O型圈密封的设计

255模压密封圈1.2.2O形圈、挡圈及X形圈(1)O形圈O形圈作为密封材料，结构简单，安装容易，密封没有方向性，而且具有广阔的使用压力范围，具有非常优异的特性。其用途可应用于从半导体、核能相关设备，到液压、空压设备等各种行业中。另一方面，根据各种流体而选用的材料或是沟槽设计等的错误使用方法，而导致耐久性受到明显影响的情况也较多，在使用时需要细心注意。(a)O形圈的止漏原理O形圈的止漏原理如图1.2.14的A所示，将O形圈安装在密封槽内，施加8～30%的挤压，在低压的情况下，O形圈可以依靠自身的弹性，直接密封。如果压力增加，如B所示，O形圈被推向密封槽的一侧，O形变形为D形，增加接触面压力，进行密封。如果压力进一步提高，如C所示，从密封槽的游隙挤出，O形圈自身被损坏，破坏密封功能。作为这种高压情况的应对措施，可以通过使用挡圈防止挤出。图1.2.15表示随着工作压力的增加，O形圈的变形情况，如图1.2.15的D所示在压力6.3MPa{64kgf/cm2}左右时，发生挤出。E作为高压用，使用了挡圈，O形圈即使因高工作压力而被推向一侧，也不会发生挤出。因此，O形圈在工作压力6.9MPa{70kgf/cm2}以上时应使用挡圈。图1.2.14O形圈的止漏原理技·制O形圈设计好的O形圈沟槽不承受压力时不承受压力时止漏状态止漏状态挤出压力过大的压力256图1.2.15因各压力而导致的O形圈变化状况技·制使用了挡圈时压力257模压密封圈(b)O形圈的硬度、压力及游隙的关系在没有使用挡圈时，O形圈的挤出会明显影响O形圈的寿命。从O形圈沟槽挤出的现象，主要是与游隙有关，此外，流体的压力、橡胶材质的硬度也是原因之一。根据JISB2406-1991（O形圈安装沟槽部分的形状、尺寸）,规定如下。(甲)运动用及固定用（圆筒面）的沟槽的游隙在使用状态下，当游隙（2g）小于表1.2.2的值时，不使用挡圈也可以，但是当超过表1.2.2的值时，应并用挡圈。表1.2.2不使用挡圈时的直径游隙（2g）的最大值技·制压力单位mm注(1)弹簧硬度，根据JISK6301的5.2.2的A型（JISA）决定。参考：B2406-1991解说引用游隙O形圈从沟槽部位的挤出，主要与游隙（2g）有关，此外，还受流体压力、橡胶材料的硬度的影响，游隙的极限如表1.2.2所示。O形圈从沟槽部位挤出的游隙极限值如表1.2.2中给出的是实验性的值。该数值，在日本作为参考值毫无问题地被使用至今。表1.2.2的压力范围，是根据ISO3322中使用的液压相关的压力等级而给出的，关于支持其它压力的实际游隙极限值的具体情况，如解说图（图1.2.16）中所示，可以参考并计算得出。O形圈的硬度（弹簧硬度Hs）(1)游隙（2g）使用压力以上以上以上以上258图1.2.16O形圈的挤出极限曲线技·制流体压力参考（纯PTFE挡圈）有挤出现象无挤出现象肖氏硬度A最大直径游隙备注1.试验条件①未使用挡圈。②因流体压力而导致的气缸膨胀为0。③从0至图示压力，以150转/分的转速旋转10万转后的结果。2.当考虑到因流体压力而导致气缸膨胀时，必须采用图中值的75%以下的游隙。259模压密封圈(c)O形圈的压缩量与压缩力的关系图1.2.17O形圈截面技·制图1.2.18O形圈的压缩量与压缩力技·制技·制技·制技·制技·制O形圈中心直径压缩量（%）肖氏硬度A50中心圆周（中心直径×π）单位长度的压缩力（kg/mm）压缩量（%）肖氏硬度A50中心圆周（中心直径×π）单位长度的压缩力（kg/mm）压缩量（%）中心圆周（中心直径×π）单位长度的压缩力（kg/mm）压缩量（%）肖氏硬度A50中心圆周（中心直径×π）单位长度的压缩力（kg/mm）压缩量（%）中心圆周（中心直径×π）单位长度的压缩力（kg/mm）肖氏硬度肖氏硬度图1.2.20O形圈的压缩量与压缩力图1.2.22O形圈的压缩量与压缩力图1.2.19O形圈的压缩量与压缩力图1.2.21O形圈的压缩量与压缩力260(d)华尔卡O形圈的规格规格种类按材料区分按用途区分一般矿物液压油用燃料用动植物油用耐热用耐热耐油用制冷液用一般机器用汽车用航空用华尔卡SG规格(1)1种A1种B2种3种4种C4种DP（运动用）G（固定用）V（真空用）ISO(一般工业用)丁腈橡胶（NBR）丁腈橡胶（NBR）氟橡胶（FKM）氟硅橡胶（FVMQ）丙烯橡胶（EPDM）丁二烯橡胶（SBR）硅橡胶（VMQ）氟橡胶（FKM）丙烯酸橡胶（ACM）固定用1种A2种3种4种C4种D4种E5种运动用固定用丁腈橡胶（NBR）丁腈橡胶（NBR）氟橡胶（FKM）氟硅橡胶（FVMQ）丙烯橡胶（EPDM）丁二烯橡胶（SBR）硅橡胶（VMQ）氟橡胶（FKM）运动用固定用注(1)华尔卡SG系列，是适应设备小型化的需求，特别将线径较细的O形圈系列化而成。261模压密封圈(e)O形圈橡胶材料的种类与特点适用规格与JIS规格相当的其它编号1种A1种B2种3种4种C4种D一般工业用4种E1种2种橡胶种类丁腈橡胶丁腈橡胶(NBR)丁腈橡胶丁二烯橡胶硅橡胶氟橡胶丁腈橡胶丁腈橡胶特级橡胶氟橡胶氟硅橡胶ARMOR系列丙烯橡胶氯丁橡胶(CR)丙烯酸橡胶丁基橡胶聚氨脂橡胶硬度材料标号用途及特点具有耐油、耐热、耐磨损性，是液空压用的标准材料与B0570基本相同的，耐压性优异的材料煤油、汽油等优异的一般燃料油用材料乙二醇、制动油及动植物油用的材料在合成橡胶中，表现出最优异的耐热、耐寒性的材料表现出优异的耐热、耐矿物油性，压缩永久变形小的优异材料具有耐油、耐热、耐磨损性，是液空压用的标准材料耐寒性优异的丁腈橡胶耐油性、耐汽油性特别优异的丁腈橡胶耐热、耐油、高强度、耐磨损性优异的材料耐酸性优异的材料与D0270基本相同的，耐压性优异的材料耐热水、耐碱性优异的材料比D0270耐寒性优异的材料对于从低温到高温的燃料油、矿物油等性能优异的材料液晶、半导体制造装置用密封材料，耐等离子性、纯粹性、非粘附性优异的材料耐蒸汽、耐植物油、制动油、耐难燃性液压油性能优异的3种材料耐氟里昂、耐气候性优异的材料比丁腈橡胶耐高温、耐油性优异的材料水道不锈钢管的接头密封用的耐热水、耐蒸汽性优异的材料与F0075基本相同的，耐压性优异的材料耐油、高强度、耐磨损性最优异的材料华尔卡注(1)关于特殊材料，由于未备有模具，所以在订购时请加以确认。()日本水道协会种类标准材料主要特殊材料(1)262(f)O形圈的公制及英制规格O形圈的公制规格如表1.2.3所示。当需要英制的尺寸时，应使用AS568。表1.2.3公制规格技·制规格编号及名称O形圈O形圈安装沟槽部位的形状、尺寸O形圈用挡圈汽车用O形圈真空装置用法兰263模压密封圈(g)O形圈的使用方法(甲)沟槽的表面粗糙度降低与O形圈接触部分的摩擦阻力，同时，为了充分发挥防漏功能，提高O形圈的使用寿命，表面加工应尽量提高精度，JIS对于一般用作了表1.2.5（JISB2406），对航空用作了表1.2.6（MIL-G-5514F）的规定。表1.2.5运动用及固定用(圆筒面)与固定用(平面)(JISB2406)沟槽部位的表面粗糙度技·制单位µm设备部分用途承受压力方沟槽的侧面及底面O形圈的密封部位的接触面O形圈安装用倒角部位固定用运动用固定用运动用无脉动平面圆筒面有脉动使用挡圈时不使用挡圈时无脉动有脉动表面粗糙度(参考)Rmax设备部分表面粗糙度（中心线平均粗糙度）气缸内径或活塞杆最大（密封圈滑动的直径面）O形圈沟槽直径运动用密封最大固定用密封最大不使用挡圈时的O形圈沟槽侧面运动用密封最大固定用密封最大使用挡圈时的最大O形圈沟槽侧面备注表面粗糙度符号S与a的关系无法统一定义，不过对于规则的平滑面，S=4a是成立的。表1.2.6表面粗糙度（MIL-G-5514F）技·制264(乙)O形圈的沟槽尺寸①作为法兰密封垫片的使用方法一般采用如图1.2.23、图1.2.24、图1.2.25所示的使用方法。此时，当流体的压力施加到O形圈内侧时，取沟槽外径等于O形圈的公称外径，而当施加以外压时，则取沟槽内径等于O形圈的公称内径，沟槽的深度及幅度按照JISB2406的规定，表1.2.7为参考，此外，表1.2.8给出了以英制的O形圈作为密封垫片使用时的沟槽尺寸。另外，表1.2.9中给出了一般工业用（ISO）O形圈的沟槽尺寸，以作参考。图1.2.23外压用技·制图1.2.24内压用技·制图1.2.25内压用（O形圈未拉入内侧时）技·制表1.2.7公制的O形圈作为密封垫片使用时的沟槽尺寸（JISB2406）技·制表1.2.8英制的O形圈作为密封垫片使用时的沟槽尺寸技·制单位mm单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)O形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)265模压密封圈②作为运动用及固定用（圆筒面）的使用方法作为运动用及圆筒面用，在JISB2406及MIL-G-5514-F中以图1.2.26、图1.2.27给出了O形圈安装沟槽部分的形状，以表1.2.10、表1.2.11给出了其尺寸表。不过，根据经验，对于固定用圆筒面，推荐使用表1.2.12、表1.2.13的沟槽尺寸。表1.2.14、表1.2.15给出了将一般工业用（ISO）O形圈用于运动用及固定用圆筒面时的沟槽尺寸，以作参考。此外，为了进一步确保密封，也有采用表1.2.16、表1.2.17作为O形圈不旋转的运动用沟槽尺寸。但这不是一般性的使用方法，是用于即使摩擦阻力增大、使用寿命缩短，也不得不使用的场合。例如，压力在49MPa{500kgf/cm２}以下，需承受震振的场合或滑动速度非常缓慢的场合，采用该沟槽尺寸。另外，超高压用49MPa～196MPa{500～2000kgf/cm２}液压起重机等，或作为空压气缸用（低压用，一般压缩量3～5%）而使用O形圈时，需特别注意沟槽的设计。表1.2.9一般工业用(ISO)O形圈作为密封垫片使用时的沟槽尺寸(参考)技·制单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)266凸形密封部位的气缸内径气缸外径凸形密封部位的沟槽外径气缸内径活塞外径活塞的沟槽外径活塞杆外径活塞杆穴内径活塞杆的密封部位沟槽内径凹形密封部位的轴套外径凹形密封部位的外壳外径凹形密封部位的沟槽内径图1.2.26JISB2406-O形圈安装沟槽部分的形状技·制运动用一体槽固定用（圆筒面）分割槽注（1）E是偏心量，表示尺寸K的最大值与最小值的差，为同心度的2倍。游隙(3)(4)(两侧均是)(1)降低角度槽的详细图(2)半径表中此两面表示在界限内是同轴。注（1）沟漕角度为0°时，能够得到比较良好的效果。（2）槽和邻接支撑面之间的最大振摆。参照槽的详细图。（3）使用固定用O形圈密封时，请参照JISW20063.5.4项。（4）直径游隙是指气缸内径和与其相嵌合的部件的全尺寸差。游隙(3)(4)图1.2.27MIL-G-5514F航空用O形圈的安装沟槽部分的形状技·制267模压密封圈表1.2.10公制的O形圈用于运动用及固定用圆筒面时的沟槽尺寸（JISB2406）技·制操作压力25MPa{255kgf/cm2}单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)表1.2.11英制(AS568)的O形圈用于运动用及固定用圆筒面时的沟槽尺寸技·制操作压力10.3MPa{105kgf/cm2}以下表1.2.12公制的O形圈用于固定用圆筒面时的沟槽尺寸（华尔卡推荐）技·制表1.2.13英制的O形圈用于固定用圆筒面时的沟槽尺寸（华尔卡推荐）技·制268表1.2.14将一般工业用（ISO）O形圈用于运动用时的沟槽尺寸（参考）技·制单位mm单位mm单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)单位mmO形圈的线径槽的深度(h)槽的幅度(b)底半径(r1)表1.2.15将一