O形圈密封知识整理

Sbadakesi · 2026 年5 月 23 日 05:57

一、概述

1.1 O形圈特点

O形圈是一种小截面的圆环形密封元件，常用截面是圆形。主要材料为合成橡胶，在液压工程中是用得最多、最普遍的一种密封件，主要作静密封及滑动密封用。

与其他密封件相比，O形圈具有如下特点：

密封性好，寿命长。
单圈就可对两个方向起密封作用。
对油液、温度和压力的适应性好。
动摩擦阻力小。
体积小，重量轻，成本低。
密封部位结构简单，拆装方便。
既可作静密封，也可作动密封。
尺寸和沟槽已被标准化，选用和外购方便。

其缺点是：在作动密封启动时，摩擦阻力较大，约为动摩擦力的 3～4 倍；在高压下易被挤入间隙。

1.2 表示方法

1. GB/T3452.1-1982 的表示方法

内径 d_1 × 线径 d_2

O形圈: 20 × 2.4—GB3452.1-82
20——O形圈内径为 20 mm；
2.4——O形圈的截面直径是 2.4 mm；
GB3452.1 代表标准号；
82 代表标准公布年代。
24002000 GB3452.1-82
2400 代表 O形圈的截面直径是 2.4 mm；
0200 代表 O形圈内径为 20 mm。

2. GB/T3452.1-2005 的表示方法

O形圈 7.5 × 1.8 G GB/T3452.1
7.5 —— 内径
1.8 —— 断面直径
G —— 系列（G——通用 O形圈，A——宇航用 O形圈）
A0×0×7×5×G GB/T3452.1
A —— O形圈线径 1.80 mm
B —— O形圈线径 2.65 mm
C —— O形圈线径 3.55 mm
D —— O形圈线径 5.30 mm
E —— O形圈线径 7.30 mm

二、O形圈密封工作状态

2.1 静密封用 O形圈的作用

O型密封圈是一种挤压型密封。挤压型密封的基本工作原理，是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力；接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。像这种借介质本身来改变 O形圈接触状态使之实现密封的过程，称为“自封作用”。

自密封作用：由于预密封作用，O形圈与被密封光滑面和沟槽底面紧密接触。这样当流体通过间隙进入沟槽时，只能对 O形圈的一侧面起作用。当流体压力较大时，把 O形圈推向沟槽另一侧面而挤压成 D 形，并把压力传递给接触面。

O形圈的自封是有限的。当内压过高时，会出现 O形圈的“胶料挤出”现象。即密封部位固有间隙存在，受高压作用的 O形圈在间隙处会产生应力集中；当应力达到 O形圈的胶料不能承受时，胶料就会被挤出来。此时虽然 O形圈还能暂时维持密封，但实际上已损坏，因此要严格选型。

2.2 动密封用 O形圈的作用

O形圈在动密封中，其预密封效果和自密封作用与静密封一样。但由于杆运动时很容易将流体带到 O形圈和杆之间，因此情况比较复杂。

工作中，假设 O形圈左侧作用着介质压力 P1（如图 a），若将 O形圈与杆接触部位放大（图 b），其接触表面实际是凹凸不平的，并非每一点都与金属表面接触。由于自封作用，O形圈对杆产生的接触压力大于 P1 而得到密封。但当杆开始向右移动时，附着在杆上的介质被带到楔形狭缝（图 c）。由于流体动压效应，这部分介质的压力比 P1 大。当它大于 O形圈对杆的接触力时，介质便挤入 O形圈的第一个凹槽处（图 d）；杆继续向右移动时，介质不断地进入下一个凹槽，介质便沿着杆运动的方向泄漏。当杆向左运动时，由于杆运动方向与杆压力方向相反，故不易泄漏。泄漏量随着介质的黏度和杆的运动速度提高而增大，还与 O形圈的尺寸、工作压力等密切相关。

2.3 O形圈的密封形式

按密封件与被密封装置的相对运动状态可以分为：静密封、往复运动密封、转动密封和开关密封。
按 O形圈在矩形沟槽中压缩密封配合的压缩量大小（松紧程度）可分为：压紧、套紧、液动、气动和转动 5 种基本密封配合，以及在端面倒角槽中挤紧密封配合。此外还有滑动密封和浮动密封两种特殊密封方法。
按被密封件的结构可分为：端面密封即轴向密封、角密封（孔端面倒角槽密封、轴端面倒角槽密封）、圆柱密封即径向密封〔圆柱内径密封（活塞杆密封）、圆柱外径密封（活塞密封）〕、圆锥面密封和球面密封。

三、O形圈的设计应用

3.1 O形圈的使用参数

3.1.1 压缩率

压缩率 W 通常用下式表示：

W = (d_2 - h) / d_2 × 100%

式中：

d_2 —— O型圈在自由状态下的截面直径（mm）
h —— O型圈槽底与被密封表面的距离（沟槽深度），即 O型圈压缩后的截面高度（mm）

在选取 O形圈的压缩率时，应从如下 3 方面考虑：

要有足够的密封接触面积；
摩擦力尽量小；
尽量避免永久变形。

O型密封圈压缩率 W 的选择应考虑使用条件，即静密封或动密封；静密封又可分为径向密封与轴向密封；径向密封的泄漏间隙是径向间隙，轴向密封的泄漏间隙是轴向间隙。轴向密封根据压力介质作用于 O形圈的内径还是外径，又分受内压和受外压两种情况：内压增加 O形圈的拉伸，外压降低 O形圈的初始拉伸。上述不同形式的静密封，密封介质对 O形圈的作用方向不同，所以预压力设计也不同。对于动密封则要区分是往复运动密封还是旋转运动密封。

静密封：圆柱静密封装置和往复运动式密封装置一样，一般取 W = 10%～15%；平面静密封装置取 W = 15%～30%。
对于动密封而言，可以分为三种情况：往复运动一般取 W = 10%～15%；旋转运动密封在选取压缩率时必须考虑焦耳热效应。一般来说，旋转运动用 O形圈的内径要比轴径大 3%～5%，外径的压缩率 W = 3%～8%。低摩擦运动用 O型圈，为了减少摩擦阻力，一般均选取较小的压缩率，即 W = 5%～8%。此外，还要考虑介质和温度引起的橡胶材料膨胀。通常在给定的压缩变形之外，允许的最大膨胀率为 15%，超过这一范围说明材料选用不合适，应改用其他材料的 O形圈，或对给定的压缩变形率予以修正。

3.1.2 拉伸量

O型圈在装入密封沟槽后，一般都有一定的拉伸量。与压缩率一样，拉伸量的大小对 O型圈的密封性能和使用寿命也有很大的影响。拉伸量大不但会导致 O型圈安装困难，同时也会因截面直径 d2 发生变化而使压缩率降低，以致引起泄漏。拉伸量 α 可用下式表示：

α = (d + d_2) / (d_1 + d_2)

式中：

d —— 轴径（mm）
d_1 —— O形圈内径（mm）

拉伸量的取值范围为 1%～5%。如表一给出了 O型圈拉伸量的推荐值，可根据轴径的大小，按表选取 O型圈的拉伸量。

表1 O型圈压缩率与拉伸量的取值范围

密封形式	密封介质	拉伸量 α（%）	压缩率 W（%）
静密封	液压油	1.03～1.04	15～25
静密封	空气	<1.01	15～25
往复运动	液压油	1.02	12～17
往复运动	空气	<1.01	12～17
旋转运动	液压油	0.95～1	3～8

3.2 O形圈的安装沟槽

O形圈压缩量的大小主要由安装沟槽的结构和尺寸来保证。常用的沟槽形状有矩形和三角形，一般情况下三角形仅用于某些固定密封。由于压缩量不同，所以静密封、往复运动密封、旋转运动密封的沟槽虽然形状相似，但尺寸各不相同。

3.2.1 槽宽

槽宽主要从下面三个方面考虑：

必须大于 O形圈压缩变形后的最大直径。
必须考虑到 O形圈由于运动发热引起的膨胀和介质溶胀。
必须保证往复运动时槽内有一定的空间使 O形圈滚动自如。

一般认为，O形圈的截面面积至少应占据矩形截面面积的 85%，在许多场合下取槽宽为 O形圈截面直径的 1.5 倍。

注：沟槽太窄会增大运动时的摩擦阻力，O形圈磨损加大，易损；沟槽太宽使得 O形圈的游动范围增大，也易磨损，且在静密封的脉动压力下，O形圈也可能产生脉动游动，出现异常磨损。另外，当内压很高时必须用挡圈，槽宽应相应增大。

3.2.2 槽深

槽深是 O形圈能否良好工作的关键尺寸，主要取决于 O形圈的压缩变形量。此变形量由 O形圈内径处的压缩变形量（δ1）和 O形圈外径处的压缩变形量（δ2）组成。当 δ1 = δ2 时，O形圈截面与槽截面中心重合，两种同心圆的圆周相等，说明 O形圈安装时未受到拉伸；当 δ1 > δ2 时，O形圈截面中心的周长小于沟槽中心的周长，说明 O形圈以拉伸状态在沟槽内；当 δ1 < δ2 时，O形圈截面周长大于沟槽截面中心周长，此时 O形圈以周向压缩来使用，拆卸时 O形圈会出现弹跳现象。设计槽深时应首先确定 O形圈的使用方式，然后再去选定合理的压缩变形率（详见表1）。

除此之外，也要考虑材料对介质的溶胀性、材料本身的膨胀性等相关因素，需考虑诸多设计因素。但国家对于沟槽的结构已经给出相关标准。