O型圈槽设计

O 形圈凹槽设计概述

Global O-Ring and Seal 制定了 O 形环槽设计和压盖尺寸指南。这些指南旨在用于基本设计考虑，并帮助理解 O 形环压盖/槽设计的核心原则。压盖/槽的适当设计需要考虑许多因素，包括但不限于静态或动态应用、压力条件、被密封的流体特性以及 O 形环和槽的公差。

找到正确的 O 形圈横截面

设计中的 O 形圈横截面将决定您所有后续尺寸和规格。标准 O 形圈有各种横截面和内径 (ID)。例如，ID 为 5 ¼ 的 O 形圈可以以四种标准 AS568 横截面购买。以下列出了选择较小和较大横截面 O 形圈的优势。

较小横截面积 O 形圈的优势

  • 紧凑且重量更轻的 O 形圈
  • 如果设计采用昂贵的弹性体（如FKM或FFKM） ，则最具成本效益
  • 减少沟槽加工

较大横截面积 O 形圈的优势

  • 需要较小的挤压来形成密封，从而减少压缩变形问题
  • 在保持可接受的压缩挤压的同时，加工槽的公差变化更大

内径/外径干涉

根据以下指导原则，O 形圈的内径或外径应调整大小以产生一定的干涉：

  • 活塞压盖密封： O 形圈的内径应小于压盖的外径，以便安装的 O 形圈始终略微拉伸（最大 5%）
  • 杆压盖密封： O 形圈外径应略大于内径压盖深度（最大 2%）
  • 外部压力面密封： O 形圈内径应略小于压盖内径（压盖内径） （最大 5%）
  • 内部压力面密封： O 形圈外径应略大于压盖外径（压盖外径） （最大 3%）

O 形圈槽/压盖类型

下面列出了四个标准应用沟槽设计指导表以及尺寸参考图。第一个表适用于工业端面或法兰密封。第二个表适用于静态工业径向应用。第三个表适用于动态工业往复应用。最后，第四个表适用于燕尾沟槽设计。这些 O 形环沟槽设计指南为基本 O 形环沟槽设计应用提供了默认尺寸指导。

法兰/面密封

法兰或面密封是静态的，表面之间不会有间隙，从而消除了与挤压相关的任何设计问题。这是最简单的凹槽设计。

AS568 系列O 形圈横截面压盖深度 (D)挤压盖宽度 (W) 液体压盖宽度 (W) 真空和气体压盖圆角半径
名义容差（+/-）实际的百分名义容差（+/-）名义容差（+/-） R1 R2
-0XX 0.070 0.003 .055-0.057 .010-.018 15%-25% 0.103 0.002 0.084 0.003 0.010 0.005
-1XX 0.103 0.004 .088-.090 .010-.018 10%-17% 0.140 0.003 0.121 0.003 0.010 0.005
-2XX 0.139 0.004 .121-.123 .012-.022 9%-16% 0.180 0.003 0.160 0.003 0.018 0.005
-3XX 0.210 0.005 .185-.188 .017-.030 8%-14% 0.280 0.003 0.240 0.003 0.028 0.005
-4XX 0.275 0.006 .237-.240 .029-.044 11%-16% 0.352 0.003 0.310 0.003 0.028 0.005

燕尾端面密封

燕尾面密封是一种特殊的静态密封件，旨在将 O 形环保持在凹槽中。这种设计在使用过程中打开和关闭密封件时非常有用。

AS568 系列O 形圈横截面压盖深度 (D)压盖宽度 (W)压盖圆角半径
名义容差（+/-）名义容差（+/-）名义容差（+/-） R1 R2
-0XX 0.070 0.003 0.052 0.002 0.064 0.002 0.015 0.005
-1XX 0.103 0.004 0.078 0.003 0.088 0.003 0.015 0.01
-2XX 0.139 0.004 0.106 0.003 0.120 0.003 0.031 0.01
-3XX 0.210 0.005 0.164 0.004 0.176 0.003 0.031 0.015
-4XX 0.275 0.006 0.215 0.004 0.235 0.003 0.063 0.015

静态压盖密封

当两个配合部件的表面之间有设计间隙时，使用静态压盖密封。通常，这些应用涉及将一个配合部件插入另一个需要设计间隙的部件的设计。

AS568 系列O 形圈横截面压盖深度 (D)挤压盖宽度 (W)间隙（H）压盖圆角半径
名义容差（+/-）实际的百分名义容差（+/-）带 1 个备用环带 2 个备用环最大限度R1 R2
-0XX 0.070 0.003 .050-0.052 .015-.023 22%-32% 0.095 0.002 0.140 0.207 0.002 0.007 0.005
-1XX 0.103 0.004 .081-.083 .017-.025 17%-24% 0.142 0.003 0.173 0.240 0.002 0.007 0.005
-2XX 0.139 0.004 .111-.113 .022-.032 16%-23% 0.189 0.003 0.210 0.277 0.002 0.017 0.005
-3XX 0.210 0.005 .170-.173 .032-.045 15%-21% 0.283 0.003 0.313 0.412 0.003 0.027 0.005
-4XX 0.275 0.006 .226-.229 .040-.055 15%-20% 0.377 0.003 0.410 0.540 0.003 0.027 0.005

动态密封

当两个配合部件在保持密封的同时相对移动时，使用动态压盖密封。两个表面之间始终存在间隙。

AS568 系列O 形圈横截面压盖深度 (D)挤压盖宽度 (W)间隙（H）压盖圆角半径
名义容差（+/-）实际的百分名义容差（+/-）带 1 个备用环带 2 个备用环最大限度R1 R2
-0XX 0.070 0.003 .055-0.057 .010-.018 15%-25% 0.095 0.002 0.140 0.207 0.002 0.007 0.005
-1XX 0.103 0.004 .088-.090 .010-.018 10%-17% 0.142 0.003 0.173 0.240 0.002 0.007 0.005
-2XX 0.139 0.004 .121-.123 .012-.022 9%-16% 0.189 0.003 0.210 0.277 0.002 0.017 0.005
-3XX 0.210 0.005 .185-.188 .017-.030 8%-14% 0.283 0.003 0.313 0.412 0.003 0.027 0.005
-4XX 0.275 0.006 .237-.240 .029-.044 11%-16% 0.377 0.003 0.410 0.540 0.003 0.027 0.005

凹槽设计注意事项

上面显示的设计表是使用最佳实践创建的，包括压缩比、O 形圈挤压、同心度和直径间隙以及备用环。

压缩率

我们的指导原则从标称（或规定）尺寸开始，然后结合设计元素的公差，为设计压盖/凹槽提供正确的基础。注意：设计师将在尺寸参数之间进行权衡。最终设计必须处理极端公差。

在上述计算中，我们使用了公称（或规定）尺寸。然而，在设计凹槽时，必须考虑两种极端情况。首先，O 形环处于其公差上限，而压盖高度处于其公差下限。其次，O 形环处于其最小横截面公差限，而压盖处于其最大尺寸公差限。这些将产生最高压缩率和最低压缩率。所有三个压缩值都必须介于 5%-30% 的挤压之间。

计算 O 形圈密封件尺寸

固定 O 形圈的压盖具有矩形区域。一旦选择了 O 形圈横截面积并计算了压盖高度（以实现对 O 形圈的所需挤压），最终计算将是压盖宽度。要找到所需的最小面积，请计算 O 形圈的总体积，从而创建矩形以容纳该体积。以下是根据横截面计算 O 形圈体积的公式。

O 形圈体积计算

目标填料填充建议包含多个因素，这些因素可能会影响容纳 O 形圈所需的体积。这些因素包括热膨胀空间、因接触液体而膨胀，以及加工槽和模制 O 形圈的公差变化的影响。

O 形圈挤压

对于径向密封件来说，挤压是一个问题，因为运动部件之间存在设计间隙：无论是活塞和孔，还是杆和孔。问题是，在一个方向的较高压力下，O 形圈可能会被压入小间隙并受损。密封系统的整体设计必须考虑到这个设计间隙。

同心度和直径间隙

在密封设计中，除非通过轴承确保孔和活塞（或杆）保持同心，否则必须假设所有可能的间隙都会向一侧移动。这是设计挤压时使用的间隙。

挤压设计限制

密封设计中有许多设计元素可用于解决挤压问题。如果通过对齐/轴承减小最大允许间隙，则允许同一 O 形环的压力增加。另一种选择是增加化合物的硬度，这会增加规定间隙的允许压力。要了解有关O 形环压力公差所涉及的元素的更多信息，请单击此处。

另一种选择是使用防挤压元件备用环。备用环由薄而硬的塑料材料制成，例如尼龙、PTFE 和 PEEK。备用环通过覆盖现有间隙来工作。下面是挤压图，提供了间隙和 O 形圈硬度计的压力限制。如果间隙设计和硬度计的权衡不起作用，建议使用备用环来克服挤压问题。

备用环布局

备用环旨在消除高压密封应用中的挤压间隙。如果压力来自一个方向，则只需要一个备用环。如果压力来自两个方向，建议在 O 形环的两侧放置一个备用环。应将备用环的添加纳入填充计算中，以确定凹槽宽度。最后，备用环可以是平的（实心、分体或螺旋形），也可以是轮廓状的。