常见的O形圈密封方式

1.引言

O形圈虽小，关系却重大。设计不好，轻则漏水漏油，重则机毁人亡，如1986年美国“挑战者”号航天飞机因O形圈在低温条件下密封失效而爆炸。在设计O形圈密封结构时，先选择一款合适的O形圈，然后参考《机械设计手册》的推荐尺寸来设计沟槽大抵不会有问题。经过一段时间的思考，笔者琢磨出一个从原理出发来设计O形沟槽的方法，能够做到以不变应万变、结构尺寸优化和密封可靠。

2.O形圈的选型

O形圈型号的通用表示为ød0（内）*W ，如图所示

O形圈的标准非常多，有国标、美标、日标、德标以及生产O形圈厂家自己的标准。

目前我用得最多的就是国标、日标和生产O形圈厂家的标准，以及自己定制的O形圈，自己定制的话需要购买者支付模具费用，所以比较昂贵，一般推荐标准或有现货的O形圈。

3.平面O形圈密封

平面固定用O形圈的设计用语如下

O形圈安装在沟槽里，为保证其密封性能，应预留一个初始压缩量。对于不同的应用场合，相对于截面直径W的压缩率也不同。通常在静密封中约15%~20%，而在动密封中约为9%~15%。

沟槽深度和宽度的选择，可以用如表所示的简化计算：

沟槽深度过大，O形圈压缩量过小容易出现泄漏。沟槽深度过小，O形圈压缩量过大，安装拆卸困难，另外会导致O形圈寿命减少。

沟槽宽度过大，O形圈受外压时，内径会变大，由O形圈体积不变原理可知，O形圈线径就会变小，导致压缩量就会变小，可能出现密封泄露问题。沟槽宽度过小，O形圈受到外压时，导致O形圈被挤坏。（仅限端面密封时候）

4.圆柱面O形圈密封

圆柱面用O形圈的设计用语如下

圆柱面O形圈密封分为活塞密封和活塞杆密封。为了方便O形圈安装，对于活塞密封，O形圈最好处于拉伸状态，其内径伸张率为0~5% ；对于活塞杆密封，O形圈最好处于压缩状态，其外径伸张率为 0~3% 。

5.三角沟槽密封

三角沟槽O形圈的设计用语如下

三角沟槽从三个方向挤压O形圈，O形圈的压缩永久性变形较大。

为方便O形圈安装，D、d尺寸可以参考圆柱面活塞杆密D2 和圆柱面活塞密封中的D1。

G尺寸可由推荐的填充率75%~90%来计算，容易知道G为1.32W~1.45W。

6.倒角与表面粗糙度

不管是平面密封还是圆柱面密封，沟槽底圆角半径 r1 为 0.2∼0.4(W<3) ， 0.4∼0.8(W<6) ，沟槽棱圆角半径 r2 统一为 0.1∼0.3 。O形圈密封面粗糙度为1.6，与O形圈接触面但是非密封粗糙度为3.2.

为了方便安装，O形圈的导入口需要有15°~20°的倾斜角，方便O形圈的安装，而且不易刮坏O形圈。

7.挡圈的标准

当密封压力达到10MPa以上的时候就需要添加挡圈，以保证O形圈在受压的时候不会发生挤出现象，单侧出现压力大于10MPa就单侧加挡圈，二侧出现压力大于10MPa就单侧加挡圈。

挡圈的大小选择如下图所示，选自《机械设计手册（第五版）第三卷（润滑与密封）》

8.本文主要介绍静密封

径向密封和端面密封：二种密封方式中，端面密封效果更好，因为如果出现泄漏，我们可以增大预压力，保证密封的可靠性。正因为需要增加预压力，所以被密封件就会受力，可能会导致被密封件变形，而径向密封就不会出现该问题。

径向密封：

利用O形圈自身压缩量实现密封，这种方式往往需要卡住被密封件，防止密封件被气压吹出。

外界提供预压力实现密封：气缸、摩擦力、压缩空气

利用活动件可以沿着气缸力方向运动，实现挤压o形圈，实现密封效果。

扳动凸轮机构就可以实现O形圈的挤压，实现密封，图中O形圈还可以更换矩形圈。利用O形圈和矩形圈的摩擦力钩住固定件，使密封件不脱落。

气胀：内气胀、外气胀，图中展示的是内气胀，外气胀大家可以思考以下怎么实现。

端面密封：

O型圈端面密封：比如常见的法兰与法兰之间的密封，一个法兰铣槽，一个法兰不铣槽，用螺丝锁紧实现密封，也可以用气缸提供预压力。

矩形型圈（聚氨酯材质）端面密封：这种密封一般需要外界提供预压力。

紫铜垫密封：常见的压帽接头就是。

螺纹密封胶：

504红胶