上海O形密封圈失效的主要原因是什么呢？

在-50～-60℃的情況下，不耐低溫的橡膠材料會完全喪失初始應(yīng)力;即使耐低溫的橡膠材料，此時的初始應(yīng)力也不會大于20℃時初始應(yīng)力的25%。這是因為O形圈的初始壓縮量取決于線脹系數(shù)。

O形圈設(shè)計、使用不當會加速它的損壞，喪失密封性能。實驗表明，如密封圈裝置各部分設(shè)計合理，單純地提高壓力，并不會造成O形圈的破壞。在高壓、高溫的工作條件下，O形圈破壞的主要原因是O形圈材料的永久變形和O形圈被擠入密封間隙而引起的間隙咬傷一級O形圈在運動時出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。

1、永久變形

由于O形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)長時間的使用，會產(chǎn)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形圈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）壓縮率和拉伸量與永久變形的關(guān)系

制作O形圈所用的各種配方的橡膠，在壓縮狀態(tài)下都會產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象，此時，壓縮應(yīng)力隨著時間的增長而減小。使用時間越長、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形圈彈性不足，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形圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡單的方法，不過這會帶來結(jié)構(gòu)尺寸的增加。

應(yīng)該注意，人們在計算壓縮率時，往往忽略了O形圈在裝配時受拉伸而引起的截面高度的減小。O形圈截面面積的變化是與其周長的變化成反比的。同時，由于拉力的作用，O形圈的截面形狀也會發(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形圈的外表面變得更平了，即截面高度略有減小。這也是O形密封圈壓縮應(yīng)力松弛的一種表現(xiàn)。

O形圈截面變形的程度，還取決于O形圈材質(zhì)的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O形圈，其截面高度也減小較多，從這一點看，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形密封圈也會逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度會相應(yīng)減小，以致最后失去密封能力。

2）溫度與O形圈馳張過程的關(guān)系

使用溫度是影響O形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。工作溫度越高，O形圈的壓縮永久變形就越大。當永久變形大于40%時，O形圈就失去了密封能力而發(fā)生泄漏。因壓縮變形而在O形圈的橡膠材料中形成的初始應(yīng)力值，將隨著O形圈的馳張過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形圈，其初始壓縮可能由于溫度的急劇降低而減小或完全消失。在-50～-60℃的情況下，不耐低溫的橡膠材料會完全喪失初始應(yīng)力;即使耐低溫的橡膠材料，此時的初始應(yīng)力也不會大于20℃時初始應(yīng)力的25%。這是因為O形圈的初始壓縮量取決于線脹系數(shù)。所以，選取初始壓縮量時，就必須保證在由于馳張過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形圈，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)計上應(yīng)盡量保證O形圈具有適宜的工作溫度，或選用耐高、低溫的O形圈材料，以延長使用壽命。

3）介質(zhì)工作壓力與永久變形

工作介質(zhì)的壓力是引起O形圈永久變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設(shè)備的工作壓力正日益提高。長時間的高壓作用會使O形圈發(fā)生永久變形。因此，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)工作壓力選用適當?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形圈材料的耐壓性能，增加材料的彈性（特別是增加材料在低溫下的彈性）、降低材料的壓縮永久變形，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密封形圈，長時間在工作介質(zhì)中浸泡，增塑劑會逐漸被工作介質(zhì)吸收，導(dǎo)致O形密封圈體積收縮，甚至可能使O形密封圈產(chǎn)生負壓縮（即在O形密封圈和被密封件的表面之間出現(xiàn)間隙）。因此，在計算O形密封圈壓縮量和進行模具設(shè)計時，應(yīng)充分考慮到這些收縮量。應(yīng)使壓制出的O形密封圈在工作介質(zhì)中浸泡5～10晝夜后仍能保持必要的尺寸。

O形圈材料的壓縮永久變形率與溫度有關(guān)。當變形率在40%或更大時，即會出現(xiàn)泄漏，所以幾種膠料的耐熱性界限為：丁腈橡膠70℃，三元乙丙橡膠100℃，氟橡膠140℃。因此各國對O形圈的永久變形作了規(guī)定。中國標準橡膠材料的O形圈在不同溫度下的尺寸變化見表。同一材料的O形圈，在同一溫度下，截面直徑大的O形圈壓縮永久變形率較低。

在油中的情況就不同了。由于此時O形圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應(yīng)大為減少。加之又通常會引起膠料有一定的膨脹，所以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高。以丁腈橡膠為例，它的工作溫度可達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，都會引起密封間隙的擴大和間隙擠出現(xiàn)象的加劇。O形圈的硬度對間隙擠出現(xiàn)象也有明顯的影響。液體或氣體的壓力越高，O形圈材料硬度越小，則O形圈的間隙擠出現(xiàn)象越嚴重。

防止間隙咬傷的措施是，對O形密封圈的硬度和密封間隙加以嚴格的控制。選用硬度合適的密封材料控制間隙。常用的O形圈的硬度范圍是HS60～90。低硬度者用于低壓，高硬度者用于高壓。

配用適當?shù)拿芊馊ΡＷo擋圈，是防止O形圈被擠入間隙的有效方法。

3、扭曲現(xiàn)象

曲是指O形圈沿周向發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，扭曲現(xiàn)象一般發(fā)生在動密封狀態(tài)。

O形圈如果裝配的妥善，并且使用條件適當，一般不大容易在往復(fù)在往復(fù)運動狀態(tài)下產(chǎn)生滾動或扭曲，因為O形圈與溝槽的接觸面積大于在滑動表面上的摩擦接觸面積，而且O形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形圈在其溝槽中靜止不動，因為靜摩擦大于滑動摩擦，而且溝槽表面的粗糙度一般不如滑動表面的粗糙度。

引起扭曲損傷的原因很多，其中最主要的是由于活塞、活塞桿和缸筒的間隙不均勻、偏心過大、O形圈斷面直徑不均勻等造成，由于造成O形圈在一周多受的摩擦力不均勻，O形圈的某些部分摩擦過大，發(fā)生扭曲。通常，斷面尺寸較小的O形圈，容易產(chǎn)生摩擦不均勻。造成扭曲（運動用O形圈比固定用O形圈的斷面直徑大就是這個道理。）

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形圈截面直徑不均勻等現(xiàn)象，可能使得O形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于O形圈的壓縮量時，密封會完全失效。密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O形密封圈沿圓周壓縮不均。此外還有由于O形圈截面直徑、材質(zhì)硬度、潤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形圈的一部分沿工作表面滑動，另一部分則發(fā)生滾動，從而造成O形圈的扭曲。運動用O形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形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)。假如在安裝時就被扭曲，則扭曲損傷就會很快發(fā)生。在工作中，扭曲現(xiàn)象會將O形圈切斷，產(chǎn)生大量漏油，而且切斷的O形圈會混到液壓系統(tǒng)的其他部位，造成重大事故。

為了防止O形圈的扭曲損傷，在設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點

1）O形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)象兩個方面來考慮。

2）O形圈斷面尺寸應(yīng)均勻，并且在每次安裝時都應(yīng)在密封部位充分涂抹潤滑油或潤滑脂。有時也可以采用浸透潤滑油的氈圈式加油裝置。

3）加大O形圈的截面直徑，動密封用O形密封圈的截面直徑一般應(yīng)大于靜密封用O形圈;此外，O形圈應(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，可使用密封圈保護擋圈。

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形密封圈。

7）可用不易產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象的密封圈代替O形圈。

4、磨粒磨損現(xiàn)象

當密封的間隙具有相對運動時，工作環(huán)境中的灰塵和沙粒等被粘附在活塞桿表面，并隨著活塞桿的往復(fù)運動與油膜一起被帶入缸內(nèi)，成為侵入O形密封圈表面的磨粒，加速O形圈的磨損，以致其失去密封性。為了避免這種情況發(fā)生，在往復(fù)運動式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵。