1、概述

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。

2、O型密封的设计原则

2.1、压缩率

压缩率W(%)通常用下式表示：

$W = (d0-h)/d0$

上式中：

d0——O型圈在自由状态下的截面直径（mm）

h——O型圈槽底与被密封表面的距离，即O型圈压缩后的截面高度（mm）

在选取O型圈的压缩率时，应从如下三个方面考虑：

• a、要有足够的密封接触面接

• 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。

静密封

圆柱静密封装置一般取W=10%-15%；

平面静密封装置一般去W=15%-30%；

动密封

对于动密封而言，可以分为以下三种情况：

• 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形圈的内径要比轴颈大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。

  
  

2.2、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：

$α = (d+d0)/(d1+d0)$

上式中：

d——轴颈（mm）

d1——O型圈的内径（mm）

d0——O型圈的截面直径（mm）

O型橡胶密封圈的拉伸和压缩率的选取范围

2.3、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

$BO=(1/(1-W)-0.6*W)*d0$(W取10%-40%）

O形圈与轴的接触面宽度b（mm）也取决于W和dO：

$b=(4W²+0.34W+0.3)*d0$

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。

3、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。

3.1、O型圈沟槽深度设计

槽深的设计决定O型圈的设计压缩量，沟槽深度加上间隙小于O型圈自由状态下O型圈的线径。

O型圈的压缩量由内径压缩量δ’和外径压缩量δ”构成。

3.2、O型圈沟槽槽口和槽底圆角设计

槽口圆角：防止O型圈装配时出现割伤和刮伤。R=0.1~0.2mm。过大会出现挤出，过小会出现割伤。

槽底圆角：防止出现应力集中，动：R=0.1~1mm，静：R=d0/2mm

3.3、O型圈沟槽表面粗糙度设计

静密封：Ra=6.3~3.2

动密封：Ra=1.6

旋转密封：轴凹槽：Ra=0.4或更小

用于各种密封的沟槽的具体尺寸、形状、加工精度要求、配合公差级O型圈的尺寸、选用公差、配合公差等可查阅BG/T3452.1-92。

4、O型圈的安装

O型圈的安装质量对其密封性和使用寿命均有重要影响。泄漏问题往往是因为安装不良造成的。安装过程中不允许出现O型圈被划伤和位置安装不正，以及O型圈被扭曲等情况。装配前，密封沟槽、密封配合面必须严格清洗，同时对O型圈装配中要通过表面涂敷润滑脂。

为了防止O型圈安装时被尖角和螺纹等锐边切伤或划伤，应在安装的轴端和孔端留有15-30多的导入角。当O型圈需通过外螺纹时，应使用专用的薄壁金属导套，套住外螺纹；如果O型圈通过孔口时，应使孔口倒成相应的斜角形状，以防O型圈被划伤。坡口的斜角一般为120-140度。