O型密封圈及其槽的設計

O形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形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形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形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。世界各國的標準對此都有較嚴格的規定。

1、O形圈密封的設計原則

1）壓縮率

壓縮率W通常用下式表示：

W=?(do-h)/do%?

式中 do——O形圈在自由狀態下的截面直徑（mm）

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

在選取O形圈的壓縮率時，應從如下三個方面考慮：

a.要有足夠的密封接觸面積

b.摩擦力盡量小

c.盡量避免永久變形。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

O 形圈密封壓縮率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形圈的初始拉伸。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.往復運動密封一般取W=10%~15%。

b.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%。

c.低摩擦運動用O形圈，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，允許的最大膨脹率為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形圈，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，各國都根據自己的使用經驗制訂出標準或給出推薦值。

2）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形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形圈安裝困難，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）

式中??

?????? d——軸徑（mm）；

????? d1——O形圈的內徑（mm）；

?????? do——O形圈的截面直徑（mm）。

3）接觸寬度

O形圈裝入密封溝槽后，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形圈的壽命。

O形圈變形后的寬度BO（mm）與O形圈的壓縮率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、O形圈的設計

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

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

一般只能通過實測，來獲得O形圈的收縮率。值得注意的是：

1）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。

2）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。