O形圈密封是典型的擠壓型密封。O形圈截面直徑的壓縮率和拉伸是密封設計的主要內容，對密封性能和使用壽命有重要意義。O形圈一般安裝在密封溝槽內起密封作用。O形密封圈良好的密封效果很大程度上取決於O形圈尺寸與溝槽尺寸的正確匹配，形成合理的密封圈壓縮量與拉伸量。密封裝置設計加工時，若使O形圈壓縮量過小，就會引起洩漏；壓縮量過大則會導致O形密封圈橡膠應力鬆弛而引起洩漏。同樣，O形圈工作中拉伸過度，也會加速老化而引起洩漏。世界各國的標準對此都有較嚴格的規定。
1、O形圈密封的設計原則
1）壓縮率
壓縮率W通常用下式表示：
W= (do-h)/do%
式中 do——O形圈在自由狀態下的截面直徑（mm）
h ——O形圈槽底與被密封表面的距離，即O形圈壓縮後的截面高度（mm）。
在選取O形圈的壓縮率時，應從如下三個方面考慮：
a.要有足夠的密封接觸面積
b.摩擦力盡量小
c.儘量避免永久變形。
從以上這些因素不難發現，它們相互之間存在著矛盾。壓縮率大就可獲得大的接觸壓力，但是過大的壓縮率無疑會增大滑動摩擦力和永久變形。而壓縮率過小則可能由於密封溝槽的同軸度誤差和O形圈誤差不符合要求，消失部分壓縮量而引起洩漏。因此，在選擇O形圈的壓縮率時，要權衡個方面的因素。一般靜密封壓縮率大於動密封，但其極值應小於30%(和橡膠材料有關），否則壓縮應力明顯鬆弛，將產生過大的永久變形，在高溫工況中尤為嚴重。
O 形圈密封壓縮率W的選擇應考慮使用條件，靜密封或動密封；靜密封又可分為徑向密封與軸向密封；徑向密封（或稱圓柱靜密封）的洩漏間隙是徑向間隙，軸向密封（或稱平面靜密封）的洩漏間隙是軸向間隙。軸向密封根據壓力介質作用於O形圈的內徑還是外徑又分受內壓和外壓兩種情況，內壓增加的拉伸，外壓降低O形圈的初始拉伸。上述不同形式的靜密封，密封介質對O形圈的作用力方向是不同的，所以預壓力設計也不同。對於動密封則要區分是往復運動還是旋轉運動密封。
1.靜密封：圓柱靜密封裝置和往復運動式密封裝置一樣，一般取W=10%~15%；平面密封裝置取W=15%~30%。
2.對於動密封而言，可以分為三種情況：
a.往復運動密封一般取W=10%~15%。
b.旋轉運動密封在選取壓縮率時必須要考慮焦耳熱效應，一般來說，旋轉運動用O形圈的內徑要比軸徑大3%~5%，外徑的壓縮率W=3%~8%。
c.低摩擦運動用O形圈，為了減小摩擦阻力，一般均選取較小的壓縮率，即 W=5%~8%。此外，還要考慮到介質和溫度引起的橡膠材料膨脹。通常在給定的壓縮變形之外，允許的最大膨脹率為15%，超過這一範圍說明材料選用不合適，應改用其他材料的O形圈，或對給定的壓縮變形率予以修正。壓縮變形的具體數值，一般情況下，各國都根據自己的使用經驗制訂出標準或給出推薦值。
2）拉伸量
O形圈在裝入密封溝槽後，一般都有一定的拉伸量。與壓縮率不一樣，拉伸量的大小對O形圈的密封性能和使用壽命也有很大的影響。拉伸量大不但會導致O形圈安裝困難，同時也會因截面直徑do發生變化而使壓縮率降低，以致引起洩漏。拉伸量α可用下式表示：
α=(d+do)/（d1+do）
式中
d——軸徑（mm）；
d1——O形圈的內徑（mm）；
do——O形圈的截面直徑（mm）。
3）接觸寬度
O形圈裝入密封溝槽後，其橫截面產生壓縮變形。變形後的寬度及其與軸的接觸寬度都和O形圈的密封性能和使用壽命有關，其值過小會使密封性受到影響；過大則增加摩擦，產生摩擦熱，影響O形圈的壽命。
O形圈變形後的寬度BO（mm）與O形圈的壓縮率W和截面直徑dO有關，可用下式計算
BO={1/(1-W)-0.6W}dO （W取10%~40%）
O形圈與軸的接觸面寬度b（mm）也取決於W和dO：
b=( 4W2+0.34W+0.31)dO ( W取10%~40%)
對摩擦力限制較高的O形圈密封，如氣動密封、液壓伺服控制元件密封，可據此估算摩擦力。
2、O形圈的設計
絕大多數的O形圈是用合成橡膠材料製成的。合成橡膠O形圈的尺寸由國際標準（ISO3601/1）國家標準和組織標準等確定。如有些國家將O形圈的尺寸系列分為P系列（運動用）、G系列（固定用）、V系列（真空用）和ISO系列（一般工業用）四個系列組成。
我國的O形圈內徑、截面直徑尺寸及公差由GB/T34542.1—1992規定。
密封裝置的密封可靠性主要取決於O形圈的壓縮量。在一般的情況下，這種壓縮量都是很小的，只有十幾微米到幾十微米，這就要求O形圈的尺寸公差具有很高的精度。因此，O形圈需要採用高精度的模具進行加工，同時必須準確地掌握作為設計依據的O形圈材質的收縮率。一般只能通過實測，來獲得O形圈的收縮率。值得注意的是：
1）O形圈截面收縮率很小，一般不予考慮。只有在其截面直徑大於8mm的情況下，才予以考慮。
2）在配方和工藝條件一定的情況下，O形圈的收縮率會隨著材質硬度的提高而減小，也會隨著其內徑的減小而提高。具有中等硬度（HS75±5），以及中等大小（內徑d=40~70mm）的O形圈，其內徑的收縮率大約為1.5%。
一般，在靜密封場合，可選擇截面較小的密封圈；在動密封場合，應選擇截面較大的密封圈。通常，壓力較高和間隙較大時，應選擇較高硬度的材料；也可以選擇一般硬度的材料，再安裝一個聚四氟乙烯擋圈。
3、O形密封圈密封溝槽設計
O形密封圈的壓縮量與拉伸量是由密封溝槽的尺寸來保證的，O形密封圈選定後，其壓縮量、拉伸量及其工作狀態由溝槽決定，所以，溝槽設計與選擇對密封裝置的密封性和使用壽命的影響很大，溝槽設計是O形圈密封設計的主要內容。
密封溝槽設計包括確定溝槽的形狀、尺寸、精度和表面粗糙等，對動密封，還有確定相對運動間隙。溝槽設計原則是：加工容易，尺寸合理，精度容易保證，O形圈裝拆較為方便。常見的槽形為矩形槽。
1）溝槽形狀
矩形溝槽是液壓氣動用O形密封圈使用最多的溝槽形狀。這種溝槽的優點是加工容易，便於保證O形密封圈具有必要的壓縮量。除矩形溝槽外，還有V形、半圓形、燕尾形和三角形等型式的溝槽。
三角形溝槽截面形狀是以M為直角邊的等邊直角三角形。截面積大約為O形圈截面面積的1.05~1.10倍。三角形溝槽式密封裝置在英國、美國、日本等國家均有應用。設計的原則是O形密封圈內徑的公稱尺寸相等。
密封溝槽即可開在軸上，也可開在孔上；軸向密封則溝槽開在平面上。
2）槽寬的設計
密封溝槽的尺寸參數取決於O形密封圈的尺寸參數。
溝槽尺寸可按體積計算，通常要求矩形溝槽的尺寸比O形圈的體積大15%左右。這是因為：
a.O形圈裝入溝槽後，承受3%~30%的壓縮，而橡膠材料本身是不可壓縮的，所以應有容納O形圈變形部分的空間。
b.處於油液中的O形圈，除了存在由於油液的浸泡而可能引起的橡膠材料的膨脹外，還有可能存在隨著液體工作溫度的增高，而引起橡膠材料的膨脹現象。所以溝槽必須留有一定的餘量。
c.在運動狀態下，能適應O形圈可能產生的輕微的滾動現象。一般認為，裝配後的O形密封圈與槽壁之間留有適當的間隙是必要的。但是這個間隙不能過大，否則在交變壓力的作用下就會變成有害的“遊隙”，而增加O形圈的磨損。
槽不宜太窄，如果O形圈截面填滿了槽的截面，那麼運動時的摩擦阻力將會特別大，O形圈無法滾動，同時引起嚴重的磨損。槽也不宜過寬，因為槽過寬時O形圈的遊動範圍很大，也容易磨損。特別是靜密封時，如果工作壓力是脈動的，那麼靜密封就不會靜，它將在不適宜的寬槽內以同樣的脈動頻率遊動，出現異常磨損，使O形圈很快失效。
O形圈的截面面積至少應占矩形槽截面面積的85%，槽寬必須大於O形圈壓縮變形後的最大直徑。在許多場合下保證取槽寬為O形圈截面直徑的1.1~1.5倍。當內壓很高時，就必須使用擋圈，這時槽寬也應相應加大。
工作方式不同，徑向密封或軸向密封，動密封或靜密封，液壓密封或氣動密封，密封溝槽尺寸不同。我國O形圈密封圈與密封溝槽尺寸系列根據國家標準GB/T3452.3—1988），也可根據對根據對密封圈壓縮量與拉伸量的要求計算設計溝槽尺寸。
3）槽深的設計
溝槽的深度主要取決於O形密封圈所要求的壓縮率，溝槽的深度加上間隙，至少必須小於自由狀態下的O形圈截面直徑，以保證密封所需的O形圈壓縮的變形量。
O形圈壓縮變形量由O形圈內徑處的壓縮變形量δ’ 和外徑處的壓縮變形量δ’’ 組成，即 δ=δ’+δ’’。當δ’=δ’’時，O形圈的截面中心與槽的截面中心重合，兩中心圓的圓周相等，說明O形圈安裝時未受到拉伸。如果δ’>δ’’，則O形圈截面中心圓的周長小於槽中心圓的周長，說明O形圈以拉伸狀態裝在槽內；若δ’
設計槽深時，應首先確定O形圈的使用方式，然後再去選定合理的壓縮變形率。
4）槽口及槽底圓角的設計
溝槽的外邊口處的圓角是為了防止O形圈裝配時刮傷而設計的。它一般採用較小的圓角半徑，即r=0.1~0.2mm。這樣可以避免該處形成鋒利的刃口，O形圈也不敢發生間隙擠出，並能使擋圈安放穩定。
溝槽槽底的圓角主要是為了避免該處產生應力集中設計的。圓角半徑的取值，動密封溝槽可取R=0.3~1mm，靜密封溝槽可取其O形圈截面直徑的一半，即R=d/2。
5）間隙
往復運動的活塞與缸壁之間必須有間隙，其大小與介質工作壓力和O形圈材料的硬度有關。間隙太小，製造、加工困難；間隙太大，O形圈會被擠入間隙而損壞。一般內壓越大，間隙越小；O形圈材料硬度越大，間隙可放大。當間隙值在曲線的左下方時，將不發生間隙咬傷即“擠出”現象。
間隙的給定數值與零件的製造精度有很大關係。
6）槽壁粗糙度
密封溝槽的表面粗糙度，直接影響著O形圈的密封性和溝槽的工藝性。靜密封用O形圈工作過程中不運動，所以槽壁的粗糙度用Ra=6.3~3.2μm，對於往復運動用O形圈，因常在槽內滾動，槽壁與槽底的粗糙程度應到低一些，要求在Ra=1.60μm以下。旋轉運動用的O形圈一般在溝槽內是靜止的，要求軸的粗糙度Ra=0.40μm或者拋光。
4、擋圈
著壓力的增加，O形圈與擋圈互相擠壓。由於它們是彈性體，兩者同時發生變形，此變形首先向它們的上下兩角擴展，直到壓力超過10.5MPa。這種變形一直在兩者之間進行，而不致使擋圈發生“擠出”現象。根據擋圈材料和結構形式的不同，其承壓能力提高的程度也不同。當壓力足夠大時，擋圈也會產生“擠出”現象。
O形圈使用擋圈後，工作壓力可以大大提高。靜密封壓力能提高到200~700MPa；動密封壓力也能提高到40MPa。擋圈還有助於O形圈保持良好的潤滑。如果單向受壓，則在承受側用一個擋圈；如果雙向受壓則用兩個擋圈。對於靜密封，內壓在32MPa以下不用擋圈，超過此值用擋圈。使用擋圈後雖可防止O形圈發生“間隙咬傷”現象，但會增加密封裝置的摩擦阻力。
擋圈的材料有皮革、硬橡膠和聚四氟乙烯等，也有尼龍6和尼龍1010的。而以聚四氟乙烯擋圈最為常用。聚四氟乙烯作為擋圈材料有下列有點。
1）工作精度高。
2）耐化學品性能優異，可用於幾乎所有的介質。
3）無硬化破損現象。
4）使用溫度範圍寬。
5）摩擦力小。
6）無吸水性。
7）在177℃溫度下不發生老化等。
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