油封結構（gòu）設計（jì）的主（zhǔ）要根（gēn）據是使（shǐ）用條件、裝配條件和環境條件。設計中應考慮密封性能、使用壽命、材料、製造工藝和經濟性等因素（sù）。進行油封的設計時，首先要選擇合適的油封材料，所用的（de）膠料配方要能提供一個合理的綜合性能，可以滿足耐溫、耐油、耐磨和工藝性能良好的要（yào）求。
　　油（yóu）封的使用參數和設計參數
　　在結構設計中使用參數和設計參數應（yīng）該相適應。設計參數（shù）和使用參數的關係可用表1來說（shuō）明。 　　在進行油封結（jié）構設計時要考慮下圖結構參數。
(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（xìng）能不好。因為過盈量與整個唇（chún）部徑向力有（yǒu）關，所以應綜合考慮。表2所示的過盈量（liàng）數值僅供參考。 　　(2)彈簧位置“R”值
　　該數值在設計上是個理論接觸寬（kuān）度。“R”值大，接觸寬度大，摩擦也大。“R”值小，不利於密封。表（biǎo）3中的彈簧位置“R”值（zhí）可供參考。

表3 不（bú）同軸徑的"R"值
 

　　

　　(3)腰部長度
　　腰部長度提供的徑向力約為油封唇（chún）部徑向力的50%，它對於保持（chí）一個低數值的徑向力是重要（yào）的，要達到此（cǐ）目的的一個方法就是延長油封腰部的長度。但是（shì）一般油封外徑長（zhǎng）度（dù）已經標（biāo）準化，即使未標準化的裝配空間也限（xiàn）定了這個寬度（dù），因此，腰部的直線長度被限製，通過腰部（bù）直線部分導出一個曲（qǔ）線的（de）彎曲截麵可以解決這（zhè）個（gè）問題。
　　(4)腰部（bù）截麵厚度
　　實驗中發現，即使在低壓情況下也容易造成圖 (A)的變形，而單純加厚（hòu）腰部又不利（lì）於唇口的（de）跟隨能力。腰部增厚減弱了彈簧（huáng）的作用，不如薄腰對偏心的跟隨能（néng）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。這樣既加強了腰部的剛性又不致（zhì）於影響對偏心度的（de）跟隨（suí）能力。

 

　　

　　(5) 頭頂麵長度
　　在有些油封結構斷麵圖形中把頭部頂麵長（zhǎng）度(t)設計成與彈（dàn）簧槽半徑(r)相等，但在使用中經常發現彈簧自行脫落的現象。為了避免彈簧脫落，設計時要使t大於r，至少要滿足下列關係：t= 4/3 r。
　　(6)彈簧槽的形狀
　　許多油封在彈簧槽的（de）設（shè）計上都出現過一個誤（wù）區，將彈簧槽半徑（jìng）(R)和彈簧圓（yuán）半徑(r)設計成不同（tóng）數值，實驗驗（yàn）證發現有（yǒu）的油封唇（chún）上有兩個接觸帶。因此，當R=r時唇口（kǒu）應力分布狀態Z好，隻有一個接觸帶。但是往往由於模具加工、膠料收（shōu）縮等原（yuán）因，在製造上很難做到兩者相等，隻能（néng）維持兩者相差不大（dà）。
　　(7)金屬骨架的設計
　　金屬（shǔ）骨架的主要功用是加（jiā）強油封的（de）結構（gòu）剛性。其厚度（dù）和配置方法視油封（fēng）的工作條件和裝配條件而（ér）定。
　　(8)彈簧圈
　　油封中所用的彈簧有兩種（zhǒng）類型（xíng），即吊帶式彈簧和板彈（dàn）簧（huáng）。兩種彈簧中以吊帶式彈簧應用Z為普遍。彈簧的直徑、展開（kāi）長度、鋼絲直徑纏繞圈數計算，可（kě）參考有關標準和機械設計手冊。
　　(9)徑向力（lì）
　　徑向力是個極為重要的參數，它（tā）對油封的使（shǐ）用性能的作用概括如下：
　　1 徑向力太小時，密封性能不好；2徑向力太大時，產（chǎn）生（shēng）磨耗，縮短使用壽命；3徑向力直接影響（xiǎng）接觸區域的摩（mó）擦及溫度，徑向（xiàng）力過大時（shí），摩（mó）擦生熱大，加速唇口老化；4軸的磨損也受（shòu）徑向力的影響；5軸與殼體偏心時（shí），要采取相應的徑向力以保證唇口有合適（shì）的跟隨能力；6徑向力限製了介質的使用壓力，如介（jiè）質壓力過大，則徑向力再增大會使（shǐ）油封（fēng）壽命縮短。
　　油封材料
　　目前油（yóu）封的製造材料以合成橡（xiàng）膠為主體，由於其選擇和結構設計都是左右油封密封性（xìng）能和使用（yòng）壽命（mìng）的（de）主要因素，因此，正確掌握橡膠的（de）性（xìng）能以適當地選擇所用的橡膠（jiāo）材料（liào）非常重要。到底選擇哪種橡膠作為油封材料Z合適？這應根據油封的關聯參數來決定，即：對軸的徑（jìng）向力應高到足以防止油封泄漏，低（dī）到能維持（chí）一定（dìng）的油膜厚度以保持（chí）低的摩擦（cā）熱；油封應該具有足夠的過盈量，以克服使用中的偏心度影響（xiǎng）；唇部在接觸區的麵積也是決定因素之一。
　　油封（fēng）材料直接影響（xiǎng）上述三個參數，因為（wéi）材料隨時間和溫度而變化，各個關鍵參數也隨著變化，比如：隨溫度增加（jiā）、材料的模量降（jiàng）低、使徑向力發生變化。熱膨脹、密封介質所造成的材料溶脹（zhàng）、膠料的軟硬度等均影響徑向力和過盈量。
　　基（jī）於上述原（yuán）因，在選擇油封材料時要考慮如下特性：與密封介質相容，不因密封介質發生溶脹、硬化等現象；具有良好的耐熱性、耐（nài）磨性；具有適度的彈性，能適應軸的（de）粗糙度和偏心度變化。
　　由（yóu）於橡膠（jiāo）材料的配方（fāng）變化很多，新（xīn）材（cái）料不斷出現，現有材料也不斷（duàn）得到改進。以下僅（jǐn）對製造油封Z常用的丁腈橡膠、聚丙酸（suān）酯橡膠、矽橡膠、氟橡膠和聚四氟（fú）乙烯（xī）進行（háng）簡要說明。
　　丁腈橡膠
　　在密封件的製造材料中（zhōng），丁腈橡膠的用量可能要大於其它彈性體的（de）總和。丁腈橡膠的化學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（xiàng）膠。丁腈（jīng）橡膠的耐（nài）油性，隨丙烯含量增加而提高，但同時低溫曲撓（náo）性卻隨之（zhī）下降。為了獲得良好的低溫性能，常常要犧牲一些（xiē）耐高溫燃料和油類的（de）性能。丁腈橡膠具有良（liáng）好物理性能，其耐冷流、抗撕裂和耐磨性（xìng）比其它大部分橡膠都好，但是不耐臭氧、天候和（hé）日光，這方麵的性能可以（yǐ）通過配方設計進行改進。丁腈橡膠適用於石油基（jī）油、燃料油（yóu）、水、矽油和矽酯（zhǐ）以（yǐ）及乙二醇的混（hún）合物。但（dàn）不適於與EP油（yóu）、鹵化碳氫化合物、硝基碳化物、磷酸酯流體、酮（tóng）類或（huò）強酸（suān）及某些（xiē）汽車刹車油等接觸。
　　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（bǎo）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（xī）酸丁酯。聚（jù）丙烯酸酯橡膠的性能介於丁腈橡膠和氟橡膠之（zhī）間。由於其分（fèn）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。側鏈上含氯（Cl）或(CM)的官能（néng）基團，又使其具有（yǒu）優異的耐油性，可在170℃～180℃的熱油中使用。該膠的主要特點之一是在178℃條件（jiàn）下耐礦物油，雙曲線油（yóu）和黃油性能好。耐老化和彎曲龜裂性也很（hěn）好（hǎo），適於做油封材料。該膠的主要缺點是加工（gōng）性（xìng）能差，混煉時粘（zhān）輥，低溫性能不太好，不耐水及（jí）蒸汽，對乙二醇和高芳（fāng）香族油類等的抗耐性差，壓縮永（yǒng）久變形大，對金屬模（mó）具和軸腐蝕較厲害（hài）。彈性、耐磨及（jí）電絕緣性較（jiào）差。此外，由於它的高度飽（bǎo）和硫化速度較慢。其耐磨（mó）性通過適當的配方可顯著改（gǎi）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）圍內能（néng）夠保持其機械性能，在-65℃仍能保持柔性，同時（shí）能在230℃下長時間工作。盡管矽（guī）橡膠的機械性能可以通（tōng）過特殊配合使其得到提高，但（dàn）它的強力（lì）、抗撕裂和（hé）耐磨性基本上還是（shì）較差的。耐堿、弱酸和臭氧的性能一般良好；但耐油性中等。化學性能（néng）可以用配合劑進（jìn）行（háng）改進，例如通過配合劑使其具有較好的耐（nài）油性和耐燃料性。但是一（yī）般來說，矽橡膠不宜用於碳氫（qīng）化合物，例如汽油、石蠟（là）、輕質礦物油，在上述介質中會引起矽橡（xiàng）膠膨脹和軟化。矽橡膠的主要優點是，它在很低的溫度下仍能保持彈性。而且能長時間在高溫下不硬化，因此與其它橡（xiàng）膠相比，能在更廣（guǎng）泛的範圍（wéi）內用於（yú）高溫和低溫密封件。用（yòng）作旋轉密封件，其使用溫度高於普通橡膠（jiāo）。但矽橡膠的價格比其它大多數橡膠都高。
　　氟矽橡膠是價格更高的一種橡（xiàng）膠。工作性能基本與矽橡膠相同，但（dàn）是使用範圍較窄。氟矽橡膠的主要優點是耐油性好，可以與丁腈橡膠相媲美或者是接（jiē）近丁腈橡膠（jiāo）。所以它既能（néng）在丁腈橡膠的使用溫度極限以外使用，同時又具有矽橡膠所缺乏的耐油性（xìng）。
　　氟橡（xiàng）膠
　　氟橡膠（jiāo）是主鏈或（huò）側鏈（liàn）碳原子上含有氟原子（zǐ）的飽和聚合物，具有獨特（tè）的優異性能。它的特點是耐高（gāo）溫、耐油、強腐蝕、耐溶劑、耐（nài）天（tiān）候老化、耐臭氧、透氣性低、物理性能良好（hǎo），可在（zài）200℃～250℃下連續（xù）工作（zuò）。其（qí）缺點是低溫性能不太（tài）好，壓（yā）縮永久變形大，為改善氟橡膠的壓縮永久變形，國內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（cái）料，一般（bān）不（bú）用作密封件。隻有聚四氟乙烯例（lì）外，它（tā）是一種具有獨特性能的碳氟（fú）化合物，Z顯著的特點是耐化學浸蝕使用溫度範（fàn）圍；與金屬接觸的摩擦係數低，但（dàn）是（shì）如（rú）果不進（jìn）行填充補強，它的機（jī）械強度卻不高。聚（jù）四氟乙烯一個很有用的方麵是作複合結構的密封件，例如，可用機械加工的或模壓（yā）的聚四氟乙烯作為低摩擦（cā）表麵和耐化學腐蝕的包覆表（biǎo）麵。
　　油封材料（liào）的性能
　　油（yóu）封材料（liào）的工作溫度（dù）
　　工作（zuò）溫度（dù）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（de）油封材料的工作溫度如表4。

表4 常用油封材料的工作（zuò）溫度
 

　　

低溫條件下的性能變化與高溫條件下（xià）的性能變（biàn）化差別很大（dà）。隨溫度的降低幾乎所有的彈性體材料都會隨屈撓性的喪失逐漸變硬，變形恢複速度變慢。同時，還會使材料出現一（yī）定的結晶，但結晶速度很慢（màn），當其沒（méi）有接近脆化點以前，如果沒有（yǒu）可供替換的彈性（xìng）體材料，可以通（tōng）過彈簧力來提供必須（xū）的回彈（dàn）性。在高溫下（xià），所有（yǒu）彈性（xìng）體（tǐ）都會喪失彈力，並有變（biàn）軟（ruǎn）的傾（qīng）向。高溫也會加速（sù）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生的。
　　油封材料的（de）耐（nài）磨（mó）性
　　材料的耐磨（mó）性對油封來說是一個（gè）重要的指標。橡膠的耐磨性與它的硬度（dù）、抗撕裂性有關，一般隨硬度增加耐磨性得到改（gǎi）進，抗撕性能好，耐磨性也好。此外，材料（liào）的耐（nài）磨性能還與材料的摩擦係數，配合表麵的（de）光度等（děng）因素有關。
　　與密封介質的（de）相容（róng）性
　　隨著材料對液體介質的（de）吸收而發（fā）生體積（jī）變化，過度（dù）的膨脹會（huì）使材料的物理機械性能下降而不合格（gé）。而且過度的膨脹還能引起一定的化學作用，如（rú）溶解，或者引起材料本身某些組分的（de）相互反應，或者使表麵脆化而導致龜裂。在這種情（qíng）況下（xià）密封介質和材料就是不相容的。在某些情況（kuàng）下密封介質還有可能將膠料內的增塑劑（jì）、防老劑等配合劑抽出，這樣就（jiù）會改變彈性體的組成，甚至導致其收縮，引起泄漏。油封材料與某（mǒu）些介質的相容性可參考表5。

表5 油封材料的相容（róng）性（xìng）
 

　　

綜（zōng）上所述可（kě）見（jiàn），油封的結構設計相當重要，即使油封材料很好，如果其結構（gòu）設計不合（hé）理，仍然不能獲得有效的密封。遺憾的是，在油封結構設計方麵，至今還沒有一（yī）個實用（yòng）的設計（jì）原（yuán）則，結構參數Z優化（huà）尚有一定的局限性。而在油封材料方麵，雖然各個公（gōng）司都有自家的材料標準，但是用於（yú）油（yóu）封材料的關鍵性指標遠不如“O”形圈那樣明確具體。因此，就油封（fēng）研究領域而論，還有很多尚待（dài）解決的問題。