本章目的：設計出符合行業要求的O型橡膠密封圈，不必再為一而再，再而三的測試漏水而煩惱。
1.前言
O型橡膠密封圈，簡稱O型圈，是密封圈的一種，也是最有代表性的標准結構件。顧名思義，它的目的在於密封。密封設計目標是可靠性目標的一部份。
相對於其他的密封件，O型圈的好處有：
1）適用的范圍廣泛
機械各子行業，從玩具類到航空航天，及其多種密封形式：靜態密封、動態密封等，都能采用O型圈。（雖然針對某些特殊情況，可以有更好的密封方法，如矩形密封圈針對靜態密封的一部分情況）因為其運用的歷史較長，質量穩定性有一定的保障（FMEA的頻度判斷准則看看），特別是高要求的IP68，IP69K的防水防塵等級，這種傳統的密封方式的可靠性遠超其他的密封方式。而且能避開大多數的專利要求。
2）制造安裝要求簡單。
現有的行業制造技術完全能夠滿足密封圈的制作，而且花費不高。質量穩定性也好，不像超聲波焊接類的密封結構，常常和昂貴的儀器有關，焊接的質量不能得到保障。
O 型密封圈的質量是防止系統中因氣體和液體的密封失效而造成產品“跑、冒、滴、漏”現象的關鍵因素。所以在苛刻的實驗要求下，對密封圈的設計也越來越嚴謹。但很多工程師或公司卻沒有意識到這種變化，O型圈的設計也是采用一種隨便的態度。比如：測試漏水就把O型圈加粗一些，或挑選幾個測試合格的產品，把問題拖到量產上去。對設計而言，這是一種錯誤的解決問題的方法。（本質並不能解決問題就是了）
實際上，O型圈是一種非常成熟的結構，只要按照標准結果的設計方法，不盲目去創新（不是說創新不好），也不隨意的對待，是很容易達到實驗要求的，哪怕這些要求很苛刻。
具體方法如下。
2.O型橡膠密封圈設計流程
密封圈的結構可以算是典型的標准特征了，所以按照總章的流程設計即可。
1）設計要求的明確與分析；（針對事物的問題所在）
2）對症選用合適標准和文檔資料；
3）照章辦事；
4）專業化的表現；
5）特征優化：書面形式的上升空間；
6）平時的積累，為第二步做准備。
2.1 設計要求的明確與分析（針對事物的問題所在）
機械也有很多的子行業，各個行業對O型橡膠密封圈的要求是非常不一樣的。
如溫度要求，家用電器一般為-20°C~120°C,而車用一般為-40°C~140°C，單就低溫相差20°C就能淘汰一大批材料。其他的比如車用對冷凍液的耐腐蝕性，醫用材料的特殊安全要求等，都必須注意。
所以了解自身所處的行業環境，明確密封圈的設計要求，是做好設計的第一步。
一般對O型橡膠密封圈的設計要求有：
1）介質類型：也就是腐蝕方面的要求；
2）工作溫度：這是材料選擇的一個重要依據；
3）壓力范圍：密封腔體內壓力，外壓力。這部分要仔細讀讀實驗的要求。
4）密封等級要求（IP？）：IP65的要求當然和IP68不一樣，這些實驗條件會直接影響O型圈的性能參數；
5）材料要求（Rosh，Reach等）；
6）內部清潔度；
7）壽命；
8）尺寸與重量（特別是尺寸的要求）；
9）防振與防摔（一般影響較少）；
10）安裝要求；
11）成本（高低端材料成本數十倍差值）；
這個只是作者粗略寫出的要求，依據行業的不同，仍有可能增加要求。
密封設計必須滿足需求規格書和測試的要求。
若有需求規格書，規格書中必定有對上述要求的詳細規定。所以設計之前規格書的解讀是非常重要的（雖然常常被從業者忽視）。
若是自行設計或沒有規格書，需要根據國家行業要求收集相關的測試標准，這時產品注重質量的話會反而更加麻煩，但可以參考同行業有實力公司的規格書。
設計要求得到的方法具體做法詳見：
①高階篇：4.1）QFDI（客戶需求轉換為設計要求）
了解自身所處的行業環境，明確密封設計要求，是做好設計的第一步。
2.2 對症選用合適標准和文檔資料
密封圈標准的選用流程分兩步
2.2.1 選用合適結構的密封圈
對比標桿產品，選用合適的密封圈。如果是自行設計，以O型圈為上。這里切記自性心爆棚，隨意選用矩形密封圈、x型圈等，有利有弊的。
理由詳見：
①高階篇：1）競品（標桿產品）的拆解和分析benchmarking；
②高階篇：4.2.3）DFMEA現有設計：預防控制與探測控制；
其實寫到這一步作者就會想，如果是軟件行業的話，其實工作已經做完了。因為設計要求已經明確，只要把設計要求輸入，軟件會從數據庫中自動刪選並調用合適的模塊。那么，以后的工作可以說結束了。但我們在機械，沒有合適的工業輔助設計軟件一直是作者的遺憾。
2.2.2 選用此種密封圈對應的標准
密封圈的標准是在太多了，國標、行標，企標，都有。作者建議選用時各個標准都要研讀，然后依據供應商的企標設計（好的密封圈供應商都有嚴格的企業標准）。因為從嚴格程度來說一般是企標≥行標≥國標，這是標准制定的規范，當然需要結構設計師都通讀標准，再得出結論。
有些特殊的行業或公司對密封圈更有嚴格的要求。如作者就知道某家供應商對其牌號的EPDM密封圈做過針對性的試驗，得出更加嚴格的O型圈壓縮率要求。
這個也是需要遵循的標准。
2.3 照章辦事
2.3.1 耐心解讀標准
一份密封圈的標准能多達到40~50頁，這很需要耐心和專業素養。
而且作者剛剛就闡述了，需要解讀很多份這種標准。
作者會提供一些比較好的資料，可以多看看。
就作者而言，比較重要的內容有：
1）O型圈的技術參數:到底選擇哪種材質，哪類的O型圈，是否需要擋圈，來源於此。
2）O型圈的壓縮率和填充率計算。
3）O型圈溝槽設計。
4）安裝建議。
5）擋圈等。
如果有時間，作者建議完整讀一遍國標GB3452，這樣對O型圈會有一個比較好的理解。
2.3.2 作圖
1）材質：材質的牌號，技術要求中可以提交更加具體的要求，比如制定廠家（一般不會這么干）；
2）邵氏硬度：合適的硬度和壓縮率才是密封的好選擇。
選用O形圈時一定要考慮橡膠的硬度,對於一般使用場合,通常我們推薦使用硬度為70度,因為在70度時材料便可以獲得較佳的綜合性能。
對於在高壓環境中使用時,一般的70度材質比較容易擠出。但是采用硬度超過邵氏85度在動態環境中會很少獲得成功,因為硬度髙的材料不容易跟隨密封表面(如缸體壁)的粗糙度或變形。利用低硬度的O形圈的耐磨性和抗髙壓的擋圈,就能獲得非常好的密封性能。
一般會給出：邵氏70度，±4°的公差。（這個可以再詢問一下特定的供應商確認）
3）尺寸與公差：O型圈的尺寸必須和溝槽的尺寸配套，公差要符合制作工藝-模壓的要求，不要提出過分的公差，那樣合格率會大大降低的。
4）O 形圈接觸面的光潔度：這里指溝槽的表面的粗糙度。請標注在對應開溝槽的零件圖紙上
在壓力作用下,彈性體將貼緊不規則的密封表面。對氣體或液體密封的緊配合靜密封,密封表面應滿足一些基本的要求。密封表面上不得有開槽、划痕、凹坑、同心或螺旋狀的加工痕跡。對於動密封,配合面的粗糙度要求更高。按照DIN4768/和IS01302標准中對表面粗糙度的定義,對溝槽各個表面的粗糙度要求推薦如下表：
5）安裝要求：
可以寫在裝配圖的技術要求中。
很多O型圈的裝配圖紙都忽略安裝的技術要求，其實安裝的要求真的蠻多的。
如:
①基本要求；
②手工安裝；
③安裝通過螺紋，花鍵等；
④自動化安裝；
⑤安裝倒角的設計；
⑥表面粗糙度的選擇；
⑦擠出極限與間隙等。
可以看一下作者給出的資料，選出合理的技術要求並標注在對應的圖紙。
6）存放
(1)O 形圈應避免存放在陽光直射、潮濕及空氣不流通的地方，以防止 O 形圈加速老化，存放 O 形圈的適宜溫度為 0-20℃，適宜的空氣濕度為 70％以上。另外，還應避免輻射、煙霧、昆蟲、嚙齒類生物、灰塵、砂粒、機械損傷等破壞。
(2)O 形圈存放處必須距熱源 1 米以上，不允許同酸、鹼、溶劑及油脂等液體、氣體接觸。存放時不允許使用任何產生臭氧的裝置。
(3)不允許受壓、拉伸或其他變形形式，不允許用細繩，鐵絲等將制品穿栓懸掛起來。
(4)O形圈一般用塑料袋裝，有效保管期為 2-3 年。
這些可以標注在O型圈的圖紙上。
7）測試等要求:
需要解讀對應的實驗要求，並選取合理的要求標注在O型圈圖紙上。
這些都是要在圖紙上表現。規范的圖紙是實力的體現。
作者后期會放上一張自己繪制的O型圈圖紙，這里先保留吧，因為太花時間了。
2.3.3 計算書
O型圈就至少有壓縮率，填充率，溝槽圓角，周長壓縮 4項要求受到公差的影響，所以計算書是十分重要的。
1）壓縮率
不同的測試要求對壓縮率的要求是不一樣的，車用的比較嚴格（一般在20%~30%），消費類電子產品的要求就很寬松。這時，就需要合理選擇對應的標准了。比較嚴密的壓縮率選擇的例子如下圖：
2）填充率
O型圈的截面積不能超過溝槽的截面積，並且，一般為了保准熱脹冷縮的裕度，一般取65%~90%（不過作者找不到對應的標准了）
3）溝槽圓角
溝槽圓角也是會影響O型圈的安裝和密封，底部圓角Re不能太大，不能超過直徑的20%（標准作者一時間也找不到了，但一般溝槽設計時候就會有要求）
4）周長壓縮
見對應資料吧。但周長壓縮這一點很難做要求，特別是車用，因為車用測試會有內壓，外壓，真空三種，所以常常周長壓縮沒辦法選取對應的標准。
常用的計算書如下圖，作者會在資料中給出。
2.4.專業化的表現
1）O型橡膠密封圈和其裝配圖圖紙；
2）計算書；
上述的計算表格就是作者自制的，遠不敢稱完善，如果比這個還差就要三思了。
審計評審時請檢查這兩份東西。
2.5 特征優化：書面形式的上升空間；
以書面形式表達密封圈的優化設計方法，可以寫在計算書中。
密封圈的優化方向有：
1）材料的更換：如普通的EPDM和最好幾個牌號的NBR及HNBR的成本可達數十倍差值，所以在可靠性要求允許的前提下，采用低成本的材料一直是設計師的課題。
2）公差的放寬：同樣，橡膠的壓縮率、填充率等要求一直限制了密封圈工藝的公差要求。但采用大的公差能有效提高密封圈的合格率，減少成本。這是個對立的話題，怎么做呢？
作者提供一種方法:提高密封圈橫截面的理論直徑（就是選取較大直徑的O型圈）。至於為什么這樣就可以放寬公差，請讀者自己思考。
3）工藝的更新優化：其實從DFA的要求來看，減少零件數量是有效優化產品的方法。所以，在公司工藝能力允許的情況下，可以采用超聲波焊接等工藝代替密封圈。
2.6 平時的積累，為第二步做准備
理由見對症設計總章節吧，這里就不闡述了。
3.密封圈常用損壞情況
這里追加3種密封圈損壞的情況，其他的可見作者給出的資料。
記住，O型圈的設計不是漏水增加直徑就行了的，因為有壓壞的可能。O型圈的設計也是不能隨便對待的。
1）過度壓縮
描述:密封件接觸表面呈平面變形,並可能伴隨裂紋。
造成原因:設計不合理:沒有考慮到材料由於熱量及化學介質引起的變形,或由於壓力過大引起。
解決方法:溝槽的設計應考慮到材料由於溫度及化學介質引起的變形。
2）擠出
描述:密封件有粗糙破損的邊緣,一般通常在壓力低的一側。
造成原因:間隙過大;壓力過大;材料硬度或彈性太低;溝槽空間太小;間隙尺寸不規則;溝槽邊角過於鋒利;密封件尺寸不合適。
解決方法:降低間隙尺寸,選用更高硬度或彈性的材料,合理的溝槽設計。
3）永久壓縮變形
描述:密封件接觸表面呈現平面永久變形。
造成原因:壓力過大;溫度過高;材料沒有完成硫化處理;材料本身永久變形率過高;材料在化學介質中過度膨脹。
解決方法:選擇低變形率的材料;合適的溝槽設計;確認材料與介質相容。
4.后話
密封圈一般是小東西，卻是可靠性設計實力最直接的體現。
希望讀者讀了這個篇章之后有所幫助，能一次性設計出不漏水的產品。而不需要在一堆樣品中通宵測試並苦苦挑選不漏水的樣品，那叫忙的不人道，真心。
5.O型橡膠密封圈章節對應的資料
原本作者分享一些資料，是想做些互動。
也想要更好的溝通和多一些朋友。
可以去關注作者的微信公眾號：mdmodule；
作者的郵箱：zjc9915@qq.com，可以寫一些長感想，作者一般會回。
下面是本章對應的網盤資料，很多都是作者用心做和花錢買的，值得想要的人一看。
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