農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械金屬管接頭 O形圈平面密封接頭起草單位

鄭州班韋德汽車配件有限公司、江蘇暢頜汽車零部件有限公司、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院、洛陽拖拉機(jī)研究所有限公司、國家拖拉機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心。

宋相鋒、董昊、林朝森、陳靜芳、孫舒暢、何明斐、陳嵩、陳俊寶、尚項(xiàng)繩、徐惠娟。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于管外徑為φ10 mm～φ35 mm 的農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械液壓系統(tǒng)用 O 形圈平面密封的金屬管接頭。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械液壓系統(tǒng)用 O 形圈平面密封的金屬管接頭的術(shù)語和定義、型式與尺寸、標(biāo)記、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存。

O形圈設(shè)計(jì)、使用不當(dāng)會加速它的損壞，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，O形圈在運(yùn)動時出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。

O形圈永久變形

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

2）溫度與O形圈馳張過程的關(guān)系

3）介質(zhì)工作壓力與永久變形

O形圈材料的壓縮永久變形率與溫度有關(guān)。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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，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(dāng)，一般不大容易在往復(fù)運(yùn)動狀態(tài)下產(chǎn)生滾動或扭曲，因?yàn)镺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?yàn)殪o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。

O形圈扭曲損傷

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(yùn)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(dāng)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形圈的一部分沿工件表面滑動，另一部分則發(fā)生滾動，從而造成O形圈的扭曲。運(yùn)動使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(jì)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

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(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。

O形圈磨粒磨損現(xiàn)象

當(dāng)密封的間隙具有相對運(yùn)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(yùn)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(yùn)動式密封裝置的外伸軸端處必須使用防塵圈。

滑動表面對O形圈的影響

滑動表面的粗糙度是影響O形圈表面摩擦與磨損的直接因素。一般地說，表面光潔摩擦與磨損就小，所以滑動表面的粗糙度數(shù)值往往很低（Ra0.2-.050μm）。但是，試驗(yàn)表明，表面粗糙過低（Ra低于0.050μm）又會給摩擦與磨損帶來不利的影響。這是因?yàn)槲⑿〉谋砻姘纪共黄?，可以保持必要的潤滑油膜。因此要選擇適當(dāng)?shù)谋砻嬉蟆?滑動表面的材質(zhì)對O形圈的壽命也有影響?；瑒颖砻娌馁|(zhì)的硬度越大、耐磨性越高、保持光潔的能力就越強(qiáng)，O形圈的壽命也就越長。這也是液壓缸活塞桿表面鍍鉻的重要原因。同理可以解釋具有同樣粗糙度的用銅、鋁合金制成的滑動表面比鋼制滑動表面對密封圈的摩擦與磨損更為嚴(yán)重，低硬度、大壓縮量的密封圈不如高硬度、小壓縮量的密封圈耐用的情況。

摩擦力與O形圈的應(yīng)用

在動密封裝置中，摩擦與磨損是O形圈損壞的重要影響因素。磨損程度主要取決于摩擦力的大小。當(dāng)液體壓力微小時，O形圈摩擦力的大小取決于它的預(yù)壓縮量。當(dāng)工作液體承受壓力時，摩擦力隨之工作壓力的增加而增大。在工作壓力小于20MPa的情況下，近似地呈線形關(guān)系。壓力大于20MPa時，隨著壓力的增加，O形圈與金屬表面接觸面積的增加也逐漸緩慢，摩擦力的增加也相應(yīng)緩慢。在正常情況下，O形圈的使用壽命隨著液體壓力的升高將會近似的呈平方關(guān)系而減小。摩擦力的增加，使得旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動的軸與O形密封圈之間產(chǎn)生大量的摩擦熱。由于多數(shù)O形圈都是用橡膠制成的，導(dǎo)熱性極差。因此，摩擦熱就會引起橡膠的老化，導(dǎo)致O形圈實(shí)效，破壞其密封性能。摩擦還會引起O形圈表面損傷，使壓縮量減小。嚴(yán)重的摩擦?xí)芸煲餙形圈的表面損壞，失去密封性。作氣動往復(fù)運(yùn)動用密封時，摩擦熱還會引起粘著，造成摩擦力進(jìn)一步增加。運(yùn)動用密封在低速運(yùn)動時，摩擦阻力還是引起爬行的一個因素，影響元件和系統(tǒng)的工作性能。所以對運(yùn)動密封來說，摩擦性是重要性能之一。摩擦系數(shù)是摩擦特性的一個評價指標(biāo)，合成橡膠摩擦系數(shù)較大，由于密封在運(yùn)動狀態(tài)時，通常處于工作油液或潤滑劑參與的混合潤滑狀態(tài)，摩擦系數(shù)一般在0.1以下。 摩擦力的大小在很大程度上取決于被密封件的表面硬度與表面粗糙度。 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)的橡膠遇熱產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象。在安裝O形圈時，為了使它在密封溝槽內(nèi)不產(chǎn)生竄動，在用作往復(fù)運(yùn)動密封時，不產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象，一般使它處于某種程度的拉伸狀態(tài)。但如果將這種安裝方法用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，就會產(chǎn)生不良的結(jié)果。本來已經(jīng)緊箍在旋轉(zhuǎn)軸上的O 形密封圈，因旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦熱而收縮，進(jìn)而使這種緊箍力增大，這樣，產(chǎn)生摩擦熱→收縮→緊箍力增大→產(chǎn)生摩擦熱→……，如此反復(fù)循環(huán)，就大大地促進(jìn)了橡膠的老化和磨損

O形圈硬度的選擇是比較重要的。如某電站水泵水輪機(jī)硬度為70（Shore）密封圈，常常剝落，甚至橫向切斷，后采用85～90（Shore）的密封圈，效果理想。

硬度低，安裝方便，但容易出現(xiàn)剝落、安裝損傷、擠出甚至壓力爆炸。硬度過高，安裝不方便。

通常O形圈硬度40～90 IRHD，但在使用中一般70 IRHD是比較合適的，對于硅橡膠是例外，一般使用60 IRHD。

O形圈的修整

未硫化O形圈膠料在高溫、壓力下為粘稠流體，而到了模壓硫化階段，膠料迅速充滿模腔，其多余的部分(為了防止缺膠，填充在模腔中的膠料，肯定保持一定的過量)溢出硫化，便形成了溢膠(也稱廢邊、飛邊)。溢邊一旦形成，為使外觀整齊、美觀，必須除去，這一工序習(xí)稱修邊。對修邊的要求是尺寸精確、外觀整齊。在實(shí)際生產(chǎn)中。產(chǎn)品的修邊往往費(fèi)時、耗工，對于要求嚴(yán)的產(chǎn)品，在修邊時稍有不慎即可能出廢次，必須謹(jǐn)慎對待。一般來說，產(chǎn)品的尺寸規(guī)格越小、構(gòu)形越復(fù)雜，修邊的難度越高，廢品也越多。

O形圈的修邊分為手工、機(jī)械和冷凍等三類:

1.手工修邊。操作者手持刀具，沿著產(chǎn)品的外緣，將溢邊逐步修去。這是最原始的方法。效率低、質(zhì)量難保證，特別對尺寸較小,精度要求高的O形圈難以做到徹底、于凈，而且很容易損及產(chǎn)品本體與溢邊的連接部。往往留下齒痕、缺口，從而留下漏油、漏氣等影響密封的后遺問題。另外。手工修邊對操作熟練程度的依賴也很突出。

2.機(jī)械修邊。為了提高效率和質(zhì)量，出現(xiàn)了機(jī)械修邊。常見的是帶旋轉(zhuǎn)刀刃的專用電動修邊機(jī)。所用的刀刃需與制品尺寸高度匹配。如果產(chǎn)品的內(nèi)外緣都有溢邊。則可設(shè)計(jì)成雙刃、多刃口。以實(shí)現(xiàn)一次完成。機(jī)械修邊的加工精度超過手工修邊，效率也有成倍提高，特別對一模多腔的產(chǎn)品而言，可以按照產(chǎn)品的排列與分布，設(shè)計(jì)出與之匹配的刀具。待產(chǎn)品出模后?？烧嫣咨?，一次完成沖切。在加熱的配合下，一次能修幾十個。關(guān)鍵是沖切溫度必須掌握好，防止過高后粘連。

3.冷凍修邊。將硫化好的成品連同廢邊，在冷凍條件下進(jìn)行除邊。該技術(shù)是由日本的昭和碳酸與國內(nèi)的昭凌精密共同發(fā)明改進(jìn),幾十年來，隨著冷凍介質(zhì)的選擇、換代以及機(jī)械動作的改進(jìn)，冷凍修邊也經(jīng)歷了幾代改進(jìn)，日臻成熟和完善，工作效率和加工質(zhì)量都有了明顯的提高。

用作O形圈的材料有丁腈橡膠、羧酸腈、氟橡膠、乙丙橡膠、氫化丁腈橡膠、硅橡膠、氯丁橡膠、氟硅橡膠、聚氨酯、氯醇橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、乙烯/乙丙酸橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、全氟橡膠等等。 同樣一種橡膠由于配方的不同，性能指標(biāo)也有較大的變化。所以在材料欄中簡單地填寫丁腈橡膠或丁腈-40是不準(zhǔn)確的。用于O形圈的材料化工部有專門的標(biāo)準(zhǔn)，如：HG/T 2579-1994、HG/T 2021-1991、HG/T 2333-1992、HG/T 3089-2001、HB 5290-1991等。HG/T 2579-1994專門去掉了材料的具體類別，只給出了材料的一些性能指標(biāo)。關(guān)于材料的選擇參見表1。