O形圈在流體密封中按其工作狀態(tài)可分為靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封。
O形圈是一種斷面呈圓形的圓環(huán)形密封件,在所有密封制品中是產(chǎn)量最大,標準化、系列化程度最高,使用最成熟的一類(lèi)密封制品。
從高分子角度看,橡膠O形圈材料的密封行為類(lèi)似于黏度很高的流體,它具有把壓力傳遞到與之接觸的表面上的特性。當O形圈裝在溝槽中使其斷面受到一定程度的壓縮(通常為8%-25%)時(shí),便產(chǎn)生一個(gè)初始接觸應力。在被密封流體(空氣、水、油等)的壓力極低或即是零的情況下,在高的流體壓力下,O形圈被壓向與壓力方向相反一側的溝槽角落,并產(chǎn)生堵塞流體泄露通道的應力分布,起到密封作用。即在大的流體壓力下,密封的接觸壓力即是O形圈的初始接觸應力與流體壓力產(chǎn)生的接觸應力之和。接觸壓力總是稍大于液體的工作壓力,所以極大地進(jìn)步了密封效果。
O形圈在動(dòng)態(tài)密封中有兩個(gè)主要缺陷,即扭轉損傷和初始動(dòng)摩擦阻力很大。為克服這兩種缺陷產(chǎn)生了非圓斷面O形圈和復合結構O形圈。例如:O形圈的主要代用品是方形或矩形密封圈,在靜態(tài)密封中很普遍。在動(dòng)態(tài)密封中和O形圈相比的優(yōu)點(diǎn)是,斷面能完全填進(jìn)溝槽,因而在壓力交變時(shí)其機械位移很??;其抗扭轉破壞和擠出的能力由于其摩擦接觸面大,使其只適用于低速往復運動(dòng),不適合做旋轉運動(dòng)。另外根據不同的使用需求,還有D形圈、三角形圈、菱形圈、X形圈、H形圈等等。
當O形圈用于往復運動(dòng)密封時(shí),其密封機理也是自密封作用。但由于O形圈處于運動(dòng)狀態(tài),而且流體壓力是從O形圈兩面交替施加的,所以該過(guò)程極為復雜。通過(guò)活塞桿密封件的實(shí)驗,基本熟悉了往復運動(dòng)O形圈密封和泄露的機理。假如將O形圈和軸的表面放大,其表面會(huì )是凹凸不平的,尤其是O形圈的接觸面則以其突出處與軸接觸。當軸開(kāi)始向右運動(dòng),由于軸將與其黏著(zhù)的液體帶進(jìn)O形圈和軸之間的楔形狹窄區,這部分的液體壓力將大于工作流體壓力。假如這個(gè)壓力大于O形圈的接觸壓力,O形圈便會(huì )被頂起,液體就侵進(jìn)到凹處,從而造成泄露。當軸向相反方向運動(dòng)時(shí),因軸的運動(dòng)方向與壓力方向相反,沿軸運動(dòng)方向的泄露就減小,兩者之差就形成了往復運動(dòng)中向外部的泄露。一般來(lái)說(shuō),液體黏度越大,軸速越大,這種滑動(dòng)效果也就越大,泄漏也就越嚴重。