文章以“GB/T3452.3-2005液壓氣動(dòng)用O型橡膠密封圈溝槽尺寸”為標(biāo)準(zhǔn)，舉一實(shí)例詳細(xì)說明O型圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟，并對相關(guān)概念進(jìn)行了探討。

　　引言

　　有關(guān)O型圈密封原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用、技巧方面的文章很多，但都是從某一方面進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，以油缸內(nèi)徑80mm的液壓活塞動(dòng)密封為例，詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)過程。

　　1、設(shè)計(jì)步驟

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

　　(2)液壓活塞動(dòng)密封：以油缸內(nèi)徑d4=80為參數(shù)；

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

　　(4)根據(jù)“液壓活塞動(dòng)密封溝槽尺寸”確定O型圈內(nèi)徑d1=69；

　　(5)根據(jù)“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(jù)t=4.35，計(jì)算槽底直徑d3=71.3，與“液壓活塞動(dòng)密封溝槽尺寸”中d3值一致；

　　(7)估算預(yù)拉伸y*=(71.3-69)/69=3.3%；

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

　　(9)因?qū)嶋H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(nèi)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(jì)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(jù)間隙g及工作壓力，確定密封圈硬度為HS70；

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

　　(17)根據(jù)公式A.9計(jì)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(gè)重要概念及探討

　　1)預(yù)拉伸率y

　　O型圈用于活塞密封時(shí)，活塞溝槽槽底直徑d3應(yīng)大于或等于密封圈內(nèi)徑d1，二者之間類似“過盈配合”，以保證密封圈內(nèi)徑穩(wěn)固的貼合在槽內(nèi)。預(yù)拉伸率定義為：

　　y=(d3-d1)/d1(1)

　　最小預(yù)拉伸率等于0，最大預(yù)拉伸率不得大于表A.1的規(guī)定值。

　　2)預(yù)壓縮率k

　　O型密封圈用于活塞桿密封時(shí)，密封圈外徑(d1+2d2)應(yīng)大于或等于內(nèi)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(wěn)固地貼合在槽內(nèi)。最小預(yù)壓縮率等于0，最大預(yù)壓縮率不得大于表A.2的規(guī)定值。

　　3)壓縮率x

　　當(dāng)O型密封圈處于工作狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)徑、外徑同時(shí)受到擠壓變形產(chǎn)生回彈力，在與剛體接觸面間產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，若接觸應(yīng)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(yù)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(tài)下的直徑d2小，二者關(guān)系為：

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

　　將(3)式h值取代(2)式d2，即可算出在預(yù)拉伸狀態(tài)下的實(shí)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(diǎn)需要探討：第一，根據(jù)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(yīng)最小深度，最小壓縮率對應(yīng)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(yīng)的壓縮率(節(jié)選)

表2 O型圈壓縮率及對應(yīng)的活塞密封、活塞桿密封溝槽深度(部分)

　　其次，表1、表2的數(shù)據(jù)是以硬度為70IRHD(國際橡膠硬度)的密封圈為基礎(chǔ)制定的，對于其他硬度的密封圈，標(biāo)準(zhǔn)沒有說明。國內(nèi)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(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該考慮此因素。密封圈規(guī)格確定后，根據(jù)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(guān)系

表4 O型圈硬度、壓力和單邊徑向間隙最大值關(guān)系

　　3、結(jié)束語

　　文章舉一個(gè)實(shí)際例子，以GB/T3425.1為標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)介紹了O型圈設(shè)計(jì)步驟，對初學(xué)者有一定指導(dǎo)作用。由于O型圈的標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)規(guī)格系列較多，實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)千差萬別，各人的經(jīng)驗(yàn)不同，因此設(shè)計(jì)方式存在著差異。