表1設(shè)計(jì)參數(shù)和使用參數(shù)之間的關(guān)係
在進(jìn)行油封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮下圖結(jié)構(gòu)參數(shù)。

(1)唇部過盈量（d-d1）

如果過盈量大，造成唇口過分伸張，容易老化、磨損，縮短使用壽命。如果過盈量小，則密封性能不好。因?yàn)檫^盈量與整個(gè)唇部徑向力有關(guān)，所以應(yīng)綜合考慮。表2所示的過盈量數(shù)值僅供參考。

表2不同軸徑的過盈量
(2)彈簧位置“R”值

該數(shù)值在設(shè)計(jì)上是個(gè)理論接觸寬度。“R”值大，接觸寬度大，摩擦也大?！癛”值小，不利於密封。表3中的彈簧位置“R”值可供參考。

表3不同軸徑的"R"值
(3)腰部長(zhǎng)度

腰部長(zhǎng)度提供的徑向力約為油封唇部徑向力的50%，它對(duì)於保持一個(gè)低數(shù)值的徑向力是重要的，要達(dá)到此目的的一個(gè)方法就是延長(zhǎng)油封腰部的長(zhǎng)度。但是一般油封外徑長(zhǎng)度已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，即使未標(biāo)準(zhǔn)化的裝配空間也限定了這個(gè)寬度，因此，腰部的直線長(zhǎng)度被限製，通過腰部直線部分導(dǎo)出一個(gè)曲線的彎曲截麵可以解決這個(gè)問題。

(4)腰部截麵厚度

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，即使在低壓情況下也容易造成圖(A)的變形，而單純加厚腰部又不利於唇口的跟隨能力。腰部增厚減弱了彈簧的作用，不如薄腰對(duì)偏心的跟隨能力好。為解決腰部變形和跟隨能力的矛盾，建議將腰部改為圖(B)的形狀。這樣既加強(qiáng)了腰部的剛性又不致於影響對(duì)偏心度的跟隨能力。

(5) 頭頂麵長(zhǎng)度

在有些油封結(jié)構(gòu)斷麵圖形中把頭部頂麵長(zhǎng)度(t)設(shè)計(jì)成與彈簧槽半徑(r)相等，但在使用中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)彈簧自行脫落的現(xiàn)象。為了避免彈簧脫落，設(shè)計(jì)時(shí)要使t大於r，至少要滿足下列關(guān)係：t=4/3r。

(6)彈簧槽的形狀

許多油封在彈簧槽的設(shè)計(jì)上都出現(xiàn)過一個(gè)誤區(qū)，將彈簧槽半徑(R)和彈簧圓半徑(r)設(shè)計(jì)成不同數(shù)值，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)有的油封唇上有兩個(gè)接觸帶。因此，當(dāng)R=r時(shí)唇口應(yīng)力分布狀態(tài)*好，隻有一個(gè)接觸帶。但是往往由於模具加工、膠料收縮等原因，在製造上很難做到兩者**相等，隻能維持兩者相差不大。

(7)金屬骨架的設(shè)計(jì)

金屬骨架的主要功用是加強(qiáng)油封的結(jié)構(gòu)剛性。其厚度和配置方法視油封的工作條件和裝配條件而定。

(8)彈簧圈

油封中所用的彈簧有兩種類型，即吊帶式彈簧和板彈簧。兩種彈簧中以吊帶式彈簧應(yīng)用*為普遍。彈簧的直徑、展開長(zhǎng)度、鋼絲直徑纏繞圈數(shù)計(jì)算，可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。

(9)徑向力

徑向力是個(gè)極為重要的參數(shù)，它對(duì)油封的使用性能的作用概括如下：

1徑向力太小時(shí)，密封性能不好；2徑向力太大時(shí)，產(chǎn)生磨耗，縮短使用壽命；3徑向力直接影響接觸區(qū)域的摩擦及溫度，徑向力過大時(shí)，摩擦生熱大，加速唇口老化；4軸的磨損也受徑向力的影響；5軸與殼體偏心時(shí)，要采取相應(yīng)的徑向力以保證唇口有合適的跟隨能力；6徑向力限製了介質(zhì)的使用壓力，如介質(zhì)壓力過大，則徑向力再增大會(huì)使油封壽命縮短。

油封材料

目前油封的製造材料以合成橡膠為主體，由於其選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是左右油封密封性能和使用壽命的主要因素，因此，正確掌握橡膠的性能以適當(dāng)?shù)剡x擇所用的橡膠材料非常重要。到底選擇哪種橡膠作為油封材料*合適？這應(yīng)根據(jù)油封的關(guān)聯(lián)參數(shù)來決定，即：對(duì)軸的徑向力應(yīng)高到足以防止油封泄漏，低到能維持一定的油膜厚度以保持低的摩擦熱；油封應(yīng)該具有足夠的過盈量，以克服使用中的偏心度影響；唇部在接觸區(qū)的麵積也是決定因素之一。

油封材料直接影響上述三個(gè)參數(shù)，因?yàn)椴牧想S時(shí)間和溫度而變化，各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)也隨著變化，比如：隨溫度增加、材料的模量降低、使徑向力發(fā)生變化。熱膨脹、密封介質(zhì)所造成的材料溶脹、膠料的軟硬度等均影響徑向力和過盈量。

基於上述原因，在選擇油封材料時(shí)要考慮如下特性：與密封介質(zhì)相容，不因密封介質(zhì)發(fā)生溶脹、硬化等現(xiàn)象；具有良好的耐熱性、耐磨性；具有適度的彈性，能適應(yīng)軸的粗糙度和偏心度變化。

由於橡膠材料的配方變化很多，新材料不斷出現(xiàn)，現(xiàn)有材料也不斷得到改進(jìn)。以下僅對(duì)製造油封*常用的丁腈橡膠、聚丙酸酯橡膠、矽橡膠、氟橡膠和聚四氟乙烯進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。

丁腈橡膠

在密封件的製造材料中，丁腈橡膠的用量可能要大於其它彈性體的總和。丁腈橡膠的化學(xué)成份為丁二烯和丙烯的共聚物，丙烯含量在18%~40%之間，分為“低”、“中”、“高”丙烯含量的丁腈橡膠。丁腈橡膠的耐油性，隨丙烯含量增加而提高，但同時(shí)低溫曲撓性卻隨之下降。為了獲得良好的低溫性能，常常要犧牲一些耐高溫燃料和油類的性能。丁腈橡膠具有良好物理性能，其耐冷流、抗撕裂和耐磨性比其它大部分橡膠都好，但是不耐臭氧、天候和日光，這方麵的性能可以通過配方設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。丁腈橡膠適用於石油基油、燃料油、水、矽油和矽酯以及乙二醇的混合物。但不適於與EP油、鹵化碳?xì)浠衔?、硝基碳化物、磷酸酯流體、酮類或強(qiáng)酸及某些汽車剎車油等接觸。

聚丙烯酸酯橡膠

聚丙烯酸酯（ACM）橡膠為丙烯酸烷基酯為主體與其他不飽和單體的乳液共漿物。通常采用的丙烯酸烷基酯是乙烯乙酯和丙烯酸丁酯。聚丙烯酸酯橡膠的性能介於丁腈橡膠和氟橡膠之間。由於其分子主鏈上不含有雙鍵，使其具有較高的耐熱、耐臭氧和天候的性能。側(cè)鏈上含氯（Cl）或(CM)的官能基團(tuán)，又使其具有優(yōu)異的耐油性，可在170℃～180℃的熱油中使用。該膠的主要特點(diǎn)之一是在178℃條件下耐礦物油，雙曲線油和黃油性能好。耐老化和彎曲龜裂性也很好，適於做油封材料。該膠的主要缺點(diǎn)是加工性能差，混煉時(shí)粘輥，低溫性能不太好，不耐水及蒸汽，對(duì)乙二醇和高芳香族油類等的抗耐性差，壓縮長(zhǎng)久變形大，對(duì)金屬模具和軸腐蝕較厲害。彈性、耐磨及電絕緣性較差。此外，由於它的高度飽和硫化速度較慢。其耐磨性通過適當(dāng)?shù)呐浞娇娠@著改善，但仍比不上丁腈橡膠。

矽橡膠

矽橡膠在比較廣泛的溫度範(fàn)圍內(nèi)能夠保持其機(jī)械性能，在-65℃仍能保持柔性，同時(shí)能在230℃下長(zhǎng)時(shí)間工作。儘管矽橡膠的機(jī)械性能可以通過特殊配合使其得到提高，但它的強(qiáng)力、抗撕裂和耐磨性基本上還是較差的。耐堿、弱酸和臭氧的性能一般良好；但耐油性中等?；瘜W(xué)性能可以用配合劑進(jìn)行改進(jìn)，例如通過配合劑使其具有較好的耐油性和耐燃料性。但是一般來說，矽橡膠不宜用於碳?xì)浠衔?，例如汽油、石蠟、輕質(zhì)礦物油，在上述介質(zhì)中會(huì)引起矽橡膠膨脹和軟化。矽橡膠的主要優(yōu)點(diǎn)是，它在很低的溫度下仍能保持彈性。而且能長(zhǎng)時(shí)間在高溫下不硬化，因此與其它橡膠相比，能在更廣泛的範(fàn)圍內(nèi)用於高溫和低溫密封件。用作旋轉(zhuǎn)密封件，其使用溫度高於普通橡膠。但矽橡膠的價(jià)格比其它大多數(shù)橡膠都高。

氟矽橡膠是價(jià)格更高的一種橡膠。工作性能基本與矽橡膠相同，但是使用範(fàn)圍較窄。氟矽橡膠的主要優(yōu)點(diǎn)是耐油性好，可以與丁腈橡膠相媲美或者是接近丁腈橡膠。所以它既能在丁腈橡膠的使用溫度極限以外使用，同時(shí)又具有矽橡膠所缺乏的耐油性。

氟橡膠

氟橡膠是主鏈或側(cè)鏈碳原子上含有氟原子的飽和聚合物，具有獨(dú)特的優(yōu)異性能。它的特點(diǎn)是耐高溫、耐油、強(qiáng)腐蝕、耐溶劑、耐天候老化、耐臭氧、透氣性低、物理性能良好，可在200℃～250℃下連續(xù)工作。其缺點(diǎn)是低溫性能不太好，壓縮長(zhǎng)久變形大，為改善氟橡膠的壓縮長(zhǎng)久變形，國(guó)內(nèi)外曾做過不少研究工作。

聚四氟乙烯

塑料往往都是半剛性材料，一般不用作密封件。隻有聚四氟乙烯例外，它是一種具有獨(dú)特性能的碳氟化合物，*顯著的特點(diǎn)是耐化學(xué)浸蝕使用溫度範(fàn)圍；與金屬接觸的摩擦係數(shù)低，但是如果不進(jìn)行填充補(bǔ)強(qiáng)，它的機(jī)械強(qiáng)度卻不高。聚四氟乙烯一個(gè)很有用的方麵是作複合結(jié)構(gòu)的密封件，例如，可用機(jī)械加工的或模壓的聚四氟乙烯作為低摩擦表麵和耐化學(xué)腐蝕的包覆表麵。

油封材料的性能

油封材料的工作溫度

工作溫度是影響油封使用壽命的一個(gè)極為重要的因素，幾種常用的油封材料的工作溫度如表4。

表4常用油封材料的工作溫度
低溫條件下的性能變化與高溫條件下的性能變化差彆很大。隨溫度的降低幾乎所有的彈性體材料都會(huì)隨屈撓性的喪失逐漸變硬，變形恢複速度變慢。同時(shí)，還會(huì)使材料出現(xiàn)一定的結(jié)晶，但結(jié)晶速度很慢，當(dāng)其冇有接近脆化點(diǎn)以前，如果冇有可供替換的彈性體材料，可以通過彈簧力來提供必須的回彈性。在高溫下，所有彈性體都會(huì)喪失彈力，並有變軟的傾向。高溫也會(huì)加速材料的老化，通常是以彈性喪失和硬度、模量逐漸增加的形式發(fā)生的。

油封材料的耐磨性

材料的耐磨性對(duì)油封來說是一個(gè)重要的指標(biāo)。橡膠的耐磨性與它的硬度、抗撕裂性有關(guān)，一般隨硬度增加耐磨性得到改進(jìn)，抗撕性能好，耐磨性也好。此外，材料的耐磨性能還與材料的摩擦係數(shù)，配合表麵的光度等因素有關(guān)。

與密封介質(zhì)的相容性

隨著材料對(duì)液體介質(zhì)的吸收而發(fā)生體積變化，過度的膨脹會(huì)使材料的物理機(jī)械性能下降而不合格。而且過度的膨脹還能引起一定的化學(xué)作用，如溶解，或者引起材料本身某些組分的相互反應(yīng)，或者使表麵脆化而導(dǎo)致龜裂。在這種情況下密封介質(zhì)和材料就是不相容的。在某些情況下密封介質(zhì)還有可能將膠料內(nèi)的增塑劑、防老劑等配合劑抽出，這樣就會(huì)改變彈性體的組成，甚至導(dǎo)致其收縮，引起泄漏。油封材料與某些介質(zhì)的相容性可參考表5。

表5油封材料的相容性
綜上所述可見，油封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，即使油封材料很好，如果其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，仍然不能獲得有效的密封。遺憾的是，在油封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方麵，至今還冇有一個(gè)實(shí)用的設(shè)計(jì)原則，結(jié)構(gòu)參數(shù)*優(yōu)化尚有一定的局限性。而在油封材料方麵，雖然各個(gè)公司都有自家的材料標(biāo)準(zhǔn)，但是用於油封材料的關(guān)鍵性指標(biāo)遠(yuǎn)不如“O”形圈那樣明確具體。因此，就油封研究領(lǐng)域而論，還有很多尚待解決的問題。