密封圈设计

密封技术是一门相对较复杂的技术，主要应用于液压系统，水泵系统及其它工业技术方面。在玩具业中，以橡胶圈密封为主要形式，尤以O形圈密封使用最为广泛，对体积较大，密封面积较大的玩具，也常使用U形及V形密封圈并辅以密封油的形式来实现。 一、O形圈密封

1. O形圈密封的范围及优缺点

O形圈密封是典型的挤压型密封形式，其应用范围广，结构简单，主要用在要求静密封的工作条件下。当然，也可用于动密封，但因容易产生扭曲等原因，只能用在较轻载工况下，如活塞型的往复运动，如要用O形圈密封的话，一般必须要控制好其压缩量或使用弹性挡圈才可保证一定的使用寿命。

所以，O形圈一般只用在静态密封或轻载的往复运动动态密封情况下。 2. O形密封圈的设计要点 ① 压缩量设计要得当

O形圈的压缩量一般根据经验来确定，因其所受影响因素较多，如硬度，沟槽尺寸等，对静密封通常在圆柱表面的压缩率为10%~20%左右，而在平面上的压缩量取15%~25%，如在动密封状态下，由于受马达扭力或对人手操作力的限制，需加密封润滑油或合理调整压缩量，一般压缩量为6%~10%。压缩量仅为经验数据，要根据实际功能要求调整。 ② 选择合适的材料及硬度

一般来说，受压越高，要使用较硬一些的橡胶圈，或者加大压缩量也可达到相同效果，一般使用的橡胶材料有NBR、SBR、SI-RUBBER等，硬度一般在40°~80°左右范围，O形圈材料选择要注意以下要求： a. 能抵抗介质的侵蚀作用(如腐蚀、溶胀、溶解等)。 b. 抗老化能力强，在工作温度下要稳定可靠。

c. 耐磨性好，弹性好，在一定的硬度，寿命时间内压缩变形小。

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O形密封圈常用材料的使用范围

使用温度 材料 适用介质 运动用 丁腈橡胶(NBR) 氯丁橡胶(CR) 矿物油、汽油、苯 空气、水氧 80 80 静止用 -30~120 -40~120 运动时应注意 永久变形大，不适用矿物油 备注 丁基橡胶(IIR) 动植物油、弱酸碱 80 -30~110 丁苯橡胶(SBR) 碱、动植物油、水、80 空气 水弱酸碱 高低温油、动植物油、-60~260 矿物油、氧、弱酸碱 高温油、氧、臭氧 水、油 热油、蒸气无机酸、 酸碱、各种溶剂 100 60 150 -10~150 -30~80 -20~200 -100~260 -60~260 避免使用 运动部位避免使用 耐磨、避免高速使用 不适用于运动部位 60 -30~90 不适用矿物油 不适用蒸气、运动部位-30-~110 不适用矿物油 天然橡胶(NR) 硅橡胶(SI) 氯磺化聚乙烯(CSM) 聚氨脂橡胶(AU) 氟橡胶(FPM) 聚乙四氟烯(PTFE) ③ 沟槽的设计

常见的沟槽有矩形、三角形、半圆形、燕尾形、以矩形使用较多。 矩形槽适用于静密封和各种动密封场合，如压力来自于内径方向，则沟槽外径尺寸须与O形圈外径相等，如压力来自外径方向；则沟槽内径尺寸要与O形圈内径相等，而一般密封圈与沟槽的间隙在0.20mm以下。

另，为方便O形圈装入式运动时不致损坏，沟槽的端部应倒角，尺寸随沟槽

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尺寸大小而定。槽底及两侧要平整、光滑以保证其密封性能。 ④密封圈压盖的固定螺丝要分布均匀，使周边受力平衡。 3. 使用O-RING的注意事项

① 要注意使用合理的压缩量，压缩量过大会损伤O-RING，而过小会产生泄漏。不能一味地加大压缩量，压缩越大，长时间会产生橡胶应力松弛而失去弹性，在较高温度下，会使O-RING产生永久变形从而失效。动态密封的要求和静态密封有所不同，要分开处理，一般来讲，动态密封为减少能量的损耗，尽量要实现低磨运动。例如使用低磨橡胶，(在橡胶里加入二硫化钼、石墨等)，润滑密封油，减小压缩量相结合的方式等。

② 要注意沟槽的偏心度，如沟槽偏心太大，会影响密封圈的密封效果，沟槽的表面也要光滑，平直，槽口要倒角，装入时要涂润滑油等，防止装配损伤。 ③ 要注意O-RING材料与润滑油的适应性，有些橡胶材料不适合矿物油，很容易老化。如NR(天然橡胶)、SBR(丁苯橡胶)等，一般NBR(丁腈橡胶)和硅橡胶较常用，但硅橡胶价格贵，不能用在有蒸气或运动较快速的部件上。

④ O形圈的橡胶模一定要注意尺寸精度，在设计上防止飞边，为此用45°分模比90°分模要好一些，飞边要控制在0.10mm以下，如发现品质不良，要尽快改善模具或工艺。

⑤ O形圈要在自由状态下存放，不应受压。要避免阳光照射，潮湿而老化。 4. 密封设计实例

TOMY产品C846浴室玩具是应用密封方法较多的一款产品。

① 对电池门，采用O-RING来密封。

② 对开关制，采用密封套，压住密封套的唇口来密封。 ③ 对小箱，采用超声焊接的方法来密封。 ④ 引出的电线，用密封胶封住出线孔口。

⑤ 齿轮泵(牙箱)的马达尾部及前端用O-RING来密封，齿轮转轴处用密封套，其颈部内径与轴过盈0.2~0.3mm，过盈处长度不宜太长，否则磨擦阻力会很大，

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设计为0.6~0.7mm且在密封套内填充密封油来实现动态密封。

此产品的密封难点在动态密封上，曾多次因此处密封不良而致使水进入马达而烧坏被退货，而使用过大的过盈量往往会使电流严重超标，电机发热而烧坏。生产中需严格控制的是密封套的颈部尺寸要精确，不能有偏心及批锋，生产线上用塞规100%全部检查。为减少磨擦，转动颈部要涂润滑油，为达安全密封，密封套V形腔内填充密封油。

插图一：C846牙箱密封实例.

插图二：C846开关用

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密封套实例.

二、橡胶唇形密封圈

对密封面积较大的产品，通常用U形、V形，L形密封圈来密封，例如太阳产品水陆车，就使用的是U形密封圈。

对U形或V形密封圈，其压骨及沟槽尺寸十分重要，压骨的端部高度要一致，沟槽的槽口要做倒角，槽两侧及底部要光滑平整。其压缩量可比O形圈更大一些，可达30%的压缩量，另外，其压盖的固定螺丝分布一定要均匀。通常在沟槽内加防水密封油作辅助使用，防水油使用的型号很多，例如旭升的5090B密封防水油。 唇形密封圈的形式：

三、其他密封方式

如淋浴喷头及浴具用品，由于要承受较高的水压，为防止漏水，通常在各功能的切换间用O-RING或其他异形橡胶密封圈，而其内部密水室各胶件的连接则用超声波焊接，超声焊接一般要用双止口，超声线要连续，高度要一致，有时需将胶浆填入止

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