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2018-9-27 閱讀(1697)
O型圈設(shè)計(jì),、使用不當(dāng)會(huì)加速它的損壞，喪失密封性能,。實(shí)驗(yàn)表明,，如密封裝置各部分設(shè)計(jì)合理，單純地提高壓力,，并不會(huì)造成O型圈的破壞,。在高壓、高溫的工作條件下,，O型圈破壞的主要原因是O型圈材料的變形和O型圈被擠入密封間隙而引起的間隙咬傷一級(jí)O型圈在運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象,。
1、變形
由于O型圈密封圈用的合成橡膠材料是屬于粘彈性材料,，所以初期設(shè)定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的使用,，會(huì)產(chǎn)生變形而逐漸喪失，終發(fā)生泄漏,。變形和彈力消失是O型圈失去密封性能的主要原因,，以下是造成變形的主要原因。
1).壓縮率和拉伸量與變形的關(guān)系
制作O型圈所用的各種配方的橡膠,，在壓縮狀態(tài)下都會(huì)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象,，此時(shí)，壓縮應(yīng)力隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而減小,。使用時(shí)間越長(zhǎng),、壓縮率和拉伸量越大，則由橡膠應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的應(yīng)力下降就越大,，以致O型圈彈性不足，失去密封能力,。因此,，在允許的使用條件下，設(shè)法降低壓縮率是可取的,。增加O型圈的截面尺寸是降低壓縮率簡(jiǎn)單的方法,，不過(guò)這會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)尺寸的增加。
應(yīng)該注意,，人們?cè)谟?jì)算壓縮率時(shí),，往往忽略了O型圈在裝配時(shí)受拉伸而引起的截面高度的減小。O型圈截面面積的變化是與其周長(zhǎng)的變化成反比的,。同時(shí),，由于拉力的作用，O型圈的截面形狀也會(huì)發(fā)生變化，就表現(xiàn)為其高度的減小,。此外,，在表面張力作用下，O型圈的外表面變得更平了,，即截面高度略有減小,。這也是O型密封圈壓縮應(yīng)力松弛的一種表現(xiàn)。
O型圈截面變形的程度,，還取決于O型圈材質(zhì)的硬度,。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O型圈,，其截面高度也減小較多,，從這一點(diǎn)看，應(yīng)該按照使用條件盡量選用低硬度的材質(zhì),。在液體壓力和張力的作用下,，橡膠材料的O型密封圈也會(huì)逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度會(huì)相應(yīng)減小,，以致后失去密封能力,。
2).溫度與O型圈馳張過(guò)程的關(guān)系
使用溫度是影響O型圈變形的另一個(gè)重要因素。高溫會(huì)加速橡膠材料的老化,。工作溫度越高,，O型圈的壓縮變形就越大。當(dāng)變形大于40%時(shí),，O型圈就失去了密封能力而發(fā)生泄漏,。因壓縮變形而在O型圈的橡膠材料中形成的初始應(yīng)力值，將隨著O型圈的馳張過(guò)程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消失,。
溫度在零下工作的O型圈,，其初始?jí)嚎s可能由于溫度的急劇降低而減小或*消失。在-50~-60℃情況下,，不耐低溫的橡膠材料會(huì)*喪失初始應(yīng)力;即使耐低溫的橡膠材料,，此時(shí)的初始應(yīng)力也不會(huì)大于20℃時(shí)初始應(yīng)力的25%。這是因?yàn)镺型圈的初始?jí)嚎s量取決于線脹系數(shù),。所以,，選取初始?jí)嚎s量時(shí)，就必須保證在由于馳張過(guò)程和溫度下降而造成應(yīng)力下降后仍有足夠的密封能力,。溫度在零下工作的O型圈,應(yīng)特別注意橡膠材料的恢復(fù)指數(shù)和變形指數(shù),。
綜上所述，在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證O型圈具有適宜的工作溫度,，或選用耐高,、低溫的O型圈材料,，以延長(zhǎng)使用壽命。
3).介質(zhì)工作壓力與變形
工作介質(zhì)的壓力是引起O型圈變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設(shè)備的工作壓力正日益提高,。長(zhǎng)時(shí)間的高壓作用會(huì)使O型圈發(fā)生變形。因此,，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工作壓力選用適當(dāng)?shù)哪蛪合鹉z材料,。工作壓力越高，所用材料的硬度和耐高壓性能也應(yīng)越高,。
為了改善O型圈材料的耐壓性能,，增加材料的彈性(特別是增加材料在低溫下的彈性)、降低材料的壓縮變形,，一般需要改進(jìn)材料的配方,，加入增塑劑。但是,，具有增塑劑的O密封形圈,，長(zhǎng)時(shí)間在工作介質(zhì)中浸泡，增塑劑會(huì)逐漸被工作介質(zhì)吸收,，導(dǎo)致O型密封圈體積收縮,，甚至可能使O型密封圈產(chǎn)生負(fù)壓縮(即在O型密封圈和被密封件的表面之間出現(xiàn)間隙)。因此,，在計(jì)算O型密封圈壓縮量和進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí),，應(yīng)充分考慮到這些收縮量。應(yīng)使壓制出的O型密封圈在工作介質(zhì)中浸泡5~10晝夜后仍能保持必要的尺寸,。
O型圈材料的壓縮變形率與溫度有關(guān),。當(dāng)變形率在40%或更大時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)泄漏,，所以幾種膠料的耐熱性界限為:ding腈橡膠70℃,，三元乙丙橡膠100℃，氟橡膠140℃,。因此各國(guó)對(duì)O型圈的變形作了規(guī)定,。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料的O型圈在不同溫度下的尺寸變化見表。同一材料的O型圈,，在同一溫度下，截面直徑大的O型圈壓縮變形率較低,。
在油中的情況就不同了,。由于此時(shí)O型圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應(yīng)大為減少,。加之又通常會(huì)引起膠料有一定的膨脹,，所以因溫度引起的壓縮變形率將被抵消,。因此，在油中的耐熱性大為提高,。以ding腈橡膠為例,，它的工作溫度可達(dá)120℃或更高。
2,、間隙咬傷
被密封的零件存在著幾何精度(包括圓度,、橢圓度、圓柱度,、同軸度等)不良,、零件之間不同心以及高壓下內(nèi)徑脹大等現(xiàn)象，都會(huì)引起密封間隙的擴(kuò)大和間隙擠出現(xiàn)象的加劇,。O型圈的硬度對(duì)間隙擠出現(xiàn)象也有明顯的影響,。液體或氣體的壓力越高，O型圈材料硬度越小,，則O型圈的間隙擠出現(xiàn)象越嚴(yán)重,。
防止間隙咬傷的措施是，對(duì)O型密封圈的硬度和密封間隙加以嚴(yán)格的控制,。選用硬度合適的密封材料控制間隙,。常用的O型圈的硬度范圍是HS60~90。低硬度者用于低壓,，高硬度者用于高壓,。配用適當(dāng)?shù)拿芊馊ΡＷo(hù)擋圈，是防止O型圈被擠入間隙的有效方法,。
3,、扭曲現(xiàn)象
扭曲是指O型圈沿周向發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，扭曲現(xiàn)象一般發(fā)生在動(dòng)密封狀態(tài),。
O型圈如果裝配的妥善,，并且使用條件適當(dāng)，一般不大容易在往復(fù)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生滾動(dòng)或扭曲,，因?yàn)镺型圈與溝槽的接觸面積大于在滑動(dòng)表面上的摩擦接觸面積,，而且O型圈本身的抗拒能力原來(lái)就能阻止扭曲。摩擦力的分布也趨向保持O型圈在其溝槽中靜止不動(dòng),，因?yàn)殪o摩擦大于滑動(dòng)摩擦,，而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑動(dòng)表面的粗糙度。
引起扭曲損傷的原因很多,，其中主要的是由于活塞,、活塞桿和缸筒的間隙不均勻、偏心過(guò)大,、O型圈斷面直徑不均勻等造成,，由于造成O型圈在一周多受的摩擦力不均勻,，O型圈的某些部分摩擦過(guò)大，發(fā)生扭曲,。通常,，斷面尺寸較小的O型圈，容易產(chǎn)生摩擦不均勻造成扭曲(運(yùn)動(dòng)用O型圈比固定用O型圈的斷面直徑大就是這個(gè)道理),。
另外,，由于密封溝槽存在著同軸度偏差，密封高度不相等以及O型圈截面直徑不均勻等現(xiàn)象,，可能使得O型圈的一部分壓縮過(guò)大,，另一部分過(guò)小或不受壓縮。當(dāng)溝槽存在偏心即同軸偏差大于O型圈的壓縮量時(shí),，密封會(huì)*失效,。密封溝槽同軸度偏差大的另一個(gè)害處是使O型密封圈沿圓周壓縮不均。
此外還有由于O型圈截面直徑,、材質(zhì)硬度,、潤(rùn)滑油膜厚度等的不均以及密封軸表面粗糙度等因素的影響，導(dǎo)致O型圈的一部分沿工作表面滑動(dòng),，另一部分則發(fā)生滾動(dòng),，從而造成O型圈的扭曲。運(yùn)動(dòng)用O型圈很容易因扭曲而損壞,，這是密封裝置發(fā)生損壞和泄漏的重要原因,。因此提高密封溝槽的加工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命的重要因素。
安裝密封圈不應(yīng)是它處于扭曲狀態(tài),。假如在安裝時(shí)就被扭曲,，則扭曲損傷就會(huì)很快發(fā)生。在工作中,，扭曲現(xiàn)象會(huì)將O型圈切斷,，產(chǎn)生大量漏油，而且切斷的O型圈會(huì)混到液壓系統(tǒng)的其他部位,，造成重大事故,。
為了防止O型圈的扭曲損傷，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1).O型圈安裝溝槽的同心度大小,，應(yīng)從加工方便和不產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象兩個(gè)方面來(lái)考慮,。
2).O型圈斷面尺寸應(yīng)均勻，并且在每次安裝時(shí)都應(yīng)在密封部位充分涂抹潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂,。有時(shí)也可以采用浸透潤(rùn)滑油的氈圈式加油裝置,。
3).加大O型圈的截面直徑，動(dòng)密封用O型密封圈的截面直徑一般應(yīng)大于靜密封用O型圈;此外,，O型圈應(yīng)避免用作大直徑活塞的密封,。
4).在低壓下也產(chǎn)生扭曲損傷時(shí)，可使用密封圈保護(hù)擋圈,。
5).降低缸筒和活塞桿的表面粗糙度,。
6).采用低摩擦系數(shù)的材料制作O型密封圈。
7).可用不易產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象的密封圈代替O型圈,。
