经过以上分析可以看到，密封环弹力设计需要通过选定密封环结构参数以及材料，使得密封环弹力产生的摩擦力能够足以抵御环侧压力，密封环弹力与气体压力的最佳匹配原则是：在设计中充分考虑各种影响密封环弹力的因素，使得密封环弹力作用产生的最小摩擦力要大于环侧承受最高气体压力。但是，也不应将密封环弹力设计得过高，弹力过高将加大组装难度，提高制造成本。因此，设计时要对密封环弹力进行仔细计算校核。

这里要充分考虑密封环工作温度造成的材料弹性模量下降、密封环持续一定工作时间后密封环弹力衰减，还要考虑在内燃机上环侧承受气体压力的脉动，以及加工公差造成的弹力波动。

首先确定密封环弹力抵御环侧压力的临界值，该临界值为

式中：Pm——周向弹力；

　　　Fr——环侧面承受的最大轴向气动力；

　　　f——摩擦系数。

由式（1）有P2＝1.316Pm，所以径向弹力设计值要求为

式中：P2——密封环设计室温时密封环径向弹力；

　　　Ka——设计选择的安全系数；

　　　Km——加工公差影响系数，加工公差范围内产生的最低弹力值与平均弹力值之比的倒数，或者加工公差范围内产生的最低弹力值与名义加工尺寸对应弹力值之比的倒数。取决于加工公差控制精度，依据密封环标准规定转化，Km最大为1.25，加工控制较严则该系数相应减小；

　　　KT——温度系数，为工作温度下弹性模量与常温弹性模量比值的倒数。取决于密封环处温度和材料温度特性，一般材料为1.1 左右；

　　　Kd——弹性消失系数，参照工作温度进行一定时效处理后弹力值与时效前值比值的倒数。与材料性能和温度相关，根据使用温度标准规定一般为1.05～1.20；(www.daowen.com)

　　　Kp——压力脉动系数，在涡轮进口最高压力点峰值压力与平均压力的比值，取决于排气压力脉动；

　　　n——密封环数量。

下面以某型增压器密封环的改进为例，讨论以上设计系数的影响。该密封环使用温度由350 ℃提高到430 ℃后出现失效问题，对原方案和改进方案进行了评估。

首先测试了密封环工作温度，测试了涡前温度和滑油对密封环工作温度的影响，如图7 所示。该密封环原方案所用材料的高温系数在最高使用温度时，两种材料KT 分别为1.11 和1.08，如图8 所示。取两种材料密封环各2 件，测试其径向弹力，并记录；然后将密封环装入轴承体，在高温炉中430 ℃保存7 h，取出后复检径向弹力，原方案密封环弹力下降约30%，优化方案密封环弹力下降8%，如表1 所示，弹性消失系数Kd分别为1.43 和1.09。

图7　密封环工作温度

图8　温度对密封环弹力的相对影响

表1　优化前后密封环对比

原方案密封环摩擦系数为0.37，稳流时密封环环侧力最大7 N，单环临界径向弹力P0＝1.316 Fr／f／n＝1.316×7／0.37／2＝12.45 N。该密封环加工公差如表2 所示，径向弹力最小为16.08 N，最大为28.6 N，平均值为22.07 N。虽然常温下密封环弹力平均值22.07 N 大于要求的临界值12.45 N，不考虑温度、加工公差等影响时，计算安全系数为1.77，但是考虑式（4）中多种影响后，计算出安全系数为：22.07／（1.316×7／0.37／2×1.2×1.1×1.43×1.08）＝0.87，即在实际工作中密封环弹力不能满足使用要求。

表2　密封环加工公差

改进方案更换了材料，提高了基础弹力，并降低了温度系数和弹力消失系数。改进后，密封环平均弹力由22.1 N 提高到25.9 N，对应在最高使用温度KT由1.11 降低到1.07，Kd由1.43 降低到1.09，大幅度提高了安全系数，满足了使用要求，如表3 所示。

表3　改进前后设计系数对比