O型圈密封是典型的擠壓型密封。O形圈截面直徑的壓縮率和拉伸是密封設計的主要內容，對密封性能和使用壽命有重要意義。O型圈一般安裝在密封溝槽內起密封作用。O形密封圈良好的密封效果很大程度上取決于O型圈尺寸與溝槽尺寸的正確匹配，形成合理的密封圈壓縮量與拉伸量。密封裝置設計加工時，若使O形圈壓縮量過小，就會引起泄漏;壓縮量過大則會導致O型密封圈橡膠應力松弛而引起泄漏。同樣，O形圈工作中拉伸過度，也會加速老化而引起泄漏。世界各G的標準對此都有較嚴格的規定。

　　DY：O形圈密封的設計原則

　　①接觸寬度

　　O型圈裝入密封溝槽后，其橫截面產生壓縮變形。變形后的寬度及其與軸的接觸寬度都和O形圈的密封性能和使用壽命有關，其值過小會使密封性受到影響;過大則增加摩擦，產生摩擦熱，影響O型圈的壽命。

　　O形圈變形后的寬度BO(mm)與O型圈的壓縮率W和截面直徑dO有關，可用下式計算

　　BO={1/(1-W)-0.6W}dO (W取10%~40%)

　　O形圈與軸的接觸面寬度b(mm)也取決于W和dO：

　　b=( 4W2+0.34W+0.31)dO ( W取10%~40%)

　　對摩擦力限制較高的O形圈密封，如氣動密封、液壓伺服控制元件密封，可據此估算摩擦力。

　　②壓縮率

　　壓縮率W通常用下式表示：

　　W= (do-h)/do%

　　式中 do——O型圈在自由狀態下的截面直徑(mm)

　　h ——O型圈槽底與被密封表面的距離，即O型圈壓縮后的截面高度(mm)。

　　在選取O型圈的壓縮率時，應從如下三個方面考慮：

　　a.盡量避免永久變形;

　　b.要有足夠的密封接觸面積;

　　c.摩擦力盡量小

　　從以上這些因素不難發現，它們相互之間存在著矛盾。壓縮率大就可獲得大的接觸壓力，但是過大的壓縮率無疑會增大滑動摩擦力和永久變形。而壓縮率過小則可能由于密封溝槽的同軸度誤差和O形圈誤差不符合要求，消失部分壓縮量而引起泄漏。因此，在選擇O型圈的壓縮率時，要權衡個方面的因素。一般靜密封壓縮率大于動密封，但其G值應小于30%(和橡膠材料有關)，否則壓縮應力明顯松弛，將產生過大的永久變形，在高溫工況中尤為嚴重。

　　O型圈密封壓縮率W的選擇應考慮使用條件，靜密封或動密封;靜密封又可分為徑向密封與軸向密封;徑向密封(或稱圓柱靜密封)的泄漏間隙是徑向間隙，軸向密封(或稱平面靜密封)的泄漏間隙是軸向間隙。軸向密封根據壓力介質作用于O形圈的內徑還是外徑又分受內壓和外壓兩種情況，內壓增加的拉伸，外壓降低O型圈的初始拉伸。上述不同形式的靜密封，密封介質對O形圈的作用力方向是不同的，所以預壓力設計也不同。對于動密封則要區分是往復運動還是旋轉運動密封。

　　1.靜密封：圓柱靜密封裝置和往復運動式密封裝置一樣，一般取W=10%~15%;平面密封裝置取W=15%~30%。

　　2.對于動密封而言，可以分為三種情況：

　　a.低摩擦運動用O型圈，為了減小摩擦阻力，一般均選取較小的壓縮率，即 W=5%~8%。此外，還要考慮到介質和溫度引起的橡膠材料膨脹。通常在給定的壓縮變形之外，允許的Z大膨脹率為15%，超過這一范圍說明材料選用不合適，應改用其他材料的O型圈，或對給定的壓縮變形率予以修正。壓縮變形的具體數值，一般情況下，各G都根據自己的使用經驗制訂出標準或給出推薦值。

　　b.往復運動密封一般取W=10%~15%。

　　c.旋轉運動密封在選取壓縮率時必須要考慮焦耳熱效應，一般來說，旋轉運動用O形圈的內徑要比軸徑大3%~5%，外徑的壓縮率W=3%~8%。

　　③拉伸量

　　O形圈在裝入密封溝槽后，一般都有一定的拉伸量。與壓縮率不一樣，拉伸量的大小對O型圈的密封性能和使用壽命也有很大的影響。拉伸量大不但會導致O型圈安裝困難，同時也會因截面直徑do發生變化而使壓縮率降低，以致引起泄漏。拉伸量α可用下式表示：

　　α=(d+do)/(d1+do)

　　公式中

　　d——軸徑(mm);

　　d1——O形圈的內徑(mm);

　　do——O形圈的截面直徑(mm)。

　　第二：O型圈的設計

　　絕大多數的O型圈是用合成橡膠材料制成的。合成橡膠O形圈的尺寸由GJ標準(ISO3601/1)GJ標準和組織標準等確定。如有些GJ將O型圈的尺寸系列分為ISO系列(一般工業用)、P系列(運動用)、V系列(真空用)、G系列(固定用)和四個系列組成。

　　我G的O形圈內徑、截面直徑尺寸及公差由GB/T34542.1—1992規定。

　　密封裝置的密封可靠性主要取決于O型圈的壓縮量。在一般的情況下，這種壓縮量都是很小的，只有十幾微米到幾十微米，這就要求O型圈的尺寸公差具有很高的精度。因此，O型圈需要采用高精度的模具進行加工，同時必須準確地掌握作為設計依據的O形圈材質的收縮率。一般只能通過實測，來獲得O型圈的收縮率。值得注意的是：

　　1)在配方和工藝條件一定的情況下，O形圈的收縮率會隨著材質硬度的提高而減小，也會隨著其內徑的減小而提高。具有中等硬度(HS75±5)，以及中等大小(內徑d=40~70mm)的O形圈，其內徑的收縮率大約為1.5%。

　　一般，在靜密封場合，可選擇截面較小的密封圈;在動密封場合，應選擇截面較大的密封圈。通常，壓力較高和間隙較大時，應選擇較高硬度的材料;也可以選擇一般硬度的材料，再安裝一個聚四氟乙烯擋圈。

　　2)O形圈截面收縮率很小，一般不予考慮。只有在其截面直徑大于8mm的情況下，才予以考慮。

　　第三：O型密封圈密封溝槽設計

　　O型密封圈的壓縮量與拉伸量是由密封溝槽的尺寸來保證的，O型密封圈選定后，其壓縮量、拉伸量及其工作狀態由溝槽決定，所以，溝槽設計與選擇對密封裝置的密封性和使用壽命的影響很大，溝槽設計是O形圈密封設計的主要內容。

　　密封溝槽設計包括確定溝槽的形狀、尺寸、精度和表面粗糙等，對動密封，還有確定相對運動間隙。溝槽設計原則是：加工容易，尺寸合理，精度容易保證，O型圈裝拆較為方便。常見的槽形為矩形槽。

　　第四：O形密封圈密封溝槽設計

　　①槽壁粗糙度

　　密封溝槽的表面粗糙度，直接影響著O型圈的密封性和溝槽的工藝性。靜密封用O型圈工作過程中不運動，所以槽壁的粗糙度用Ra=6.3~3.2μm，對于往復運動用O型圈，因常在槽內滾動，槽壁與槽底的粗糙程度應到低一些，要求在Ra=1.60μm以下。旋轉運動用的O型圈一般在溝槽內是靜止的，要求軸的粗糙度Ra=0.40μm或者拋光。

　　②往復運動的活塞與缸壁之間必須有間隙，其大小與介質工作壓力和O型圈材料的硬度有關。間隙太小，制造、加工困難;間隙太大，O型圈會被擠入間隙而損壞。一般內壓越大，間隙越小;O形圈材料硬度越大，間隙可放大。當間隙值在曲線的左下方時，將不發生間隙咬傷即“擠出”現象。

　　間隙的給定數值與零件的制造精度有很大關系。

　　③槽深的設計

　　溝槽的深度主要取決于O形密封圈所要求的壓縮率，溝槽的深度加上間隙，至少必須小于自由狀態下的O型圈截面直徑，以保證密封所需的O形圈壓縮的變形量。

　　O型圈壓縮變形量由O形圈內徑處的壓縮變形量δ’ 和外徑處的壓縮變形量δ’’ 組成，即 δ=δ’+δ’’。當δ’=δ’’時，O型圈的截面中心與槽的截面中心重合，兩中心圓的圓周相等，說明O型圈安裝時未受到拉伸。如果δ’>δ’’，則O形圈截面中心圓的周長小于槽中心圓的周長，說明O形圈以拉伸狀態裝在槽內;若δ’<δ’’，則O形圈截面中心圓的周長大于槽的截面中心圓周長，此時，O形圈受周向壓縮，拆卸時，O形圈會出現彈跳現象。

　　設計槽深時，應S先確定O型圈的使用方式，然后再去選定合理的壓縮變形率。

　　④溝槽形狀

　　矩形溝槽是液壓氣動用O型密封圈使用Z多的溝槽形狀。這種溝槽的優點是加工容易，便于保證O型密封圈具有必要的壓縮量。除矩形溝槽外，還有三角形、燕尾形、半圓形、V形等型式的溝槽。

　　三角形溝槽截面形狀是以M為直角邊的等邊直角三角形。截面積大約為O形圈截面面積的1.05~1.10倍。三角形溝槽式密封裝置在英G、美G、日本等GJ均有應用。設計的原則是O型密封圈內徑的公稱尺寸相等。

　　密封溝槽即可開在軸上，也可開在孔上;軸向密封則溝槽開在平面上。

　　⑤槽口及槽底圓角的設計

　　溝槽的外邊口處的圓角是為了防止O型圈裝配時刮傷而設計的。它一般采用較小的圓角半徑，即r=0.1~0.2mm。這樣可以避免該處形成鋒利的刃口，O型圈也不敢發生間隙擠出，并能使擋圈安放穩定。

　　溝槽槽底的圓角主要是為了避免該處產生應力集中設計的。圓角半徑的取值，動密封溝槽可取R=0.3~1mm，靜密封溝槽可取其O型圈截面直徑的一半，即R=d/2.

　　⑥間隙

　　往復運動的活塞與缸壁之間必須有間隙，其大小與介質工作壓力和O型圈材料的硬度有關。間隙太小，制造、加工困難;間隙太大，O型圈會被擠入間隙而損壞。一般內壓越大，間隙越小;O型圈材料硬度越大，間隙可放大。當間隙值在曲線的左下方時，將不發生間隙咬傷即“擠出”現象。

　　間隙的給定數值與零件的制造精度有很大關系。

　　第四：擋圈

　　著壓力的增加，O型圈與擋圈互相擠壓。由于它們是彈性體，兩者同時發生變形，此變形S先向它們的上下兩角擴展，直到壓力超過10.5MPa。這種變形一直在兩者之間進行，而不致使擋圈發生“擠出”現象。根據擋圈材料和結構形式的不同，其承壓能力提高的程度也不同。當壓力足夠大時，擋圈也會產生“擠出”現象。

　　O型圈使用擋圈后，工作壓力可以大大提高。靜密封壓力能提高到200~700MPa;動密封壓力也能提高到40MPa。擋圈還有助于O型圈保持良好的潤滑。如果單向受壓，則在承受側用一個擋圈;如果雙向受壓則用兩個擋圈。對于靜密封，內壓在32MPa以下不用擋圈，超過此值用擋圈。使用擋圈后雖可防止O型圈發生“間隙咬傷”現象，但會增加密封裝置的摩擦阻力。

　　擋圈的材料有皮革、硬橡膠和聚四氟乙烯等，也有尼龍6和尼龍1010的。而以聚四氟乙烯擋圈Z為常用。聚四氟乙烯作為擋圈材料有下列有點。

　　①耐化學品性能優異，可用于幾乎所有的介質;

　　②使用溫度范圍寬;

　　③使用溫度范圍寬;

　　④無硬化破損現象;

　　⑤工作精度高;

　　⑥在177℃溫度下不發生老化;

　　⑦摩擦力小。

　　以上是“O型密封圈及其槽的設計”的詳細內容，希望能幫助到大J，如有其它密封圈或相關問題，歡迎電話咨詢!

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