刍议O型橡胶密封圈的失效分析及预防

刍议Ｏ型橡胶密封圈的失效分析及预防

发表时间：2019-01-02T11:24:52.940Z 来源：《防护工程》2018年第28期作者：王钏[导读] Ｏ型密封圈具有结构简单，加工方便，性能可靠等优点，在汽车冷却器中得到了广泛的应用。本文阐述了Ｏ形橡胶密封圈的密封原理，并论述了Ｏ型橡胶密封圈的失效原因及应对措施。王钏

浙江正信车辆检测有限公司浙江台州 317200 摘要：Ｏ型密封圈具有结构简单，加工方便，性能可靠等优点，在汽车冷却器中得到了广泛的应用。本文阐述了Ｏ形橡胶密封圈的密封原理，并论述了Ｏ型橡胶密封圈的失效原因及应对措施。

关键词：Ｏ型橡胶密封圈；密封原理；失效原因；应对措施密封是汽车冷却器正常工作最基本也是最重要的零配件。在汽车冷却器中部分泄漏是由于密封失效造成的。Ｏ形密封和密封装置的性能和可靠性是衡量冷却器系统设计与制造质量的重要指标。如果密封不当，会引起元件和系统的内、外泄漏，不仅会使冷却系统中油路水路混合，严重时会引起冷却系统瘫痪致使发动机无法工作；外泄漏还会弄脏设备，污染环境。因此，正确使用Ｏ型密封圈对保证汽车冷却系统正常工作十分重要。

一、Ｏ型橡胶密封圈概述

Ｏ型橡胶密封圈在汽车冷却系统中根据使用的工况不同，采用不同的橡胶品种，常见的由氟橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶、AEM橡胶等。Ｏ形圈提供足够的密封预紧力，并对汽车冷却器与发动机组件的链接凹槽起补偿作用。Ｏ型橡胶密封圈具有以下优点：①密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻。②有自密封作用，往往只用一个密封圈便能完成密封效果。③密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄漏。④尺寸和沟槽已标准化、成本低，便于使用。此外，Ｏ型密封圈是流体动力系统中应用最普遍的密封形式，在许多流体动力系统中工作良好，但在作用中必须谨慎、小心。Ｏ型密封圈只有在变形时才能发挥作用。Ｏ型密封圈形如Ｏ形环，它安装在密封槽中，然后压紧，从而使密封槽内没有间隙，进而封住液流或气流。尽管这种简单的密封结构在流体动力系统中密封效果良好，但只有精心设计、细心选择及恰当地安装才能实现良好的密封。

二、汽车冷却系统对密封件材料的要求

1、在不同的使用工况中有较好的稳定性，不会引起硬度的变化；当温度在使用范围内变化时，弹性和硬度变化要小。

2、具有良好的密封性和适宜的弹性，在油品、冷却液中压缩复原性大，永久变形小。

3、耐高低温性能好，能承受长时间的高低温变化，工作寿命长。

4、结构简单，加工、使用、维修方便。

三、O形橡胶密封圈的密封原理

1、动态密封。Ｏ形橡胶密封元件的密封原理可分为动态密封和静止密封二种。其中，动态密封的表现形式主要呈螺旋状循环往复的运动。其中公式表现为，公式中动态密封泄漏量用Q表示；密封间隙的始末端压力差用表示；轴径为d；Ｏ形橡胶圈接触宽度为b；液膜厚度为；液体密度为；液体运动粘度为v。由上述公式可得出，Ｏ形橡胶圈中动态密封泄漏量与轴径大小、Ｏ形橡胶圈接触宽度及Ｏ形橡胶圈接触硬度有关。当Ｏ形橡胶圈接触到低摩擦运动时，轴的运动速度v可近似取0值，此时Ｏ形橡胶圈的中动态密封泄漏量将与轴径大小成正比，与接触宽度及密封件硬度的大小成反比。

2、静止密封。静止密封的原理是将Ｏ形橡胶圈装入密封沟槽后受到一种初始压缩力的作用。这种压缩力提供了初始密封压力，用pv 表示,它与密封圈、沟槽深度与径向间隙的相关尺寸有着密切的联系。当密封腔冲入液体时，在压力P的作用下Ｏ形橡胶圈会移至沟槽的一边，并封闭密封间隙S，此种的变现公式为：。由于在实际静止过程中，密封压力大于流动压力。因此，Ｏ形橡胶圈存在初始压力，并能实现静态无泄漏密封。

四、常见失效原因及应对措施

1、材料。因原材料问题导致的失效主要表现在以下二方面：选材不当和材料本身存在质量问题。当密封材料与流体不相适应时，橡胶吸收液体发生溶胀就会产生永久变形；或橡胶材料的硬度选择不当，弹性不好，则无法起到密封作用，导致密封失效发生泄漏。从工艺操作的方便性考虑，选择理论上可以达到橡胶件性能的材料，但由于配方或硫化工艺的不当导致橡胶件失效、或选用的橡胶摩擦系数不合适、胶料混炼不均匀或混炼过程中不慎掺入杂质、添加剂用量超标或偏聚、气孔、疏松及补强剂与基体材料的界面结合不良等，均会导致密封件性能下降。因此，在选择材料时，首先应充分了解各类橡胶材料的性能，然后根据使用工况，选择能够满足要求的橡胶材料，并从正规厂家选购质量过关的橡胶材料，进而保证Ｏ形橡胶密封圈不会发生失效的现象。

２、设计。１）橡胶压缩率。对于低摩擦运动用橡胶圈为减小摩擦阻力，设计要求规定选用较小压缩率一般取５％～８％。压缩率过大会产生较大剪切变形，而橡胶圈抗剪切变形能力远小于抗压缩变形能力，增大了橡胶圈滑动摩擦力和永久变形，使其表面损伤，压缩量减小，严重时摩擦还会很快引起橡胶圈表面损坏，致使密封失效。２）密封沟槽。在任何情况下，方形沟槽的面积要比Ｏ型圈的截面积大，必须考虑由于Ｏ型圈的膨胀而引起的体积增大。因此，有必要在装配后的橡胶圈与槽壁之间留有适当的间隙，但间隙不能过大，否则在交变压力的作用下会变成有害游隙，增大了橡胶圈的磨损。通常，沟槽设计需遵循以下原则，沟槽高度是沟槽宽度的0.7～0.8倍，Ｏ型密封圈的截面直径在槽高的1.3～1.35倍之间。因此，针对上述问题，应在设计中将橡胶圈与槽壁之间留有适当的缝隙，缝隙的宽窄也有要求，不能过大或过小，过大则会在变更压力的作用下转化为有害缝隙，反而加大Ｏ形橡胶密封圈的磨损程度。

3、装配

１）密封圈表面质量和安装沟槽的检查：装配前应仔细检查橡胶密封件的表面质量，不得有飞边、毛刺和疏松等缺陷，密封圈尺寸和精度应符合标准要求，密封沟槽的加工质量、尺寸精度、表面粗糙度应符合设计要求，采用适当方法去除沟槽毛刺和尖角，提早预防不必要的磨损或磨耗。

２）工作现场的洁净：若工作现场不够清洁，将可能在密封圈安装时带入铁屑、沙土和棉纱等杂物，加剧了密封圈工作时的摩擦，并加速了胶圈的表面损坏。同时，还应检查密封圈和密封部位的洁净情况，必要时应清洗密封件。

３）正确安装密封圈：选择性能优异的Ｏ型圈，并使用正确的工装，保证密封圈装配时不发生偏移、扭曲、划伤、部分挤出或部分咬入，装配完成后挤压时不损伤Ｏ型圈表面。若强行压入，则有可能造成橡胶件局部变形及密封面被零件锐边毛刺划伤，因此，在某种安装条件下，需要在密封圈及其安装部位涂抹润滑脂，适当的润滑不仅能减少密封元件的摩擦，同时还对橡胶圈起到一定的隔离和保护作用，避免干摩擦，有利于提高使用寿命。装配后应检查密封件是否扭曲、划伤和偏心，出现上述现象时应立即纠正或重新安装，避免装配问题导致的失效事故。

4、Ｏ型密封圈出现磨损。 这主要是密封槽的金属表面过于粗糙，在工作中导致Ｏ型密封圈磨损；金属表面过于光滑，造成润滑不充分；由于润滑较差致使温度过度或过低；系统介质被摩擦产生的颗粒所污染。这种失效形式主要出现在有相互移动、振动、放置的动密封中，并可通过观察Ｏ型密封圈的一边是否变平来判断。针对该问题，可采用金属抛光处理；提供充分的润滑（主要是内部润滑的Ｏ型密封圈）；检查密封材料与系统温度的匹配；用过滤器消除摩擦颗粒或采用防止尘圈；可考虑采用更耐磨的Ｏ型密封圈材料，如酮基氰或聚氨脂橡胶。

五、结语

综上所述，密封性是汽车冷却系统正常工作的基本要求，汽车冷却器已经成为汽车行业节能减排、提高发动机燃烧效率主要形式。在汽车冷却器的应用过程中，冷却器的泄露，是导致发动机冷却系统瘫痪的主要原因之一。Ｏ形密封圈在冷却器中使用较为广泛，分析其失效原因，并探究汽车冷却系统在使用过程中的防漏措施，对汽车行业的发展具有积极的作用。

参考文献：

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[2]雷晓娟.Ｏ形橡胶密封圈的失效分析及预防[J].特种橡胶制品,2015,36,(03):60-62.

[3]左玉婷.Ｏ形橡胶密封圈的失效分析及预防[J].汽车与驾驶维修，2018(04):123-128.