O-RING密封的选型与设计_1

¤ 沟槽深度的设计 沟槽深度对O形圈密封而言是一个至关重要的参数，它与O形圈的截面直 径相对应，在知道O形圈截面直径和压缩率的前提下，可计算出适应的沟槽深 度。 沟槽内径 d0=α ( d+ dW )-dW
式中 a---O形圈的拉伸率 d---自由状态下O形圈的内径 dW--自由状态下O形圈的截面直径
80度
3.10 ~ 3.22 0.25 0.14 0.11 0.08 0.07 5.30 ~ 5.70 0.25 0.18 0.12 0.10 0.08 6.98 ~ 8.40 0.25 0.22 0.16 0.12 0.10 1.70 ~ 2.65 0.25 0.15 0.11 0.08 0.07 0.06
O-RING密封的选型与设计
原则上，压力高时，截面压缩率取较大值，压力低时，取较小值。同时， 应考虑到压力的变化、密封介质的种类、工作温度及其变化、机加工精度及 O形圈材料等因素。
对于往复运动和旋转运动，影响密封的因素比较多，密封表面摩擦力、 流体粘度、压力、频率、转数、行程等都可能造成泄漏。摩擦对动密封的影 响非常大，应尽可能减小摩擦力，影响摩擦力的主要因素有：橡胶硬度、压 缩量和密封表面粗糙度，这些在设计加工时应予以特别重视。 值得注意的是：旋转轴用O形密封圈，必须考虑“焦尔效用”，即橡胶 在拉伸状态下受热会剧烈收缩。为了排除该影响，O形圈在旋转轴上绝对不 允许呈拉伸状态。通常取旋转运动用的O形圈的内径比轴颈大3%～5%，O形圈 的外径具有3%～8%的压缩率。这样既保证有效密封，又能防止O形圈过热而 烧坏。 旋转运动用O形圈的材质可选用硬度（邵氏A）为75±5度的丁腈橡胶 （NBR)、氟橡胶(FKM)或聚氨酯橡胶（AU)等材料。
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O-RING密封的选型与设计
间隙（半径间隙）与材料硬度及压力的关系
硬 度
截 面直径
70度
1.70 ~ 2.65 0.15 0.09 0.06 3.10 ~ 3.55 0.21 0.10 0.07 5.30 ~ 5.70 0.25 0.12 0.08 6.98 ~ 8.40 0.20 0.15 0.10 1.70 ~ 2.65 0.22 0.12 0.09 0.07 0.06 -
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O-RING密封的选型与设计
2. O-RING密封圈的选型
在设计O形密封圈时首先应清楚O形圈的使用条件及使用环境，合理的选材 和尺寸设计是保证密封的重要前提。 O形密封圈的截面直径d和截面压缩率是衡量O形密封圈密封性能和寿命的 重要参数指标。截面压缩率的表示见下右图所示。 截面压缩率
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O-RING密封的选型与设计
根据轴的转数确定O形圈的截面直径，在保证密封效果的前提下,截面直 径越小越好。转轴表面线速度与最大截面直径《过程装备密封技术》的推荐 值如下表。
表面线速度 V＜1m/s V=1 ～ 2m/s V=2 ～ 3m/s V=3 ～ 7.62m/s 最大截面直径 无严格要求 3.53mm 2.62mm 1.78mm
1. 用于制作O-RING的常见主体材料 ○ 天然橡胶（NR) ○ 丁腈橡胶（NBR) ○ 三元乙丙橡胶（EPDM) ○ 氟橡胶（FKM) ○ 氢化丁腈橡胶（HNBR) ○ 硅橡胶（QM) ○ 丙烯酸酯橡胶(ACM) ○ 丁基橡胶（IIR) ○ 氯丁橡胶（CR) ○ 丁苯橡胶（SBR) , 等等
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O-RING密封的使用与介绍 2. 使用压力 O-RING密封所能达到的最高密封压力：动态35MPa,静态100MPa 3. 使用温度范围
橡胶名称 QM FKM ACM EPDM IIR BR NR SBR CR NBR CO AU 使用温度范围℃ -70～260 -20～200 -30～175 -50～150 -50～150 -50～120 -50～100 -40～120 -40～120 -40～120 -30～150 -20～80
差
可+ 可优
差
可+ 可优
可可+ 差 优
差
差 可优 差 差 优
差
优 优 优
差
优 优 优
差
可+ 差 优
差
差 差 可
差
差 可+ 可
可良 可 优
差
差 差 优
盐酸
硝酸 硫酸 磷酸
优
差 差 优
优
差 差 优
/
/ / /
优
差 差 优
优
差 差 优
优
差 差 优
优
差 差 优
/
/ / /
/
/ / /
/
/ / /
优
优 优 优
O-RING密封的使用与介绍
通用名称 天然橡胶 丁二烯橡胶 丁苯橡胶 缩写代号 NR BR SBR 初始储存期（年） 扩展储存期（年） 5 5 5 2 2 2
聚酯型聚氨酯
聚醚型聚氨酯 丁腈橡胶 氢化丁腈橡胶 羧化丁腈橡胶 氯醚橡胶 丙烯酸酯橡胶 氯丁橡胶 丁基橡胶
AU
EU NBR HNBR XNBR CO,ECO ACM CR IIR
β =（d2-t)/d2
插图
式中 d2― O形圈自由状态下的截面直径
t― O形圈槽底与被密封表面的距离
对于O形圈截面压缩率《过程装备密封技术》的推荐值如下表
圆柱面静密封 平面静密封 液压往复动密封 旋转轴用动密封 气动密封 Page 11 转机处技术交流材料 10%～15% 15%～30% 12%～20% 3% ～8% 5%～6% 2014-12-30
沟槽外径 D0=2 dW(1-β )+d0
式中 β ----O形圈压缩率
矩形槽槽深 h=(1-β ) dW
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O-RING密封的选型与设计
橡胶O形圈的拉伸率和压缩率 《机械工程师手册》推荐值
密封形式 静密封 往复密封 介质 油 空气 油 空气 拉伸率a 1.03~1.04 ＜1.01 1.02 ＜1.01 压缩率β 15~25% 12~17%
矩形槽宽
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b’=b + n t
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O-RING密封的选型与设计
¤ 沟槽粗糙度的设计 沟槽的粗糙度对密封的性能和寿命影响很大，《机械工程师手册》推荐的 Ra值 静密封：1.6～3.2μ m,压力波动小时可加大到6.3μ m； 动密封：底面0.8μ m,侧面1.6～3.2μ m。
O形圈的规格尺寸已标准化、系列化，通常情况下O形圈结构用不着专门 设计，直接从标准中选型即可，只有对非标准规格的密封圈才需要设计。液 压气动用O形橡胶密封圈尺寸系列及公差见国标 GB/T3452.1-2005 或 全球ORING参考导则 《GLOBE O-RING SIZE REFERENCE GUIDE》。
丁腈橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶等极性较高的橡胶耐非极性的矿物油性能 都很优异，而三元乙丙橡胶等非极性耐极性的酯类介质性能非常优异。
在考虑橡胶耐介质的同时，还应特别注意介质中的添加剂，有些添加剂对橡 胶性能的影响非常大，如齿轮油中添加硫或含硫添加剂，就会加速丁腈橡胶的老 化，也就是说丁腈橡胶不能适应含这种添加剂的介质，只能选用其他橡胶，如氟 橡胶、丙烯酸酯橡胶。 各种橡胶适用介质的情况如下表：
4. 密封配合设计需考虑和注意的问题
◆ 装配间隙 装配间隙是必然存在的,无论是平面密封还是圆柱面密封,无论是静密封或是 动密封,都存在间隙。而对于动密封适当的间隙是必需的,间隙过小则运动阻力 太大或难以运动,间隙过大则难以密封。间隙过大则O形圈的一部分在受压情况 下容易被挤入间隙而受损伤，O形圈被挤入间隙的主要因素有压力、硬度和间隙 大小。在间隙不能太小压力又较大的场合，则通过加挡圈以防止O形圈被挤入间 隙而损伤，常用的挡圈材料有聚四氟乙烯和皮革。
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O-RING密封的使用与介绍
介质名称
汽油 苯 醇
NR
差 差 优
SBR
差 差 优
BR
差 差 优
CR
良 差 优
NBR
优 可优
IIR
差 差 优
EPDM
差 差 优
CSM
良 可优
ACM AU
优 差 差 优 可可
QM
可可优
FKM
优 优 优
醚
酮 酯 水
差
可+ 可优
置。 不同橡胶产品储存期见下表：
注： 1.初始储存期：从制造之日起适当包装的橡胶制品在样品需要检验或重
新试验之前在规定条件下可以储存的最长时间； 2.扩展储存期：适当包装的橡胶制品在初始储存期之后需要进行进一步 检验或重新试验之前可以储存的时间。
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NaOH
无机盐
优
优
优
优
/
/
优
优
优
优
优
优
优
优
优
优
/
/
/
/
/
/
优
优
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O-RING密封的使用与介绍
5.安装注意事项 ※ 为了防止O-RING安装时被划伤，沟槽的棱角处应采用倒角或圆角设计，
O-RING安装经过螺纹等部位时则需要使用护套或倒环使其能平滑进入沟槽。
1.选型与设计需考虑的因素 ◎ 密封圈的设计需要考虑密封圈的材料、硬度（通常指邵氏硬度）、规
格（通常用内径*线径表示）、公差、拉伸率和压缩率等因素；
◎ 密封槽的设计需要考虑密封槽的型式、尺寸、密封槽填充率及密封面
的加工精度等因素；
◎ 密封圈与密封面的配合需要考虑密封装配间隙、同轴度（偏心量）等
因素。
5
5 7 7 7 7 7 7 7
2
2 3 3 3 3 3 3 3
溴化丁基橡胶
氯化丁基橡胶 三元乙丙橡胶 氟橡胶
BIIR
CIIR EPDM FKM
7
7 10 10
3
3 5 5
硅橡胶
QM
10
5
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O-RING密封的选型与设计
O-RING密封是由O型密封圈、密封槽和密封面三部分组成的，因此， ORING密封的设计是指密封圈的选型、密封槽的设计，密封间隙、公差与配合 的设计。
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O-RING密封的选型与设计 3. 密封沟槽的设计
¤ 密封沟槽型式设计 安装O形圈的沟槽多种多样，有矩形槽、三角形槽 、燕尾形槽 、半圆形 槽 、斜底形槽等，见下表，这些形状的设计是基于用途和结构的需要，使用 效果不尽相同，以下仅介绍使用最广泛的矩形沟槽。
旋转密封
油
0.95~1.0
5~10%
¤
沟槽宽度的设计
沟槽宽度是O形圈密封设计的又一个至关重要的参数，正确的沟槽宽度是防 止O形圈挤出破坏的主要因素之一，沟槽侧壁与O形圈间应该有间隙，故 矩形槽宽 b= dW+(0.3～0.5)dw
当工作压力超过10MPa时需要加装挡圈，加挡圈的沟槽宽度需相应加大，当 有n个档圈,档圈宽度为t时,
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O-RING密封的使用与介绍
6.储存注意事项
※ 严格控制储存温度，一般应在30℃以下，最好在15℃，以免温度过高使
制品老化，性能下降。
※ 控制湿度，相对湿度应不大于80%，储存室或制品表面不得有湿气凝结。 ※ 避免使用高紫外线光源和日光直射。 ※ 避免储存在臭氧浓度较高或有有机溶剂挥发的环境中。 ※ 特别注意储存过程中不得使橡胶密封制品产生形变，不应堆放或扭曲放
※ 安装时不要过度拉伸O-RING,以免其截面尺寸受到影响。 ※ 不要让O-RING发现扭转。 ※ O-RING表面要涂抹润滑油（注意：橡胶材料的耐介质性能及系统的要
求）。
※ 使用前要注意产品的储存期（储存期从产品生产之日算起），超过储存
期的产品尽可能不要使用，如需使用，则应先进性能检测，合格后方可使用。
O-RING密封的选Biblioteka Baidu与设计
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目录
O-RING密封的使用与介绍 O-RING密封的选型与设计 O-RING密封设计实例应用
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O-RING密封的使用与介绍 O-RING密封可用于对油、水、空气、酸、碱、有机溶剂、真空等的 密封，属于接触式密封,按使用状态分为静态密封和动态密封。
型式 矩形槽 三角形槽 燕尾形槽 半圆形槽 斜底形槽
简图 动,静密封均 适宜,应用普 遍 尺寸紧凑,静 密封用 O形圈牢固 处于沟槽内, 不脱落,适宜 安装上法兰 仅用于旋转 轴,应用不普 遍 应用燃料油 类介质,O形 圈有较大膨 胀的场合
说明
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O-RING密封的选型与设计
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O-RING密封的使用与介绍 4.使用介质
O-RING密封圈耐介质性能（重量变化、体积变化）是由橡胶的主体材料所决 定，不同橡胶由于其主链结构和侧基的不同，耐介质的性能差异很大，一般来说， 极性橡胶耐非极性介质的性能优良，非极性橡胶耐极性介质的性能优良。