一、 摩擦力对O型圈的应用

摩擦力的大小在很大程度上取决于被密封件的表面硬度与表面粗糙度。在动密封装置中,摩擦与磨损是O型圈损坏的重要影响因素。磨损程度主要取决于摩擦力的大小。当液体压力微小时,O型圈摩擦力的大小取决于它的预压缩量。当工作液体承受压力时,摩擦力随之工作压力的增加而增大。在工作压力小于20MPa的情况下,近似地呈线形关系。压力大于20MPa时,随着压力的增加,O型圈与金属表面接触面积的增加也逐渐缓慢,摩擦力的增加也相应缓慢。在正常情况下,O型圈的使用寿命随着液体压力的升高将会近似的呈平方关系而减小。

摩擦力的增加,使得旋转或往复运动的轴与O形密封圈之间产生大量的摩擦热。由于多数O型圈都是用橡胶制成的,导热性极差。因此,摩擦热就会引起橡胶的老化,导致O型圈实效,破坏其密封性能。摩擦还会引起O型圈表面损伤,使压缩量减小。严重的摩擦会很快引起O型圈的表面损坏,失去密封性。作气动往复运动用密封时,摩擦热还会引起粘着,造成摩擦力进一步增加。运动用密封在低速运动时,摩擦阻力还是引起爬行的一个因素,影响元件和系统的工作性能。所以对运动密封来说,摩擦性是重要性能之一。摩擦系数是摩擦特性的一个评价指标,合成橡胶摩擦系数较大,由于密封在运动状态时,通常处于工作油液或润滑剂参与的混合润滑状态,摩擦系数一般在0.1以下。

二、 O型圈的压缩率和拉伸量对变形的关系

制作O型圈所用的各种配方的橡胶,在压缩状态下都会产生压缩应力松弛现象,此时,压缩应力随着时间的增长而减小。使用时间越长、压缩率和拉伸量越大,则由橡胶应力松弛而产生的应力下降就越大,以致O型圈弹性不足,失去密封能力。因此,在允许的使用条件下,设法降低压缩率是可取的。增加O型圈的截面尺寸是降低压缩率简单的方法,不过这会带来结构尺寸的增加。

应该注意,人们在计算压缩率时,往往忽略了O型圈在装配时受拉伸而引起的截面高度的减小。O型圈截面面积的变化是与其周长的变化成反比的。同时,由于拉力的作用,O型圈的截面形状也会发生变化,就表现为其高度的减小。此外,在表面张力作用下,O型圈的外表面变得更平了,即截面高度略有减小。这也是O形密封圈压缩应力松弛的一种表现。

 O型圈截面变形的程度,还取决于O型圈材质的硬度。在拉伸量相同的情况下,硬度大的O型圈,其截面高度也减小较多,从这一点看,应该按照使用条件尽量选用低硬度的材质。在液体压力和张力的作用下,橡胶材料的O形密封圈也会逐渐发生塑性变形,其截面高度会相应减小,以致失去密封能力。