彭高宏（广州工程技术职业学院，广东广州510075）收稿日期：2014-02-25作者简介：彭高宏(1963-)，男，湖南岳阳人，副教授，硕士，主要研究方向：汽车电控技术，液压与气动技术在汽车上的应用。
摘要：采用文献综述方法，结合汽车空调设计、使用和维修实情，从密封种类、密封原理等方面，介绍了O 形密封圈密封技术在汽车空调中的应用现状，对制冷压缩机和管道接头O 形密封圈密封技术进行了简要分析，并提出了一些改进的建议。
关键词：汽车空调；O 形密封圈；密封技术；应用中图分类号：TB42；U463.82文献标识码：A文章编号：1008-0813（2014）05-0041-05Application of O-ring Seal Technology in Automobile Air ConditioningPENGGao-hong（Guang Zhou Vocational College of Engineering and Technology ，Guangzhou 510075，China ）Abstract:In combination with the truth of design ，use and maintenance of automobile air conditioning ，from in terms of sealing type ，sealing mechanism ，etc ，the application status of o-ring seal technology is introduced by adopting the method of literature review.O-ring technology in refrigeration compressor and pipe joints sealing is briefly analyzed and some improvement suggestions is put forward.Key words:automobile A/C ；O-ring ；seal technology ；application引言汽车空调（Automobile Air Condition System ，简称A/C ）是汽车舒适/娱乐系统中的一个重要的舒适子系统，由制冷系统、暖气系统、送风系统、净化系统和电控系统等组成。
其中制冷系统实际上是一个管道系统，由压缩机、冷凝器、储液过滤干燥器（或集液干燥器）、膨胀阀（或孔管）、蒸发器、高低压管等组成。
制冷系统以R134a 等制冷剂为工作介质，采用蒸发制冷，工作时高压侧的压力可达到3400kPa 左右，温度可达到80℃左右。
制冷管道的密封是制冷系统正常工作的基础。
1O 形密封圈概述按工作原理的不同，成形填料密封可分为挤压型（或压缩型）密封圈类和唇型密封圈类。
O 形密封圈属于挤压型密封圈。
密封圈具有“双向密封”功用，即在设备工作时能防止介质（液体、气体等）泄漏，又能防止杂质（尘埃、空气或水等）侵入。
密封圈设计、材料、制造等质量的优劣，对设备的正常工作、工作效率和性能、使用寿命，以及节能、减排、降耗、环保等都有很大的影响。
因此，在O 形密封圈的设计、制造、使用和维修中应予以高度重视。
一般来说，常用的O 形密封圈的截面为圆形、采用合成橡胶制造，其外形和结构如图1、图2所示，图中d 1为O 形密封圈自由状态下内径（mm ），d 2为O 形密封圈自由状态下截面直径（mm ）。
而一些特殊的O 形密封圈则设计成方形、X 形、H 形等异形截面或采用金属或采用其他非橡胶材料制造。
O 形密封圈主要安装在常用的矩形沟槽和端面倒角槽中使用，但也有安装在燕尾槽、偏矩形槽等异形沟槽中使用。
橡胶O 形圈既可单独使用（例如汽车空调制冷管接头密封），也可与其他非橡胶密封件组合使用（例如汽车空调制冷压缩机旋转轴的机械密封和唇形密封）。
下面以常用的O 形密封圈为例，分析O 形密封圈在汽车空调制冷系统中的应用。
图1O 形密封圈外形图2O 形密封圈结构[1]O 形密封圈密封技术在汽车空调中的应用doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2014.05.01341在汽车空调制冷系统中，O形密封圈起着重要的静密封作用，其应用主要有如下三个方面，一是作为制冷压缩机旋转轴机械密封或唇形密封的辅助密封元件；二是作为制冷压缩机机体、端盖之间的密封元件；三是作为制冷管道管接头的密封元件。
与其它密封圈相比，O形密封圈因具有下列优点而被广泛应用于汽车、动力、机械、石油化工等领域。
（1）结构简单，体积小，重量轻，安装部位紧凑；（2）具有预密封和自密封作用，不需要周期性调整；（3）静、动密封均可使用，用作静密封时几乎没有泄漏；（4）单件使用具有双向密封作用；（5）摩擦系数小，动摩擦阻力小；（6）使用范围很宽。
密封压力在1.33×10-5Pa～400 MPa（动密封可达35MPa，超过5MPa，一般需加挡圈），如果材料选用适当，温度范围为-60℃～220℃[2]；（7）制造简单、成本低廉，拆装方便。
但是，O形圈也有一定的局限性。
例如用于动密封时，工件与O形圈的相对速度不宜太高（线速度不高于15m/s），速度过高时易发生泄漏现象；动密封起动时摩擦阻力较大，约为动摩擦阻力的3～4倍；O形圈不宜在低温和高温环境下使用等[2]。
2O形密封圈的密封原理O形密封圈密封属于压缩型填料密封，是靠填料本身在机械压紧力和介质压力的自紧作用下，产生弹性变形而堵塞流体泄漏通道，从而起到密封作用的[3]。
保证密封的条件是：由O形密封圈弹性变形而在密封接触面上产生的总接触压力p m大于被密封介质的介质压力p i，反之则会发生泄漏。
如图3、图4所示。
图3无介质压力时图4有介质压力时接触压力分布接触压力分布具体来说，O形密封圈的密封原理可表述如下：（1）预密封。
当静密封装置中无介质压力p i或压力很小时，由于O形密封圈安装后受到安装沟槽接触面和沟槽底方向的预压缩作用而发生弹性变形，对密封接触面产生初始接触压力p o，从而获得“预密封”的作用。
即使没有介质压力p i或压力很小，O形密封圈也能靠自身的“预密封”作用实现密封。
如图3所示。
（2）自密封。
当静密封装置中充入一定压力的介质或压力升高时，在介质压力p i的作用下，O形密封圈发生位移，移向低压侧，填充和封闭密封间隙s。
同时，弹性变形加大，密封接触面加宽，接触压力升高为总接触压力p m，从而获得“自密封”的作用，实现密封。
如图4所示。
（其中p m=p o+p p，式中的p p为介质压力p i经O形密封圈传到接触面的接触压力）。
（3）挤出密封。
当介质压力p i继续升高而超过某一限度时，O形密封圈被挤入密封间隙，起到暂时性的密封作用。
但由于介质压力p i脉动的存在，使密封圈产生微量转动，促成挤入间隙中的一部分被咬掉，另一部分又挤入间隙区，使损坏部分继续扩大，造成O形密封圈的损坏，使密封能力降低而发生泄漏。
如图6所示。
3影响O形密封圈密封性能的因素影响O形密封圈密封性能的因素是多方面的，对汽车空调的设计、制造、使用和维修较为密切的有密封压缩率、内径拉伸率、密封间隙等。
3．1密封压缩率由于O形密封圈属于典型的挤压型密封圈，选择适当的压缩率是充分发挥其功能的关键。
压缩率过小可能因密封接触面加工精度不良或使用不当等原因而导致泄漏，压缩率过大会导致装配困难、滑动摩擦力增大、永久性变形、使用寿命缩短等问题。
据有关资料介绍，压缩率一般在7％～30％范围内选取，静密封选大值、动密封选小值[4]。
一般对静密封而言，圆柱面静密封取W=10%～15%，平面静密封W=15%～30%[5]。
但其极值应尽可能小于25%，否则压缩应力明显松弛，将产生永久变形，特别是在高温工况中。
如图5所示，压缩率（w）可按公式（1）计算。
w＝（d2－h）/d2×100%（1）式中h———安装沟槽底到密封面距离，即沟槽深度（mm）。
图5O形密封圈压缩示意图因此，在选取O形密封圈的压缩率时，应从如下三个方面考虑[3]。
（1）要有足够的密封接触面积；（2）摩擦力尽量小；42（3）尽量避免永久变形。
3．2内径拉伸率O形密封圈装入安装沟槽后，一般都有一定的拉伸量，其大小对O形密封圈的密封性能和使用寿命也有很大的影响。
拉伸量过大会使O形密封圈的截面直径d2变小，从而使压缩量减小而导致泄漏。
同时也不利于安装。
拉伸率的取值范围一般为1%～5%[3]。
一般推荐O形密封圈实际内径拉伸率小于2%[6]。
拉伸率（α）可按公式（2）计算。
α=（B+d2）/d1×100%（2）式中B———安装沟槽底径，即沟槽宽度（mm）。
3．3密封间隙密封间隙对O形密封圈密封性能的影响主要是相对于动密封而言。
密封间隙允许值与介质压力、O形圈橡胶硬度及其断面直径大小有关。
其中O形圈的硬度对间隙挤出现象有明显的影响，介质压力p i越高，O形圈材料硬度越小，则O形圈的间隙挤出现象越严重。
发生间隙挤出现象后，虽然O形密封圈还能暂时维持密封，但实际上已经发生永久变形或咬伤等损坏，如图6所示。
图6O形密封圈间隙挤出、咬伤示意图在静密封中，由于下列原因，也会引起密封间隙的扩大和间隙挤出现象。
（1）由于加工和使用的原因，设备的密封接触面存在着圆度、圆柱度、同轴度、平面度等几何精度不良的问题，导致密封部位的间隙增大；（2）O形密封圈的“自密封”作用是有限的，在较高的介质压力p i作用下O形密封圈在间隙处产生应力集中；（3）在较高的介质压力p i作用下O形密封圈的内径胀大。
3．4密封部位的安装精度密封部位和安装O形密封圈必须经过的部位，必须光滑无损，外形规整。
为了防止安装损伤，在密封沟槽进口等处应尽可能按标准设计倒角、倒圆。
在维修时，要保持O形密封圈安装沟槽的清洁，清洁时不要损伤安装沟槽。
3．5安装沟槽宽度O形密封圈装入安装沟槽后，在接触面和沟槽底方向的预压缩作用下发生弹性变形，使O形密封圈侧壁方向的直径增大，所以侧壁对O形密封圈不能有挤压，应留有0.3～0.5d2的间隙[7]。
4O形密封圈失效泄漏的常见原因导致O形密封圈失效泄漏的根本原因主要有：密封沟槽设计不合理；O形密封圈与所用介质不相容；O 形密封圈的尺寸选择不正确；O形密封圈得不到充分的润滑[8]。
从O形密封圈失效导致泄漏的形式上看，其常见原因有：永久变形、间隙咬伤、扭曲现象、颗粒磨损现象、摩擦力与O形密封圈的关系、焦耳热效应[9]。
其中扭曲现象、颗粒磨损现象、摩擦力与O形密封圈的关系、焦耳热效应等主要是相对于动密封而言。
对于汽车空调制冷系统来说，O形密封圈用于静密封，失效泄漏的主要原因是永久变形。