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作者 吳慶國 ?前 言 在電機控制器的水冷蓋板、進出水接頭、控制器上蓋等處經常需要設計O形密封圈來保證殼體內IP67級別的防護設計，在此，我以個人的設計經驗輔以專業廠家的培訓資料給大家全面介紹一下O形密封圈如何設計。  O形圈是給出壓縮量使用類型的密封件中最具代表性的密封產品，通常被認作是一種界面形狀為圓形的橡膠圈，是液壓氣動中應用最廣泛的密封件。 現在是以合成橡膠為主流，而在十九世紀中葉作為蒸汽機的液壓缸用密封件最早出現時是鑄鐵制的。之后，經過有彈力的天然橡膠的出現，進入二十世紀四十年代后至今，我們使用的合成橡膠材料成為主流，由此，密封的媒介也變得可密封空氣、水、氣體、油和各種各樣的流體。 特別是在第二次世界大戰中使用于飛機的液壓系統，由于該密封件具有較高的可靠性，因此迅速使用于一般的空壓、液壓設備，且應用至今。要想維持高可靠性，當然需要進行適當的使用和設定，而此外材料的選擇和質量也是非常重要的。 密封裝置的分類  O形圈的設計用語    O形圈的選定方法 O形圈是截面為Ｏ形（圓形）的環狀襯墊，一般安裝于溝槽，使其適度壓縮，作為油、水、空氣、氣體等各種流體的密封件使用。用途有固定用和運動用兩種，如果不符合使用條件，則會發生切斷、潤脹、壓縮裂紋等問題。要想維持長期不變的密封性，就必須選擇符合使用條件的材料和尺寸。 O形圈的密封原理 O形圈的密封原理是被壓縮的O形圈通過維持反彈力而進行密封。  O形圈用材料所要求的性質 O形圈通過擠壓產生的應力發揮密封性能，因此在不發生異常變形的范圍內，持有適度的應力是基本要求的性質。而且要求該基本性質在使用過程中也不失去。而具有這種性質的材料最合適的莫過于合成橡膠。但是，使一種材料具有所有這些性質是很困難的，因此需要根據用途分別使用相應的材料。  O形圈以外的斷面形狀  O形圈的材料特性  O形圈材料特性比較圖  O形圈材料硬度  O形圈材料耐化學性 O形圈材料耐溫性 O形圈材料選擇原則 外界因素： 1，工作狀態：動密封，靜密封；連續工作，間斷工作等； 2，工作介質：液體、氣體還是兩相流，及介質的物理化學性能，與介質相容性； 3，工作壓力：介質工作壓力高低，壓力波幅，瞬時最大壓力； 4，工作溫度：瞬時溫度和冷熱交變溫度； 5，成本來源：成本低，來源廣。 O形圈的硬度硬度： 一般為70-90邵氏硬度，靜密封選低值70，旋轉密封取高值80，極少采用90。 O形圈的性能的特點 通則：O型圈密封是擠壓式密封，設計主要內容為O型圈的壓縮和拉伸。 a，壓縮量過小：泄漏 ； b，壓縮量過大：應力松弛引起泄漏 ； c，拉伸量過大：界面直徑減少太大而引起泄漏； d，壓縮率超過40%以上可能導致產生壓縮裂紋； O形圈的設計原則 壓縮率設計：M%=σ/W×100% a，有足夠的密封接觸面積 b，避免永久變形 c，摩擦力盡量小 圓柱靜密封：10%-15%，平面靜密封：15%-30%。 往復運動密封：10%-15%。 旋轉動密封：內徑比軸大3%-5%，外徑壓縮率為3%-8%。 低摩擦用密封：一般為5%-8%，考慮介質和溫度引起的膨脹， 如超過15%，重新選材。 拉伸率設計：M%=(D1-d0)/d0×100% O型圈裝入軸中后，一般會有拉伸，如果無拉伸，裝配時容易脫出，如拉伸過大，會導致O型圈截面積減少太多，出現泄漏。一般其拉伸量為1%-5%。 接觸寬度設計： 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密封面的接觸寬度都和O形圈的密封性能，其值過小會使密封性受到影響。O形圈變形后的寬度Bo（mm）與O形圈的壓縮率M和截面直徑W有關，可用下式計算 ： Bo=（1/(1-M)-0.6M）W （M取10%~40%） O形圈與密封面的接觸面寬度b（mm）也取決于M和W： b=( 4M^2+0.34M+0.31)W ( M取10%~40%) 一般情況，考慮到壓力脈動和抽真空的需求，Bo應接近于槽寬，對于氣體介質的密封，Bo應比槽寬小0.1-0.2mm；對于液體介質的密封， Bo應比槽寬小0.2-0.5mm。 同時Bo不應大于槽寬，否則承壓后可能會減小密封接觸寬度，同時減小密封接觸應力而導致泄漏。 有壓力脈動時，槽寬過大會導致O型圈來回偏移，出現磨損；槽寬過小會導致O型圈填滿溝槽，導致阻力過大 O形圈和溝槽尺寸的設定基準 O形圈截徑的選定 下圖所示為O形圈截徑與壓縮變形的關系。在壓縮率一定的情況下，截徑大則永久變形小，使用大截徑的O形圈可得到穩定的密封性。特別在作為動密封使用時，截徑大者具有防止扭轉的效果。 溝槽部的表面粗糙度 溝槽部的表面粗糙度對如下內容有影響，因此需要進行管理。
O形圈間隙和擠出 若由于密封流體的壓力，O形圈由溝槽間隙咬入、擠出，則難以維持其性能。擠出由流體的壓力和間隙及橡膠的硬度決定。其關系如右圖所示，請參考。（該值的前提是沒有因壓力產生的溝槽變形的情況。若擔心受壓力使密封面發生變形，則請將間隙的值設計為參考值的75%左右。） 防止擠出的對策（關于擋圈的使用） 壓力或間隙也超出極限時，請使用擋圈。從兩個方向施加壓力時，將擋圈安裝于O形圈的兩側，從一個方向施加壓力時，安裝于施加壓力的相反側。擋圈的形狀有無切口、斜切、螺旋三種，從使用效果來看，無切口的最好，而從安裝點來看，斜切型比較方便。代表性的擋圈的材質和特點如下表所示。 O形圈的使用方法及其注意事項
溝槽的設計 圓角、拔模角尺寸參考下圖 倒角尺寸參考下圖 G尺寸請選擇1.3～1.4W（W：O形圈截徑） 更全的設計指導材料請查閱NOK官網或者《機械設計手冊》第三卷第11篇：潤滑與密封。 免責聲明：以上觀點僅代表作者個人看法，與本平臺無關，圖片均來源于網絡，如有侵權請于30日內聯系平臺刪除或者商討版權授權事宜。 |
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