A.1 引言

O形圈是一個(gè)最簡(jiǎn)單，卻非常重要的精密機(jī)械部件，

盡管看起來很不顯眼，

但是它在許許多多工業(yè)零件中起著重要的作用；

在世界范圍內(nèi)，它們有許多的詳細(xì)說明書和標(biāo)準(zhǔn)，

在本章中包含了廣泛的說明和標(biāo)準(zhǔn)，

來幫助設(shè)計(jì)者在實(shí)際應(yīng)用中選擇更合適的O形圈。

O形圈為設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)各種靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)有效的密封元件。

廉價(jià)的生產(chǎn)方法和易用性，使得O形圈成為應(yīng)用最廣泛的密封元件。

由于無論對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用還是特殊應(yīng)用，合成橡膠均具有極寬的選擇范圍，

因此，O形圈實(shí)際上可以應(yīng)用于所有液體和氣體的密封。

O形圈在模具中硫化成形，其特征是外形呈圓形，而橫截面呈環(huán)形。

O形圈的尺寸由內(nèi)徑d1和橫面直徑d2來定義（如圖1）。

可供選擇的尺寸規(guī)格有：橫截面直徑約0.35~12mm內(nèi)徑可達(dá)到1000mm及以上。

圖1 O形圈尺寸

優(yōu)點(diǎn)：

與其他密封元件相比，O形密封件具有如下的諸多優(yōu)點(diǎn)：

-結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體式溝槽設(shè)計(jì)，降低加工和設(shè)計(jì)費(fèi)用；

-結(jié)構(gòu)緊湊，零件外形小；

-安裝簡(jiǎn)便，降低了風(fēng)險(xiǎn)；

-可以應(yīng)用于各種密封問題，如：靜態(tài)密封、動(dòng)態(tài)密封、單作用和雙作用密封；

-材料選擇范圍寬，適用于絕大多數(shù)流體；

-存貨量大，規(guī)格齊全，便于維護(hù)和修理。

A．3 應(yīng)用

O形圈既可以用作密封元件，又可以用作液壓滑動(dòng)密封和防塵圈的施力元件，因此，

廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。可以說，在工業(yè)領(lǐng)域，無論是用于維修和維護(hù)的單個(gè)密封件，

還是諸如航空航天、汽車工業(yè)和通用工業(yè)等要求品質(zhì)保證的應(yīng)用中，沒有不使用O形圈的。

O形圈在靜態(tài)密封應(yīng)用中占據(jù)著主導(dǎo)地位：

-用作徑向靜態(tài)密封，例如：用于軸套、密封蓋、管道、油缸的密封；

-用作軸向靜態(tài)密封，例如：用于法蘭、平板和端蓋等的密封；

對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)用，O形圈僅推薦用于中等負(fù)荷工況；受速度和壓力的限制，O形圈一般用于：

-低負(fù)載工況下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞、活塞桿和柱塞等的密封；

-在軸、心軸和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸入軸上作低速旋轉(zhuǎn)或螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)的密封。

A．4 作用機(jī)理

O形圈是一種雙向密封元件。安裝時(shí)，在徑向或軸向的初始?jí)嚎s量，

決定了O形圈的初始密封能力。系統(tǒng)壓力作用于O形圈所產(chǎn)生的力，

就是其總的密封力；該密封隨著系統(tǒng)壓力的升高而增大（圖2）。

圖2 受壓與不受壓時(shí)O形圈的密封力

在壓力作用下，O形圈的形狀和具有高表面張力的液體相仿，壓力朝各個(gè)方向等值。

B 技術(shù)資料

B．1 材料

B．1．1 合成橡膠

設(shè)備制造商和最終用戶都希望密封系統(tǒng)能夠無泄漏運(yùn)行，并具有較長(zhǎng)的使用壽命。

可靠性對(duì)于有效地降低維護(hù)費(fèi)用是非常關(guān)鍵的。針對(duì)具體應(yīng)用案例尋求完美的解決方案時(shí)，

無論是材料還是密封結(jié)構(gòu)都是至關(guān)重要的因素。用于密封件的一種主要材料就是合成橡膠。

合成橡膠具有良好的性能，如：彈性和化學(xué)相容性。

B．1．2 合成橡膠的應(yīng)用參數(shù)

當(dāng)選擇O形密封圈材料時(shí)，應(yīng)從多方面考慮：被密封的介質(zhì)、壓力和溫度范圍等主要因素。

一種材料也許最適合蒸汽，但在一個(gè)水冷卻系統(tǒng)中將會(huì)由于酒精或抗凍添加劑產(chǎn)生負(fù)作用。

一種材料也許在低溫時(shí)與液氧相容，但在高溫下完全不適用。O形圈密封涉及諸多因素

，最終材料選擇應(yīng)該是最綜合的選擇。

此外，合成橡膠容易發(fā)生膨脹、收縮或硬化，從而產(chǎn)生裂紋甚至撕裂。

圖3合成橡膠的耐熱性/在油液中的膨脹性，在IRM903（原ASTM 3號(hào)油）油液中的容積變化率

圖4 不同合成橡膠的溫度范圍

一般應(yīng)用領(lǐng)域各種合成橡膠的特性如下：

丁腈橡膠 NBR

這類高極性彈性體是丁二烯和丙烯腈（CAN）的共聚物。

丁腈橡膠的特性主要取決于其中ACN(丙烯腈)的含量，占18~50%。一般而言，

丁腈橡膠具有良好的機(jī)械性能。其工作溫度范圍是-30~+100℃（短時(shí)間內(nèi)可以超過+120℃）。

經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐浞蕉‰嫦鹉z可以在-60℃的低溫下工作。丁腈橡膠主要適用于礦物基油和潤(rùn)滑脂。

氟橡膠 FKM/VITON

根據(jù)其結(jié)構(gòu)和氟含量的不同，氟橡膠的耐化學(xué)性及其撓曲性亦不同。

氟橡膠具有阻燃性，極低的透氣以及極佳的耐臭氧性，耐風(fēng)化性和耐老化性。

氟橡膠的工作溫度范圍為-20~+200℃（短時(shí)間內(nèi)可以高達(dá)到+230℃）。

經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐浞椒鹉z可以在-35℃的低溫下工作。

三元乙丙橡膠 EPDM

三元乙丙橡膠具有良好的耐熱性、耐臭氧性和耐老化性。

些外，還有具有很好的彈性、良好的低溫性能和絕緣性能。

三元乙丙橡膠的工作的工作溫度為-45~+150℃（短時(shí)間內(nèi)可以高達(dá)+175℃）

經(jīng)過硫化處理的三元乙丙橡膠的要作溫度范圍減小為-45~+120℃（短時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到+150℃）。

三元乙丙橡膠常用于制動(dòng)液（乙二醇基）和熱水的密封。

硅橡膠 VMQ/SILASTIC  

硅橡膠具有極佳的耐熱性、耐冷性、絕緣性能以及特別優(yōu)良的耐氧化和耐臭氧性能。

特殊對(duì)于不同的材料，硅橡膠的工作溫度范圍是-60~+200℃（短時(shí)間內(nèi)可以高達(dá)+230℃）。

特殊類型硅橡膠工作溫度范圍可以低至-90℃。

當(dāng)然，也有某些類型的硅橡膠的要作溫度范圍較窄。通常，硅橡膠用于藥品和食品行業(yè)。

氫化丁腈橡膠HNBR

氫化丁腈橡膠是通過對(duì)丁腈橡膠組材料加以選擇的氫化制成。

氫化丁腈橡膠的特性取決于其中CAN的含量（18~50%）及其飽和度。

氫化丁腈橡膠具有良好的機(jī)械性能。與礦物油和潤(rùn)滑油脂接觸時(shí)，

氫化丁腈橡膠的工作溫度范圍是-30~+140℃（短時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到+160℃）

特殊類型的氫化丁腈橡膠的工作溫度可以低至-40℃。

全氟橡膠 FFKM

類似于聚四氟乙烯，全氟橡膠具有廣泛的耐化學(xué)性能以及良好的耐熱性能。

對(duì)于幾乎所有的介質(zhì)，全氟橡膠的熱膨脹均較低。

根據(jù)材料的不同，全氟橡膠的工作溫度范圍是-25~+240℃，

特殊類型的全氟橡膠工作溫度可以高達(dá)+325℃。

氯丁二烯橡膠CR

氯丁二烯橡膠具有較好的耐臭氧性、耐風(fēng)化性和耐老化性。

同時(shí)，還有良好的阻燃性、機(jī)械性能和耐冷性。

氯丁二烯橡膠的工作溫度范圍是-40~+100℃（短時(shí)間內(nèi)可以高達(dá)+120℃）

特殊類型的氯丁二烯橡膠的工作溫度可以至低-55℃。

氯丁二烯橡膠常用于諸如冷卻劑等的密封，室外機(jī)械以及膠水行業(yè)。

聚丙烯酸酯橡膠 ACM/EAM

聚丙烯酸酯橡膠具有極佳的耐臭氧性、耐風(fēng)化性和耐熱空氣性能；

但是其物于理強(qiáng)度中等，彈性差，并且抗低溫能力相對(duì)較差。

聚丙烯酸酯橡膠的工作溫度范圍是-20~+150℃（短時(shí)間內(nèi)可以高達(dá)+175℃）。

特殊類型的聚丙烯酸酯橡膠工作溫度可以至低-35℃。