A.1 引言

O形圈是一個最簡單，卻非常重要的精密機械部件，

盡管看起來很不顯眼，

但是它在許許多多工業零件中起著重要的作用；

在世界范圍內，它們有許多的詳細說明書和標準，

在本章中包含了廣泛的說明和標準，

來幫助設計者在實際應用中選擇更合適的O形圈。

O形圈為設計人員設計各種靜態或動態應用提供了經濟有效的密封元件。

廉價的生產方法和易用性，使得O形圈成為應用最廣泛的密封元件。

由于無論對于標準應用還是特殊應用，合成橡膠均具有極寬的選擇范圍，

因此，O形圈實際上可以應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，而橫截面呈環形。

O形圈的尺寸由內徑d1和橫面直徑d2來定義（如圖1）。

可供選擇的尺寸規格有：橫截面直徑約0.35~12mm內徑可達到1000mm及以上。

圖1 O形圈尺寸

優點：

與其他密封元件相比，O形密封件具有如下的諸多優點：

-結構簡單，整體式溝槽設計，降低加工和設計費用；

-結構緊湊，零件外形小；

-安裝簡便，降低了風險；

-可以應用于各種密封問題，如：靜態密封、動態密封、單作用和雙作用密封；

-材料選擇范圍寬，適用于絕大多數流體；

-存貨量大，規格齊全，便于維護和修理。

A．3 應用

O形圈既可以用作密封元件，又可以用作液壓滑動密封和防塵圈的施力元件，因此，

廣泛應用于各種應用領域。可以說，在工業領域，無論是用于維修和維護的單個密封件，

還是諸如航空航天、汽車工業和通用工業等要求品質保證的應用中，沒有不使用O形圈的。

O形圈在靜態密封應用中占據著主導地位：

-用作徑向靜態密封，例如：用于軸套、密封蓋、管道、油缸的密封；

-用作軸向靜態密封，例如：用于法蘭、平板和端蓋等的密封；

對于動態應用，O形圈僅推薦用于中等負荷工況；受速度和壓力的限制，O形圈一般用于：

-低負載工況下、往復運動的活塞、活塞桿和柱塞等的密封；

-在軸、心軸和旋轉動力輸入軸上作低速旋轉或螺旋運動時的密封。

A．4 作用機理

O形圈是一種雙向密封元件。安裝時，在徑向或軸向的初始壓縮量，

決定了O形圈的初始密封能力。系統壓力作用于O形圈所產生的力，

就是其總的密封力；該密封隨著系統壓力的升高而增大（圖2）。

圖2 受壓與不受壓時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，壓力朝各個方向等值。

B 技術資料

B．1 材料

B．1．1 合成橡膠

設備制造商和最終用戶都希望密封系統能夠無泄漏運行，并具有較長的使用壽命。

可靠性對于有效地降低維護費用是非常關鍵的。針對具體應用案例尋求完美的解決方案時，

無論是材料還是密封結構都是至關重要的因素。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：彈性和化學相容性。

B．1．2 合成橡膠的應用參數

當選擇O形密封圈材料時，應從多方面考慮：被密封的介質、壓力和溫度范圍等主要因素。

一種材料也許最適合蒸汽，但在一個水冷卻系統中將會由于酒精或抗凍添加劑產生負作用。

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

，最終材料選擇應該是最綜合的選擇。

此外，合成橡膠容易發生膨脹、收縮或硬化，從而產生裂紋甚至撕裂。

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

一般應用領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械性能。其工作溫度范圍是-30~+100℃（短時間內可以超過+120℃）。

經過適當的配方丁腈橡膠可以在-60℃的低溫下工作。丁腈橡膠主要適用于礦物基油和潤滑脂。

氟橡膠 FKM/VITON

根據其結構和氟含量的不同，氟橡膠的耐化學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，耐風化性和耐老化性。

氟橡膠的工作溫度范圍為-20~+200℃（短時間內可以高達到+230℃）。

經過適當的配方氟橡膠可以在-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℃（短時間內可以高達+175℃）

經過硫化處理的三元乙丙橡膠的要作溫度范圍減小為-45~+120℃（短時間內可以達到+150℃）。

三元乙丙橡膠常用于制動液（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良的耐氧化和耐臭氧性能。

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

特殊類型硅橡膠工作溫度范圍可以低至-90℃。

當然，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。

氫化丁腈橡膠HNBR

氫化丁腈橡膠是通過對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械性能。與礦物油和潤滑油脂接觸時，

氫化丁腈橡膠的工作溫度范圍是-30~+140℃（短時間內可以達到+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性能以及良好的耐熱性能。

對于幾乎所有的介質，全氟橡膠的熱膨脹均較低。

根據材料的不同，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+325℃。

氯丁二烯橡膠CR

氯丁二烯橡膠具有較好的耐臭氧性、耐風化性和耐老化性。

同時，還有良好的阻燃性、機械性能和耐冷性。

氯丁二烯橡膠的工作溫度范圍是-40~+100℃（短時間內可以高達+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，室外機械以及膠水行業。

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、耐風化性和耐熱空氣性能；

但是其物于理強度中等，彈性差，并且抗低溫能力相對較差。

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

特殊類型的聚丙烯酸酯橡膠工作溫度可以至低-35℃。