文章以“GB/T3452.3-2005液壓氣動用O型橡膠密封圈溝槽尺寸”為標準，舉一實例詳細說明O型圈的結構設計步驟，并對相關概念進行了探討。

　　引言

　　有關O型圈密封原理、結構設計、使用、技巧方面的文章很多，但都是從某一方面進行闡述，對新手來說，常常不知道從何入手，文章以GB/T3452.3-2005為標準，以油缸內徑80mm的液壓活塞動密封為例，詳細介紹了設計過程。

　　1、設計步驟

　　(1)明確是用于液壓還是氣動?活塞密封還是活塞桿密封?動密封還是靜密封?

　　(2)液壓活塞動密封：以油缸內徑d4=80為參數；

　　(3)根據“徑向靜密封和動密封的適用范圍”確定O型圈截面尺寸d2=5.3；

　　(4)根據“液壓活塞動密封溝槽尺寸”確定O型圈內徑d1=69；

　　(5)根據“徑向密封的溝槽尺寸”確定溝槽深度t=4.35，初算壓縮率x*=18%；

　　(6)根據t=4.35，計算槽底直徑d3=71.3，與“液壓活塞動密封溝槽尺寸”中d3值一致；

　　(7)估算預拉伸y*=(71.3-69)/69=3.3%；

　　(8)根據附錄A之“活塞密封O型圈預拉升率”，預拉伸率應≤5%，y*合適；

　　(9)因實際工作壓力7MPa≤10MPa，故不需擋圈；

　　(10)查“徑向密封的溝槽尺寸”，確定溝槽寬b=7.1；

　　(11)查“溝槽尺寸公差”，油缸內徑d4=80，則公差H800.046；

　　(12)查“溝槽尺寸公差”，槽底直徑d3=71.3，公差h90-0.074

　　(13)查“溝槽尺寸公差”，活塞直徑d9=80，公差f7-0.03-0.05；

　　(14)計算最大徑向間隙gmax=d4max-d9min=0.106(參見“徑向密封的活塞密封溝槽型式”)；

　　(15)根據間隙g及工作壓力，確定密封圈硬度為HS70；

　　(16)核算最大預拉伸率ymax=(d3max-d1min)/d1min=[71.3-(69-0.45)]/(69-0.45)=4%；

　　(17)根據公式A.9計算O型圈截面直徑減小量amax=0.25；

　　(18)核算壓縮率x=[(5.3-0.25)-4.35)]/(5.3-0.25)=14%。

　　2、幾個重要概念及探討

　　1)預拉伸率y

　　O型圈用于活塞密封時，活塞溝槽槽底直徑d3應大于或等于密封圈內徑d1，二者之間類似“過盈配合”，以保證密封圈內徑穩固的貼合在槽內。預拉伸率定義為：

　　y=(d3-d1)/d1(1)

　　最小預拉伸率等于0，最大預拉伸率不得大于表A.1的規定值。

　　2)預壓縮率k

　　O型密封圈用于活塞桿密封時，密封圈外徑(d1+2d2)應大于或等于內溝槽槽底直徑d6，二者之間類似“過盈配合”，以保證密封圈外徑穩固地貼合在槽內。最小預壓縮率等于0，最大預壓縮率不得大于表A.2的規定值。

　　3)壓縮率x

　　當O型密封圈處于工作狀態時，其內徑、外徑同時受到擠壓變形產生回彈力，在與剛體接觸面間產生較大的接觸應力，若接觸應力值大于流體壓力，則能起到密封作用。壓縮率定義為：

　　x=(d2-t)/d2(2)

　　需要注意的是，在有預拉伸的情況下，密封圈截面變成橢圓，橢圓短軸h比自由狀態下的直徑d2小，二者關系為：

　　式中y———拉伸率，由公式(1)算出；d2———O型圈自由狀態下的截面直徑。

　　將(3)式h值取代(2)式d2，即可算出在預拉伸狀態下的實際壓縮率。壓縮率范圍參照GB/T3452.3-2005附錄A之表A.3、A.4。

　　對于此表，有兩點需要探討：第一，根據GB/T3452.3-2005，溝槽深度t是按照壓縮率算出來的(即先有壓縮率，后有溝槽深度)，且最大壓縮率對應最小深度，最小壓縮率對應最大深度，故表1改成如表2所示的形式似乎更合適。

表1 活塞密封、活塞桿密封溝槽深度的極限值及對應的壓縮率(節選)

表2 O型圈壓縮率及對應的活塞密封、活塞桿密封溝槽深度(部分)

　　其次，表1、表2的數據是以硬度為70IRHD(國際橡膠硬度)的密封圈為基礎制定的，對于其他硬度的密封圈，標準沒有說明。國內某一知名密封圈制造商資料見表3。

　　4)單邊徑向間隙g

　　單邊徑向間隙與工作壓力及密封圈硬度有關聯，設計時也應該考慮此因素。密封圈規格確定后，根據工作壓力和單邊最大徑向間隙，參照表4確定其硬度。

　　gmax=(d4max-d9min)/2

表3 O型圈壓縮率與硬度的關系

表4 O型圈硬度、壓力和單邊徑向間隙最大值關系

　　3、結束語

　　文章舉一個實際例子，以GB/T3425.1為標準，詳細介紹了O型圈設計步驟，對初學者有一定指導作用。由于O型圈的標準及非標規格系列較多，實際應用狀態千差萬別，各人的經驗不同，因此設計方式存在著差異。