O型圈設(shè)計(jì)和使用不當(dāng)會(huì)加速其損壞并失去密封性能。實(shí)驗(yàn)表明，如果密封裝置的各部分設(shè)計(jì)得當(dāng)，單純?cè)黾訅毫Σ粫?huì)對(duì)O型圈造成損壞。在高壓、高溫工作條件下，O型圈損壞的主要原因是O型圈材料的永久變形和O型圈被擠入密封間隙造成的間隙咬合。主O 形圈在移動(dòng)過程中變形。

1.永久變形

由于O型圈密封圈采用的合成橡膠材料是粘彈性材料，初始設(shè)定的壓縮量和回彈阻擋能力在長(zhǎng)期使用后會(huì)產(chǎn)生永久變形并逐漸損耗，最終出現(xiàn)泄漏。永久變形和失去彈性是O型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).壓縮比、拉伸量與永久變形的關(guān)系

用于制造O型圈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。此時(shí)，壓應(yīng)力隨著時(shí)間的推移而減小。使用時(shí)間越長(zhǎng)，壓縮比和拉力越大，橡膠應(yīng)力松弛引起的應(yīng)力降就越大，導(dǎo)致O型圈彈性不足，失去密封能力。因此，建議在允許的使用條件下盡量降低壓縮比。增加O型圈的橫截面尺寸是降低壓縮率的最簡(jiǎn)單方法，但這會(huì)增加結(jié)構(gòu)尺寸。

需要注意的是，人們?cè)谟?jì)算壓縮比時(shí)，往往忽略了O型圈在裝配時(shí)的拉伸所造成的截面高度的減小。 O型圈橫截面積的變化與其周長(zhǎng)的變化成反比。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，體現(xiàn)在其高度的減小上。另外，在表面張力的作用下，O型圈的外表面變得更加平坦，即橫截面高度略有減小。這也是O型圈密封件壓縮應(yīng)力松弛的表現(xiàn)。

O型圈的橫截面變形程度還取決于O型圈材料的硬度。當(dāng)拉伸量相同時(shí)，硬度高的O型圈的截面高度也降低得更多。由此看來，根據(jù)使用條件，應(yīng)盡量采用硬度低的材料。在液體壓力和拉力的作用下，橡膠材料的O型圈會(huì)逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度也相應(yīng)減小，最終失去密封能力。

2).溫度與O型圈松弛過程的關(guān)系

工作溫度是影響O型圈永久變形的另一個(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型圈的壓縮永久變形越大。當(dāng)永久變形大于40%時(shí)，O型圈就失去密封能力而發(fā)生泄漏。 O型圈的橡膠材料中因壓縮變形而形成的初始應(yīng)力值會(huì)隨著O型圈的松弛和溫度的下降而逐漸減小并消失。

由于溫度急劇下降，在零下溫度下運(yùn)行的O 形圈的初始?jí)嚎s可能會(huì)減少或完全消除。在-50~-60時(shí)，不耐低溫的橡膠材料將完全失去初始應(yīng)力；即使是耐低溫的橡膠材料，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取決于線性膨脹系數(shù)。因此，在選擇初始?jí)嚎s量時(shí)，必須保證由于松弛過程和溫度下降而導(dǎo)致應(yīng)力下降后，仍有足夠的密封能力。對(duì)于在零下溫度下工作的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，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保證O型圈有合適的工作溫度，或者采用耐高低溫的O型圈材料，以延長(zhǎng)其使用壽命。

3).介質(zhì)工作壓力和永久變形

工作介質(zhì)的壓力是引起O型圈永久變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設(shè)備承受著不斷增加的工作壓力。長(zhǎng)時(shí)間的高壓會(huì)導(dǎo)致O型圈永久變形。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工作壓力選擇合適的耐壓橡膠材料。工作壓力越高，所用材料的硬度和耐高壓性能越高。

為了提高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），減少材料的壓縮永久變形，一般需要對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)配方并添加增塑劑。但如果含有增塑劑的O型圈長(zhǎng)期浸泡在工作介質(zhì)中，增塑劑會(huì)逐漸被工作介質(zhì)吸收，導(dǎo)致O型圈體積收縮，甚至可能造成O型圈負(fù)壓縮。 -圈（即O型圈與密封件表面之間出現(xiàn)間隙）。因此，在計(jì)算O型圈密封件的壓縮量和設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)充分考慮這些收縮量。壓制后的O形圈在工作介質(zhì)中浸泡510晝夜后應(yīng)能保持必要的尺寸。

O型圈材料的壓縮永久變形率與溫度有關(guān)。當(dāng)變形率達(dá)到40%以上時(shí)，就會(huì)發(fā)生泄漏，因此幾種橡膠材料的耐熱極限為：丁腈橡膠70，三元乙丙橡膠100，氟橡膠140。因此，各國(guó)對(duì)O型圈的永久變形都有規(guī)定。國(guó)標(biāo)橡膠材料制成的O型圈在不同溫度下的尺寸變化見表。對(duì)于相同材料制成的O型圈，在相同溫度下，橫截面直徑較大的O型圈壓縮永久變形率較低。

石油的情況則不同。由于此時(shí)O形圈不與氧氣接觸，因此上述不良反應(yīng)大大減少。另外，通常會(huì)引起橡膠材料一定的膨脹，因此溫度引起的壓縮永久變形率會(huì)被抵消。因此，在油中的耐熱性大大提高。以丁腈橡膠為例，其使用溫度可達(dá)120以上。

2.間隙咬傷

被密封零件的幾何精度差（包括圓度、橢圓度、圓柱度、同軸度等）、零件之間不同心、高壓下內(nèi)徑膨脹，都會(huì)造成密封間隙擴(kuò)大和間隙擠壓?，F(xiàn)象的加劇。 O型圈的硬度對(duì)間隙擠壓現(xiàn)象也有顯著影響。液體或氣體的壓力越高，O型圈材料的硬度越小，O型圈的間隙擠壓就越嚴(yán)重。

防止間隙咬合的措施是嚴(yán)格控制O型圈的硬度和密封間隙。使用硬度合適的密封材料來控制間隙。常用O型圈的硬度范圍為HS60~90。硬度低的用于低壓，硬度高的用于高壓。使用合適的密封圈來保護(hù)擋圈是防止O型圈被擠入間隙的有效方法。

3、畸變現(xiàn)象

扭轉(zhuǎn)是指O型圈沿圓周方向扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象一般發(fā)生在動(dòng)密封狀態(tài)。

如果O型圈裝配正確，在適當(dāng)?shù)臈l件下使用，一般在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)或扭曲的情況，因?yàn)镺型圈與溝槽的接觸面積大于滑動(dòng)面上的摩擦接觸面積，而O 形環(huán)自身的阻力原本可以防止扭曲。摩擦力的分布也傾向于使O 形圈在其凹槽中保持靜止，因?yàn)殪o摩擦大于滑動(dòng)摩擦，并且凹槽表面的粗糙度通常不像滑動(dòng)表面那么粗糙。

扭曲損壞的原因有很多，其中最主要的是由于活塞、活塞桿與缸體之間的間隙不均勻、偏心過大、O型圈截面直徑不均勻等造成O型圈變形。一周內(nèi)經(jīng)歷過度摩擦。受力不均勻，O型圈部分部位摩擦過度而變形。通常，橫截面較小的O型圈容易產(chǎn)生不均勻的摩擦和變形（這就是為什么移動(dòng)O型圈的橫截面直徑大于固定O型圈的原因）。

另外，由于密封槽的同軸度偏差、密封高度不等以及O型圈的橫截面直徑不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致O型圈的某些部分被過度壓縮，而另一些部分則可能太小或未被壓縮。當(dāng)溝槽偏心，即同軸偏差大于O型圈的壓縮量時(shí)，密封將徹底失效。密封槽同軸度偏差大的另一個(gè)缺點(diǎn)是O型圈密封件沿圓周壓縮不均勻。

另外，由于O型圈橫截面直徑不均勻、材料硬度、潤(rùn)滑油膜厚度等因素以及密封軸表面粗糙度等因素的影響，部分O型圈環(huán)沿工作面滑動(dòng)，而另一部分則滾動(dòng)，導(dǎo)致O形圈變形。運(yùn)動(dòng)O型圈很容易因扭轉(zhuǎn)而損壞，這是密封裝置損壞和泄漏的重要原因。因此，提高密封槽的加工精度、減小偏心量是保證O型圈可靠密封和使用壽命的重要因素。

密封件不應(yīng)以扭曲狀態(tài)安裝。如果安裝時(shí)發(fā)生扭曲，很快就會(huì)發(fā)生扭曲損壞。工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象會(huì)切斷O型圈，造成大量漏油，并且切斷的O型圈會(huì)與液壓系統(tǒng)的其他部件混合，造成重大事故。

為了防止O型圈扭曲和損壞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）。 O型圈安裝槽的同心度應(yīng)從便于加工和不變形兩個(gè)方面考慮。

2）。 O型圈的截面尺寸應(yīng)均勻，每次安裝時(shí)應(yīng)將潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂充分涂抹到密封區(qū)域。有時(shí)也可采用浸有潤(rùn)滑油的氈環(huán)式注油器。

3）。增加O 形圈的橫截面直徑。動(dòng)密封用O型圈的截面直徑一般應(yīng)大于靜密封用O型圈；另外，O型圈應(yīng)避免用作大直徑活塞的密封。

4).當(dāng)?shù)蛪合掳l(fā)生扭曲損壞時(shí)，可采用密封圈來保護(hù)擋圈。

5）。降低缸筒和活塞桿的表面粗糙度。

6).使用低摩擦系數(shù)的材料制作O型圈。

7). O型圈可以用不易變形的密封圈代替。

4、磨粒磨損現(xiàn)象

當(dāng)密封間隙有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作環(huán)境中的灰塵、沙子粘附在活塞桿表面，并隨著活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與油膜一起帶入氣缸內(nèi)，成為對(duì)O表面的侵入。 -密封環(huán)。磨料顆粒會(huì)加速O 形圈的磨損，導(dǎo)致其失去密封性能。為了防止這種情況發(fā)生，必須在往復(fù)密封的延長(zhǎng)軸端使用防塵環(huán)。

5、滑動(dòng)面對(duì)O型圈的影響

滑動(dòng)面的粗糙度是影響O型圈表面摩擦磨損的直接因素。一般來說，表面光滑時(shí)摩擦磨損較小，因此滑動(dòng)表面的粗糙度值往往很低（Ra0.2~0.050m）。但試驗(yàn)表明，表面粗糙度過低（Ra小于0.050m）會(huì)對(duì)摩擦磨損產(chǎn)生不利影響。這是因?yàn)槲⑿〉谋砻娌灰?guī)則性維持了必要的潤(rùn)滑膜。因此選擇合適的表面要求。

滑動(dòng)面的材質(zhì)也會(huì)影響O型圈的壽命。滑動(dòng)面材料越硬，耐磨性越高，保持光滑的能力越強(qiáng)，O型圈的壽命也越長(zhǎng)。這也是液壓缸活塞桿表面鍍鉻的重要原因。同理可以說明，相同粗糙度的銅、鋁合金滑動(dòng)面對(duì)密封圈的摩擦磨損比鋼制滑動(dòng)面更嚴(yán)重。硬度低壓縮大的密封圈不如硬度高壓縮小的密封圈。量密封圈經(jīng)久耐用。

6、O型圈的摩擦及應(yīng)用

在動(dòng)密封裝置中，摩擦和磨損是影響O型圈損壞的重要因素。磨損程度主要取決于摩擦力的大小。當(dāng)液體壓力較小時(shí)，O型圈的摩擦力取決于其預(yù)壓縮量。當(dāng)工作流體處于壓力下時(shí)，摩擦力隨著工作壓力的增加而增加。當(dāng)工作壓力小于20MPa時(shí)，其關(guān)系近似線性。當(dāng)壓力大于20MPa時(shí)，隨著壓力的增大，O型圈與金屬表面的接觸面積逐漸緩慢增大，摩擦力也相應(yīng)緩慢增大。一般情況下，O型圈的使用壽命會(huì)隨著液體壓力的增加呈近似平方關(guān)系減少。

摩擦力的增加導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)或往復(fù)軸與O型圈之間產(chǎn)生大量的摩擦熱。由于大多數(shù)O型圈是由橡膠制成的，因此它們的導(dǎo)熱性極差。因此，摩擦生熱會(huì)導(dǎo)致橡膠老化，導(dǎo)致O型圈失效，破壞其密封性能。摩擦還會(huì)對(duì)O 形圈造成表面損壞，從而減少壓縮量。劇烈的摩擦?xí)芸鞂?dǎo)致O型圈表面損壞并失去其密封性能。氣動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，摩擦熱也會(huì)產(chǎn)生粘連，導(dǎo)致摩擦力進(jìn)一步增大。

當(dāng)動(dòng)密封件低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦阻力仍然是導(dǎo)致爬行的一個(gè)因素，影響部件和系統(tǒng)的性能。因此，摩擦力是運(yùn)動(dòng)密封件的重要性能之一。摩擦系數(shù)是摩擦特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。合成橡膠的摩擦系數(shù)較大。由于密封件在運(yùn)動(dòng)時(shí)通常處于有工作油或潤(rùn)滑劑參與的混合潤(rùn)滑狀態(tài)，因此摩擦系數(shù)一般在0.1以下。摩擦力的大小很大程度上取決于密封部件的表面硬度和表面粗糙度。

7.焦耳熱效應(yīng)

橡膠材料的焦耳熱效應(yīng)是指處于拉伸狀態(tài)的橡膠受熱時(shí)發(fā)生收縮的現(xiàn)象。安裝O型圈時(shí)，為了防止其在密封槽中移動(dòng)和用作往復(fù)密封時(shí)扭轉(zhuǎn)，一般將其置于一定的拉力下。然而，如果這種安裝方法用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生不良結(jié)果。已經(jīng)緊固在轉(zhuǎn)軸上的O型圈由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱而收縮，從而增大了緊固力。這樣，產(chǎn)生摩擦熱收縮緊固力增大產(chǎn)生摩擦。熱……，如此反復(fù)循環(huán)，會(huì)極大地促進(jìn)橡膠的老化和磨損。