O 型環槽尺寸設計

O 型環是藉由自身的擠壓變形來達到密封功能,依擠壓變形的方向可分為軸向密封與徑向密封。 軸向密封經常應用在平坦面的密封,依壓力源位置又細分為內壓密封與外壓密封。 徑向密封常應用於軸孔配合的組件中,軸件、孔件可能相對靜止,或有相對運動,如活塞、液氣壓缸。 經由計算器的協助,可以快速知道安裝槽與 O 型環搭配時,擠壓率、填充率、伸長率等設計指標是否落在合理範圍內。

安 裝 槽

內壓密封
外壓密封
孔側固定
軸側固定

O  型 環

擠壓量

mm

 

 

偏心擠壓量

mm

 

 

擠壓率

%

 

靜:15~30, 動:5~20

偏心擠壓率

%

 

靜:15~30, 動:5~20

填充率

%

 

建議 < 85

內徑伸長率

%

 

超過 5 易提早老化

外徑壓縮率

%

 

超過 3 易安裝困難

擠出間隙

mm

 

蕭氏硬度 < 10 bar < 50 bar < 100 bar
70 < 0.5 < 0.3 < 0.1
80 < 0.7 < 0.5 < 0.3
90 < 0.8 < 0.6 < 0.4

內徑拉伸率

O 型環應用在外壓密封,或固定在軸上時, O 型環的內徑通常會小於安裝槽。因此當 O 型環安裝完成,周長會受拉伸而變長,這個變化量可以用內徑拉伸率表示。 拉伸率過大除了會造成 O 型環壽命縮短,也會導致 O 型環產生永久變形,降低密封的效果。

內徑拉伸率
\[ 內徑拉伸率 \, \% \\[12pt] = {{\pi (d - ID)} \over \pi \times ID} \times 100 \\[12pt] = ({d \over ID} - 1) \times 100 \]

外徑壓縮率

O 型環應用在內壓密封,或固定在孔內時, O 型環的外徑通常會大於安裝槽。因此當 O 型環安裝完成,周長會受壓縮而變短,這個變化量可以用外徑壓縮率表示。 壓縮率過大會造成 O 型環安裝困難,嚴重甚至扭曲。

外徑壓縮率
\[ 外徑壓縮率 \, \% \\[12pt] = {{\pi (OD - D)} \over \pi \times OD} \times 100 \\[12pt] = (1 - {D \over OD}) \times 100 \]

擠壓率

擠壓率表示截面厚度的變化百分比, O 型環具有一定彈性,可以藉由擠壓變形來達到密封功能。 雖然擠壓變形愈大可以密封的更緊密,但過量的擠壓會造成 O 型環損壞,在運動件中除了帶來更大的摩擦力,更會加速 O 型環的磨耗。

擠壓率
\[ 擠壓率 \, \% \\[12pt] = { 擠壓量 \over 線徑 } \times 100 \\[16pt] = { {CS - H} \over CS } \times 100 \\[12pt] = ( 1 - {H \over CS} ) \times 100 \]

填充率

填充率是 O 型環在溝槽中所佔的體積百分比,在設計時應確保小於 85% ,使溝槽內仍留有一些空間,用來容納 O 型環的的尺寸公差,或是 O 型環因接觸流體所產生的膨脹,以及遇熱膨脹等情形。

填充率
\[ 填充率 \, \% \\[12pt] = { {圈環體積} \over {溝槽體積} } \times 100 \\[24pt] 圈環體積 \\[12pt] = { \pi^2 \over 4 } CS^2 (ID + CS) \\[24pt] 溝槽體積 \\[12pt] = { \pi \over 4 } H (D^2 - d^2) \]

擠出間隙

在軸件與孔件的密封場合中,擠出間隙指的是兩件之間所存在的間隙,在較高的壓力下,O 形環可能會被壓入到間隙中,特別是較軟材質的 O 型圈。 組裝時盡量確保軸件與孔件保持同心,減小擠出間隙,此外,也可以選用硬度較高的材質或是搭配背拖環。

填充率