O型密封圈的选型与使用

学杂了的夹具设计攻城狮……。提供夹具课程设计咨询

O形圈密封是典型的挤压型密封。O形圈截面直径的压缩率和拉伸是密封设计的主要内容，对密封性能和使用寿命有重要意义。O形圈一般安装在密封沟槽内起密封作用。O形密封圈良好的密封效果很大程度上取决于O形圈尺寸与沟槽尺寸的正确匹配，形成合理的密封圈压缩量与拉伸量。密封装置设计加工时，若使O形圈压缩量过小，就会引起泄漏；压缩量过大则会导致O形密封圈橡胶应力松弛而引起泄漏。同样，O形圈工作中拉伸过度，也会加速老化而引起泄漏。

1、O形圈密封的设计原则

1）压缩率

压缩率W通常用下式表示：

W%= (d0-h)/d0；

式中 d0——O形圈在自由状态下的截面直径（mm）

h ——O形圈槽底与被密封表面的距离，即O形圈压缩后的截面高度（mm）。

在选取O形圈的压缩率时，应从如下三个方面考虑：

a.要有足够的密封接触面积

b.摩擦力尽量小

c.尽量避免永久变形。

从以上这些因素不难发现，它们相互之间存在着矛盾。压缩率大就可获得大的接触压力，但是过大的压缩率无疑会增大滑动摩擦力和永久变形。而压缩率过小则可能由于密封沟槽的同轴度误差和O形圈误差不符合要求，消失部分压缩量而引起泄漏。因此，在选择O形圈的压缩率时，要权衡各方面的因素。一般静密封压缩率大于动密封，但其极值应小于30%(和橡胶材料有关），否则压缩应力明显松弛，将产生过大的永久变形，在高温工况中尤为严重。

O 形圈密封压缩率W的选择应考虑使用条件，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（或称圆柱静密封）的泄漏间隙是径向间隙，轴向密封（或称平面静密封）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外压两种情况，内压增加的拉伸，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形圈的作用力方向是不同的，所以预压力设计也不同。对于动密封则要区分是往复运动还是旋转运动密封。

1.静密封：圆柱静密封装置一般取W=10%-15%；平面密封装置取W=15%-30%。

2.对于动密封而言，可以分为三种情况：

a.往复运动密封一般取W=10%-15%。

b.旋转运动密封在选取压缩率时必须要考虑焦耳热效应，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%。

c.低摩擦运动用O形圈，为了减小摩擦阻力，一般均选取较小的压缩率，即 W=5%-8%。此外，还要考虑到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。

2）拉伸量

O形圈在装入密封沟槽后，一般都有一定的拉伸量。与压缩率不一样，拉伸量的大小对O形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形圈安装困难，同时也会因截面直径d0发生变化而使压缩率降低，以致引起泄漏。一般拉伸量为1%-5%。拉伸量α可用下式表示：

α=(d+d0)/（d1+d0）

式中 d——沟槽底径（mm）；

d1——O形圈的内径（mm）；

d0——O形圈的截面直径（mm）。

3）接触宽度

O形圈装入密封沟槽后，其横截面产生压缩变形。变形后的宽度及其与轴的接触宽度都和O形圈的密封性能和使用寿命有关，其值过小会使密封性受到影响；过大则增加摩擦，产生摩擦热，影响O形圈的寿命。O形圈变形后的宽度BO（mm）与O形圈的压缩率W和截面直径dO有关，可用下式计算

BO={1/(1-W)-0.6W}dO （W取10%-40%）

O形圈与轴的接触面宽度b（mm）也取决于W和dO：

b=( 4W2+0.34W+0.31)dO( W取10%-40%)

对摩擦力限制较高的O形圈密封，如气动密封、液压伺服控制元件密封，可据此估算摩擦力。

一般情况，考虑到压力脉动和抽真空的需求，B0应接近于槽宽，对于气体介质的密封，B0应比槽宽小0.1-0.2mm;对于液体介质的密封，B0应比槽宽小0.2-0.5mm。同时，B0不应大于槽宽，否则承压后可能会减小密封接触宽度，同时减小密封接触应力而导致泄漏。有压力脉动时，槽宽过大会导致O型圈来回偏移，出现磨损；槽宽过小会导致O型圈填满沟槽，导致阻力过大。

2、O型圈沟槽设计

槽体积比O型圈体积大15%左右。设计参数：形状、尺寸、精度、粗糙度，对于动密封，需要计算相对运动间隙。涉及原则是：容易加工尺寸合理，精度容易保证，拆装方便。