是否已涂润滑脂或润滑油?

（要保证与弹性体的介质相容性。推为用所密封的流体来润滑。）

6.不得使用含固体添加剂的润滑脂，如二硫化钼，硫化锌。

安装中注意

1..使用无锐边的工具；

2.保证O形圈不扭曲，使用辅助工具保证正确定位；

3.尽量使用安装辅助工具；

4.不得过量拉伸O形圈；

5.对于用密封条粘接成的O形圈，不得在连接处拉伸；

O形圈过螺纹、花键安装

当O形圈拉伸后，要通过螺纹、花键、键槽等时，必须使用安装心轴。该心轴可用较软的金属或塑料制成，并不得有毛刺和锐边。