汽車空調(diào)O型圈的設(shè)計(jì)和校核

陳黃梅

（奇瑞汽車研發(fā)總院動(dòng)總集成研究院，安徽 蕪湖241009）

0 前言

汽車空調(diào)O型圈價(jià)格便宜，制造方法較為簡潔，易安裝，功能完善，在汽車空調(diào)行業(yè)應(yīng)用的范圍較廣。而為了使O型圈在空調(diào)系統(tǒng)密封中發(fā)揮出更加穩(wěn)定、更加牢靠的作用，做好汽車空調(diào)O型圈的設(shè)計(jì)和校核工作是非常有必要的。

1 O型圈的概述與密封原理

1.1 O型圈概述

O型橡膠圈密封圈簡稱O型圈，是一種截面形狀為圓形的橡膠圈。O型密封圈是液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)中使用最廣泛的一種密封件。O型圈有良好的密封性能，即可用于靜密封，也可用于動(dòng)密封中。不僅可單獨(dú)使用，而且是很多組合式密封裝置中的基本組成部分。它的使用范圍很寬，如材料和尺寸選擇得當(dāng)，可以滿足各種介質(zhì)和各種運(yùn)動(dòng)條件的要求。

1.2 O型圈密封原理

O型密封圈是一種擠壓式密封，擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。

1.3 汽車空調(diào)O型圈材料選擇

O 型圈的材料有很多，例如：天然橡膠（NR）,丁苯膠（SBR）,丁基橡膠（IIR）,但是，汽車空調(diào)O型圈的材料是氫化丁腈膠（HNBR）。

氫化丁腈膠（HNBR）是丁腈膠在氫化后得到的物質(zhì)，氫化丁腈膠（HNBR）與丁腈膠相比，耐溫性、耐候性都更為理想。氫化丁腈膠（HNBR）的溫度范圍是：-25攝氏度至150攝氏度。氫化丁腈膠（HNBR）的抗磨效果、抗撕效果、抗張效果都很好，它在各種大氣條件下的抵抗性都較好。

2 汽車空調(diào)O型圈的設(shè)計(jì)

汽車空調(diào)O型橡膠密封尺寸按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB3452.1液壓氣動(dòng)用橡膠密封圈尺寸系列設(shè)計(jì)，汽車O型橡膠密封尺寸公差按照GB3452.1液壓氣動(dòng)用橡膠密封圈尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

2.1 壓縮率

壓縮率設(shè)計(jì)公式：壓縮率=（O型圈斷面直徑—溝槽深度）÷O型圈斷面直徑×100%設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)壓縮率的時(shí)候，要注意以下三點(diǎn)：a、密封的基礎(chǔ)面積要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；b、要盡量避免變形情況的發(fā)生；c、摩擦力必須要控制在合理的范圍之內(nèi)。壓縮率的具體范圍要根據(jù)以下幾種情況確定：圓柱密封，壓縮率：10%~15%；平面靜密封，壓縮率：15%~30%；往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封，壓縮率10%~15%；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封，壓縮率3%~8%；在摩擦力較小的條件下，壓縮率：5%~8%。

2.2 伸長量

伸長量計(jì)算公式：O型圈內(nèi)徑伸長率=(O型圈安裝溝槽底徑—O型圈實(shí)際內(nèi)徑)÷O型圈實(shí)際內(nèi)徑。

在安裝后，設(shè)計(jì)人員最需要注意的就是O型圈的伸長量，伸長量的范圍推薦在1.03~1.05之間。

2.3 拉伸率

拉伸率設(shè)計(jì)公式：拉伸率=（軸徑+截面直徑）÷（O型圈內(nèi)徑+截面直徑）×100%

O型圈裝入軸中后，會(huì)出現(xiàn)拉伸,如果無拉伸，裝配時(shí)容易脫出，如拉伸過大，會(huì)導(dǎo)致O型圈截面積減少太多，出現(xiàn)泄漏。拉伸率的大體范圍為：在1%~5%之間。

2.4 間隙

在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡可能的縮小間隙。O型圈溝槽徑向間隙要符合相關(guān)規(guī)定，防止O型圈在間隙中被擠出。被密封元件的徑向間隙與系統(tǒng)壓力、O型圈截面直徑、O型圈的硬度有著密不可分的聯(lián)系。

2.5 圓角

槽口圓角半徑在0.1~0.2mm之間，可以有效避免O型圈在裝配時(shí)出現(xiàn)劃傷問題；槽底圓角半徑在0.1~1mm之間，避免出現(xiàn)應(yīng)力過于集中的現(xiàn)象。

2.6 溝槽

溝槽體積要比O型圈體積大15%。溝槽較易加工，在設(shè)計(jì)溝槽的時(shí)候，除要確保精度、尺寸外，還要保證溝槽容易拆卸。

溝槽寬度：溝槽寬度過窄，溝槽容易磨損；溝槽寬度太寬，溝槽容易扭曲。

溝槽深度：槽深的設(shè)計(jì)決定O型圈的設(shè)計(jì)壓縮量，溝槽深度加上間隙小于O型圈自由狀態(tài)下O型圈的線徑。

O型安裝溝槽深度推薦如下：

d0=O型圈斷面直徑，b=溝槽寬度，H=溝槽深度

（a）當(dāng) d0=1.2mm，b=1.5mm 時(shí)，溝槽深度為：活塞密封，H=1.05mm；活塞桿密封，H=1.08mm；靜密封，H=0.9mm；

（b）當(dāng) d0=1.8mm，b=2.2mm 時(shí)，溝槽深度為：活塞密封，H=1.58mm；活塞桿密封，H=1.64mm；靜密封，H=1.3mm；

（c）當(dāng) d0=2.65mm，b=3.4mm 時(shí)，溝槽深度為：活塞密封，H=2.38mm；活塞桿密封，H=2.44mm靜密封，H=2.0mm；

（d）當(dāng) d0=3.55mm，b=4.6mm 時(shí)，溝槽深度為：活塞密封，H=3.25mm；活塞桿密封，H=3.34mm； 靜密封，H=2.7mm；e、 當(dāng) d0=5.3mm，b=6.9mm時(shí)，溝槽深度為：活塞密封，H=4.87mm；活塞桿密封，H=5.01mm；靜密封，H=4.0mm；

（f）當(dāng) d0=7.0mm，b=9.30mm 時(shí)，溝槽深度為：活塞密封，H=6.48mm；活塞桿密封，H=6.65mm；靜密封，H=5.4mm。

槽楞外圓角：r=0.1～0.2mm；槽底圓角：R=0.2～0.5mm

溝槽的形狀有很多，具體如下：矩形溝槽，在靜密封和動(dòng)密封中較為常見；V型溝槽，適用于靜密封和低壓條件下的動(dòng)密封，但是，V型溝槽摩擦力大，所以，V型溝槽并不經(jīng)常被使用；半圓形溝槽，適用于旋轉(zhuǎn)密封運(yùn)動(dòng)；燕尾型溝槽，適用于摩擦力較小的密封中，但是這種溝槽的工藝性能不是很高，實(shí)用性較低。

2.7 汽車空調(diào)O型圈安裝注意事項(xiàng)

（1）O型圈為橡膠制品，存放的環(huán)境溫度不宜過高（低于150度），1避免長時(shí)間的高溫造成O型圈的老化。

（2）帶有O型圈的管路接頭裝配前，需進(jìn)行必要的現(xiàn)場自檢，確認(rèn)O型圈是否在其要求的工況位置，規(guī)避運(yùn)輸，搬運(yùn)過程中存在的潛在失效風(fēng)險(xiǎn)。

（3）裝配前涂油，避免摩擦過大造成O型圈損壞。

（4）在管路安裝的時(shí)候，要使接頭和對接面保持同心度，防止在傾斜的時(shí)候工人用力對接造成O型圈損壞。

（5）管路裝配時(shí)，接頭的堵蓋要做到即拆即用，防止拆掉時(shí)長時(shí)間不裝，造成劃傷、破損。

3 汽車空調(diào)O型圈的校核

3.1 管路各接口處O型圈的校核

校核O型圈，主要要看壓縮量、伸長量和拉伸率。壓縮量偏大，會(huì)產(chǎn)生泄漏，密封效果不良；拉伸過大會(huì)造成密封不良、O型圈的壽命減少。

3.2 汽車O型圈校核結(jié)果判定如下：

壓縮量：15%~25%——國標(biāo)及設(shè)計(jì)手冊推薦

伸長量：1.03~1.04——國標(biāo)及設(shè)計(jì)手冊推薦

拉伸率：2%~5%——國標(biāo)及設(shè)計(jì)手冊推薦

4 結(jié)語

汽車空調(diào)O型圈的設(shè)計(jì)不當(dāng)，不單單會(huì)影響汽車空調(diào)O型圈的使用性能，還會(huì)加大它的損壞程度。

O型圈設(shè)計(jì)完成后，主要的工作就是校核，根據(jù)校核結(jié)果對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。

［1］章習(xí)柱.O 形圈在低壓氣動(dòng)裝置中的使用[J].液壓與氣動(dòng)，2010，10（12）：68-69.

［2］馮利軍，臧彥斌.O 型密封圈的選擇與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代車用動(dòng)力，2011，3（10）：32-33.

［3］國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T531.1、GB/T6031、GB3452.1、GB3452.3 等.