研制一種靜環用O形圈性能試驗裝置，該裝置利用步進電機通過螺旋差動機構對芯軸施加軸向載荷，實現被測O形圈的四面受壓，進而可模擬靜環與靜環座O 形圈的密封。基于該裝置在不同工況下對丁晴橡膠O形密封圈密封面之間的接觸應力和泄漏量進行實驗測量。結果表明：O形密封圈在預壓縮率一定的情況下，接觸應力隨著工作介質壓力的增大而增大；在工作介質壓力一定的情況下，接觸應力隨著預壓縮率的增大而減小，但減少的幅度并不大；O形密封圈的內徑對其在不同工況下的接觸應力有一定的影響，但影響不大。

　　O形圈因其結構簡單、裝拆方便，材料品種多、成本低廉，動摩擦阻力較小，尺寸和溝槽均已標準化，互換性強，常被用于各種機械設備的靜態密封或動態密封，防止設備內、外具有一定溫度和壓力的液體或氣體介質的泄漏、侵入。目前，在機床、化工機械、工程機械以及各類儀器儀表上，尤其是在液壓與氣動系統、機械密封中，廣泛使用著各種類型的O形密封圈。隨著生產裝備技術的發展，人們對O形圈的應用參數和質量提出了新的要求。一方面，高參數裝備的投入使用，需要高性能長周期運行的O形圈作為密封保證; 另一方面，O形圈的失效或損壞，往往導致裝置泄漏而無法正常工作，造成能源浪費、環境污染，甚至會釀成火災、爆炸，危及人身安全。最典型的如1986 年1 月28 日，美國“挑戰者”號航天飛機因左側火箭助推器連接處的一個O形圈密封失效引起泄漏，導致航天飛機升空后不久爆炸，7 名宇航員全部遇難，造成航天史上最大的悲劇。因此，對O形圈的密封性能進行實驗研究十分必要。涉及O形圈的文獻有很多，國內文獻側重于O形圈靜密封性能的有限元模擬，研究的主要內容包括：選取O 形圈溝槽的結構參數、討論失效準則、分析受壓狀態下的變形情況、研究接觸應力的分布、探討有限元分析的準確性。國外的一些文獻用密封理論和經驗公式進行了數值計算，得到了一些具有參考意義的結果。

　　相比于理論研究，國內外學者針對O 形圈的實驗研究相對較少。王廣振等通過載荷衰減試驗設備研究了不同硅橡膠材料制成的O 形圈的載荷衰減規律；李雙喜等為實現O 形圈在密封腔內的往復運動，設計出一種能測量機械密封補償機構中輔助O形圈摩擦力的測試系統，并由此測出橡膠O 形圈在水潤滑下的摩擦力；劉瑩等人研究了EPDM 橡膠在不同工況條件下的摩擦性能，但受限于實驗設備，實驗僅選用了15 mm 的片段，而非整圈，導致邊界效應產生，而且實驗中用到的SRV 摩擦磨損試驗機只能在徑向施加載荷，不能實現軸向加壓下的模擬實驗，因而最終的實驗結果存有部分局限性; 吳瓊等人設計了往復密封標準試驗臺，同時研究了不同工況下O 形圈的摩擦性能，但其試驗裝置未能實現O形圈四面受壓，無法實現多性能的測量分析；楊森等人設計了一種能實現O 形圈多性能測試的試驗裝置，并通過實驗分析了O 形圈軸向載荷隨時間的衰減變化規律，但實驗中沒有涉及密封端面間接觸應力的測量，而且介質壓力和O 形圈預壓縮率的取值均為定值，缺少一定的對比性。

　　本文作者基于研制的能對靜環用O形圈實現四面受壓的性能試驗裝置，并通過薄膜壓力傳感器測力系統和量杯分別對丁晴橡膠O形圈在不同工況下密封面間的接觸應力和泄漏量進行實驗測量，同時對接觸應力和泄漏量與介質壓力和預壓縮率間的關系進行分析。

　　1、試驗裝置

　　1.1、總體結構

　　研制的O 形圈性能試驗裝置，以靜環與靜環座的密封結構為基礎，其構成如圖1 所示。

圖1 試驗裝置主要構成

　　被測O 形圈在不進行軸向加載時，通過改變壓柱4 及端蓋3 的尺寸，可實現對不同壓縮率的O 形圈進行試驗；利用步進電機14 通過螺旋差動機構8、10、11 對芯軸1 施加軸向載荷，實現被測O 形圈的四面受壓，進而模擬靜環與靜環座O 形的密封。

　　1.2、測控系統

　　O 形圈測控系統的主要組成如圖2 所示。

圖2 采集控制流程框架圖

　　圖3 示出了O 形圈性能測控系統的主界面，其可以反映試驗時間、壓力以及載荷等實時數據。

圖3 O 形圈性能測控系統

　　2、結論

　　基于研制的能對靜環用O 形圈實現四面受壓的性能試驗裝置，并通過薄膜壓力傳感器測力系統和量杯分別對丁晴橡膠O 形圈在不同工況下密封面間的接觸應力和泄漏量進行了實驗測量。試驗結果表明，O 形圈內徑、介質壓力和預壓縮率對接觸應力均有一定的影響，具體結論如下：

　　(1) O 形圈在工作介質壓力一定的情況下，O 形圈密封面間的接觸應力隨預壓縮率的增大而相對減少，但減少的幅度并不大。

　　(2) O 形圈在預壓縮率一定的情況下，接觸面間的應力大小隨工作介質壓力的升高而升高，而且接觸應力值一直大于介質壓力值，O 形密封圈能實現自密封。值得注意的是，如果壓縮率過大，則會導致接觸應力過大，從而使O 形密封圈受損失效。所以，在O 形密封圈的安裝和使用時，要注意預壓縮率的取值大小。

　　(3) O 形密封圈在特定工況的泄漏量均為0，密封性能良好; 此外，O 形密封圈的內徑對其在不同工況下的接觸應力有一定的影響，但影響不大。