來源：《機械工程師》 2021年第5期

王會　王迪　張紅

（西安航空製動科技有限公司）

摘　要（yào）：O形密封圈的（de）安裝質量影響液（yè）壓、氣動（dòng）產品的密封性，通過分析O形密封圈的損傷機理，從密封結構設（shè）計和（hé）裝配細節兩個方麵（miàn），對避免O形密封圈出現安裝損傷的措施（shī）與方法進行了歸納（nà）說明。

1　前言

O形密封圈因為結構簡單，目（mù）前仍是液壓、氣動產品使用Z為廣泛的密封零件，它的安裝質量直接關係到產品的（de）密封性。飛（fēi）機刹車（chē）係統中（zhōng），附件產品是壓力的調節與輸入端，刹車裝置是刹車的Z終執（zhí）行端，它們的密封性會危及到飛機的正常使用及（jí）安全，因此（cǐ），防（fáng）止O形密封圈安裝損傷是確保裝配質量的基礎。

2　損傷機理

根據密（mì）封圈槽在軸（zhóu）上還是筒上，通常將密封結構（gòu）分為Ⅰ型和Ⅱ型（如圖1），兩者裝配順序一（yī）致：先將密（mì）封圈裝（zhuāng）入軸或筒上的密（mì）封槽，再（zài）對軸與筒進行組合。

對於Ⅰ型密封（fēng），O形密封圈通過拉扯（chě）翻越台肩的（de）過程（chéng）中，本身就存在機械劃傷、翻轉或翻轉不均的可能（néng），緊箍於（yú）密封（fēng）槽D1上之後，除非人為理順幹預，又會（huì）因（yīn）密封圈拉伸率對彈（dàn）性恢複的阻滯（zhì）而將扭轉變形保留下來（lái）。裝有密封（fēng）圈的軸推入筒（tǒng）中時，雖然密封圈外徑因（yīn）拉伸率變小，但仍然大於筒的內徑DD，這（zhè）意味（wèi）著密封（fēng）圈必將受到擠壓，如果引導不足或壓縮率過大（dà），密封圈自然會被擠出或產生起皮現象，當然前行的過程中，摩擦力還有帶動密（mì）封圈向後翻轉的趨向，假如筒壁存在孔（kǒng）或槽，密封圈滑過這些部位（wèi）時（shí）還存在因其彈性導致（zhì）外壁（bì）材料鼓入而被咬傷的（de）風險（如圖2），此（cǐ）外，密（mì）封圈部分材料也會被摩擦力拉向後端軸、筒配合間隙，是否會被夾傷則取決於凸出量。由於旋合有（yǒu）周向和軸向兩個方向的運動，所以當軸與筒（tǒng）間（jiān）采用螺紋連接時（shí），密封（fēng）圈（quān）除會（huì）產生軸（zhóu）推入筒中時的變化外，其截麵高度在周向摩（mó）擦力的作用下趨於（yú）拉伸變小，嚴重時密封（fēng）圈局部可能因為材料的堆積、腫脹而鼓出密封槽（cáo）被夾傷或剪斷，即使全部（bù）進入配合不損傷（shāng），密封圈的壓（yā）量（liàng）不均也會加（jiā）重其（qí）下行時（shí）扭轉的概率。

對於Ⅱ型密封，O形密封圈隻能是捏扁（biǎn）塞入筒中，然後靠密封圈彈性蹦入密封槽D2中，因密封（fēng）圈外徑略大於D2，在受壓狀態下扭（niǔ）轉變形同樣不一定能靠自身張力恢複，除非人為理（lǐ）順幹預。軸插入裝有密封圈的筒中時，因為軸徑Dd大（dà）於密（mì）封圈內徑，首先會對密封圈擴脹擠壓，如果引導不足，也很容易出現擠傷、切邊（biān）現（xiàn）象，前行的（de）過程中，自（zì）然（rán）也存在摩擦力帶（dài）動密封圈向後翻轉的趨向，如果（guǒ）軸上有孔或槽，密封圈的內壁材料也會有與Ⅰ型密封類似的咬傷隱患，當然，摩擦（cā）力也會牽引密封（fēng）圈向軸、筒配（pèi）合間隙擠入。至於螺（luó）紋連接，旋合時必然有周向摩擦力帶動密封圈附加拉伸出現壓量變化的因素，需要考慮Ⅱ型密封的（de）密封圈（quān）鼓出配合或翻轉（zhuǎn）。

歸結起來，Ⅱ型密封與Ⅰ型密封的（de）O形密（mì）封圈其受力、變形的效（xiào）應原理是相似的，隻不過其著力點和牽引點有所區別：Ⅰ型密（mì）封在密封圈的外壁，Ⅱ型密封在密封圈的內壁，其安裝損傷基本為扭轉變形、劃傷或擠傷兩種。

3　措施（shī）與方法

從（cóng）O形密封（fēng）圈的損（sǔn）傷機理分析可以看出，摩擦力是引起（qǐ）扭轉變形及（jí）扭轉變形保持的核心因素，但（dàn）劃傷或（huò）擠傷（shāng）除涉及摩擦力（lì）外，主要原因還在於缺乏引導、壓縮率（lǜ）設置過大、間隙、槽孔布局等（děng）零件的結構性等因素，因此，解決密封（fēng）圈的安裝損傷需從設計和（hé）裝配方法上著（zhe）手。

3.1結構設計（jì）

（1）O形密封（fēng）圈（quān）

①膠料選擇。密（mì）封圈應采用低摩擦因數膠料，以降低與接觸零件間的摩擦力。

②截麵（miàn）直徑。為了防止翻轉，密封圈的截麵直（zhí）徑不宜過小（通常截麵直徑不應小於1.5mm，且與內徑之比應大於0.025），另外尺寸（cùn）變化會直接反映到摩擦力上，所以截（jié）麵直徑應盡可能均勻（Z小可以要求到（dào）±0.08mm）。

③壓（yā）縮率。密封結（jié）構的密封性是基（jī）於密（mì）封圈與密封麵間的接觸壓力實現（xiàn）的。從密封（fēng）的角度來說，密（mì）封圈壓縮率越大，工作壓（yā）力（lì）越大，但過大的壓縮率不（bú）但會增（zēng）加摩擦力，而且有時（shí）也會讓裝配變得（dé）困難，密封（fēng）圈的拉伸（shēn）率一般在1.1以下，壓縮率控製在12%～35%之間比較適宜。相對而言，粗密封圈比細密封圈的壓縮（suō）率要小些。當然，由於不同牌號膠料的硬度、熱脹和耐寒係數不同（tóng），動、靜密封的工況不同，具體選擇上應有所區別。

④分模麵。因為活動密封圈的壓縮率（lǜ）小於固定密封圈（原因（yīn）主要是動密封不僅要考慮（lǜ）密封問題，還要考慮運動時的順暢和密封?的磨損問題），密封能（néng）力（lì）比固定密封圈弱，而人工清理的分模麵有不規則現象，其分模麵（miàn）與密封麵貼合影響更大，所以活動密封圈采用45°分模麵（miàn），而固定密封圈卻常選熱模製造比較簡（jiǎn）單的180°分模麵。雖然如此（cǐ），若（ruò）確認固定密封圈的分模麵必須避開密封麵，固（gù）定密封圈其實也可選擇45°分模麵。

（2）配合（hé）零件

①粗糙度。配合零件的（de）表麵粗糙度直接影響O形密封圈的表麵摩擦與磨損，一般來說，表麵越光潔（jié），摩擦與磨損（sǔn）越小，但表麵過（guò）於光潔又不容易在零件表麵維持油膜保證潤滑。實踐證明，對於O形密封圈密封結構，滑動表（biǎo）麵粗糙度不建議低於Ra0.1μm，合理值應在Ra0.2～1.6μm之間。

②幾何精度。被密封零件自身存在幾何精度（包括圓度、圓柱度、同軸度等）及高壓下的脹大現象，這些（xiē）都會引起O形（xíng）密封圈壓量的不均和變化，所以（yǐ）在保證被密封（fēng）零件剛度情（qíng）況下（xià），同一零（líng）件的圓度、圓柱度可以（yǐ）靠公差（chà）等級進行控製，相關麵（miàn）的（de）同（tóng）軸度應限製（zhì）在0.05mm以（yǐ）內。

③配合間隙。配合間隙過小，會（huì）增加裝配難度，對於滑動副還會加重運動阻力；配合間隙過大，會增加裝配中（zhōng）或（huò）工作（zuò）介質（zhì）壓力使膠料擠入的可能（néng），同時滑動副（fù）的導向精度也（yě）會降低（dī）。理想的配合間隙在0.02～0.25mm之間，具體值取決（jué）於工作（zuò）壓力及膠料硬度，總體而言，工作壓力越大則間隙越小，膠（jiāo）料偏硬比偏軟（ruǎn）的間隙可以（yǐ）大些。其實，在O形密封圈工作壓（yā）力作（zuò）用相反的一麵設置氟塑料保護圈（quān）是一種解決間隙咬傷的簡（jiǎn）單有效手段，針對活動密封的往複（fù）運動性，每（měi）個密封槽中可以使用2個保（bǎo）護圈。

④零件型麵轉接。應盡可能避免O形密封圈通過直棱麵、台階孔、不完整圓（yuán）柱麵等結構，不能避免時，需做倒（dǎo）角、倒（dǎo）圓、帶倒角的環形（xíng）凹槽等過渡處理，與（yǔ）O形密封圈安裝有關的尖邊必須倒鈍，以便對（duì）密封（fēng）圈形成引導、防（fáng）止擠傷和刮蹭。型麵轉接的常見示例如（rú）圖3所示。

3.2裝配（pèi）方（fāng）法

（1）零件的檢查與清理

O形密封圈上（shàng）的劃（huá）傷、缺肉、開裂等（děng）缺陷，嚴重時可直接導致（zhì）泄漏，看似輕微的也可（kě）能在裝配過程中進一（yī）步加重，所以必須剔除。至於人工（gōng）清理較難避免（miǎn）的分模麵殘留毛邊或毛刺，主要以是否（fǒu）進入密封麵及裝配中是否會引起密（mì）封（fēng）圈翻轉來進行判（pàn）斷，有影響的應排除，無影響者可以留用。

與（yǔ）密封圈直接相關的保護圈、軸（zhóu）、筒等零件，其毛刺（cì）、機械（xiè）損傷對（duì）密封（fēng）圈的傷（shāng）害Z大，軸和筒型麵上的鏽蝕、鍍層剝落等會影（yǐng）響到（dào）密封圈安裝時的摩擦力，檢查時需予以關注。

零件生產、檢驗及庫存環節難免會被（bèi）汙染，密封圈及保護圈、軸、筒等零件上的顆粒物、絲狀物等表麵附著物進入密封麵後會墊起密封圈或引起密封圈的壓量變化，所（suǒ）以裝配零件使用前必須先進行（háng）清洗，通常金屬（shǔ）件使用航空洗滌汽油，橡塑件使用無水乙醇。

（2）潤滑（huá）

潤滑是降低已製成零件摩擦力的Z直接手段，所以裝配時，密封圈及與密封圈相關的（de）軸、筒等零件均應塗抹潤滑劑（jì），因為（wéi）潤滑脂比液壓油潤滑效果（guǒ）好，故除有特殊要求，盡可能使用7014寬溫（wēn）航空潤滑脂。膠料與油脂接觸後的溶脹效應會增大密封圈的壓量，所以，對於非明確要求浸油（yóu）的密封圈，潤滑（huá）後應盡快裝配（停（tíng）滯時間不（bú）宜超過4h）。

（3）校正

O形密封圈（quān）及與（yǔ）之相配的保護圈一次性裝配很（hěn）難（nán）保證規整（zhěng）、不扭曲，因此校正環節必（bì）不可少。軸上的密封槽屬於開放空（kōng）間，一般先（xiān）套入保護圈並用收壓板（bǎn）或收壓套（tào）進行縮形、收圓，然後再套入密封（fēng）圈並用扁狀挑針挑起理順；而筒內的密封槽存在遮蔽，保護圈塞（sāi）入後尺寸不會變（biàn）大，密封圈存（cún）在扭（niǔ）轉的概率及扭轉（zhuǎn）量比軸上的要（yào）小，所以密（mì）封圈的校正（zhèng）工作可（kě）以結合保護圈的校圓進行，即在保護圈、密封（fēng）圈（quān）安裝（zhuāng）後，在確認沒有明顯（xiǎn）扭曲的（de）情況下，借助（zhù）於帶（dài）有錐麵引導的校正棒（為避免密封（fēng）圈過度翻（fān）轉，使用前表麵需潤滑）插入筒中反（fǎn）複推拉以使密封圈逐（zhú）步恢複，是否已至正常狀態（tài）可（kě）以（yǐ）根據往返時阻力的均勻（yún）性來進（jìn）行判斷。

（4）裝有密封圈零件的（de）壓裝與擰入（rù）

即使完成初步（bù）裝（zhuāng）配的密封圈表麵完好且已校正，在進一步的裝配中（zhōng）仍（réng）可能出現損（sǔn）傷，因此裝有密封圈零件壓裝時應（yīng）緩（huǎn）慢（màn），密切關注密封（fēng）圈的變形及鼓出現象，一旦發現異常，應重新找正再壓，如（rú）果仍無法解決，應考慮增加引導；而（ér）裝有（yǒu）密封圈零件擰（nǐng）入時應勻速，除需觀察密封圈是否鼓（gǔ）出外，亦應（yīng）感受驅動力的變化，一旦發現阻滯力明顯（xiǎn）放大，應回（huí）退（tuì）1/3圈左右再試著擰入，以保（bǎo）證（zhèng）密封圈不（bú）會出現扭曲或“細脖子（zǐ）”現象。

對於組（zǔ）裝後的滑動副，以活塞（sāi）組件為例，再推動活塞組合體相對襯套往複3～5次檢查一下靈活性不失為明智之舉。

（5）輔助工裝

用於密封圈理順的挑針、套於螺紋上防（fáng）止螺紋劃傷密封圈的導套和保護圈校正的校（xiào）正棒、收壓板、收壓套等都屬密封件安裝（zhuāng）的常用工裝，除此之外，一些設計上因結構受限而無法處理的槽或孔必（bì）須借助工（gōng）裝來進行彌補，否則密封圈的損（sǔn）傷無法消解。圖4所示為圖5某活塞組件結構的輔助工（gōng）裝實例，從中可以（yǐ）看出，如果不使用導引環對襯套右端為了傳力（lì）板角向定位而銑掉的部分進（jìn）行補形，在活塞壓（yā）入襯套時，必然會成為活塞上（shàng）的密封圈在該位置鼓出的誘因，所以（yǐ）該活（huó）塞（sāi）組件的傳（chuán）力板、拉杆應選在活塞壓（yā）入襯套之後安裝。同理，對閥套上不能開環形凹槽過渡處理的交叉（chā）孔，也可以使用工藝柱銷進行補形。

4　結論與建議

O形密封圈（quān）的安裝損傷涉及麵較廣，首先在產品結構設計上就應予以考慮，密封圈安裝時的接觸部位需（xū）做倒（dǎo）鈍處（chù）理並有意設置（zhì）引導麵；其次零件（jiàn）加工上應確保毛刺、尖（jiān）邊清除（chú）幹淨；Z後，產品（pǐn）裝配上主要應（yīng）注意零件清洗與?查、零件的潤滑（huá）、密封圈和保護圈（quān）的校正及裝（zhuāng）有密（mì）封圈零件的壓（yā）裝與擰入（rù）的細節，輔助工裝（zhuāng）上（shàng）除常規的挑針、導套及保護圈的收壓夾具、校正棒等外，對於（yú）產品上受限而遺留的影響（xiǎng）密封圈安（ān）裝質量的槽或孔，一定要想辦（bàn）法用工（gōng）裝來彌補形成完整麵，隻有這樣，才（cái）能解決密（mì）封圈的安裝損傷（shāng）問（wèn）題。