Уплотнительное кольцо стандартизуется двумя параметрами: внутренний диаметр d₁ и толщина сечения d₂ (круглая «жила»). Правильный выбор — это не только «попасть в размер», но и обеспечить нужную степень обжатия (squeeze), допустимое растяжение/поджатие и непереполнение канавки. Ниже — практический алгоритм от компании «Барт».
Что измерять
- Если кольцо есть, но нет чертежей: • Измерьте d₂ (сечение) штангенциркулем без деформации. • Измерьте наружный диаметр Dₒ ненагруженного кольца и рассчитайте d₁ = Dₒ − 2·d₂. Сравните с ближайшими стандартными рядами (метрический ISO/ГОСТ или дюймовый AS568).
- Если кольца нет, но есть канавка/детали: • Определите тип уплотнения: радиальное (шток/поршень) или осевое (фланец/крышка). • Снимите размеры канавки: диаметр канавки Dg (для штока — по валу, для поршня — по посадке), глубина t и ширина w, а также диаметры сопрягаемой поверхности (ствол/отверстие или ответная плоскость). • Измерьте зазор на экструзию (между подвижными деталями) при рабочей температуре.
Базовые допуски и ориентиры
- Обжатие (squeeze): доля упругого сплющивания сечения. • Статика: 15–30 % от d₂. • Динамика (скольжение): 10–20 %.
- Растяжение по d₁ (stretch) для монтажа на вал/в канавку: • Статика: 0–5 % (лучше 1–3 %). • Динамика: 0–2 % (для больших диаметров чаще стремятся к 0 %).
- Заполнение канавки (gland fill) = (площадь сечения O-ring) / (площадь сечения канавки): • Статика: ≤ 85 %; Динамика: ≤ 75–80 % — чтобы оставался объём на тепловое расширение и набухание.
- Ширина канавки w: обычно 1,1–1,5·d₂ (ближе к 1,3·d₂ для динамики).
- Твёрдость: 70 Shore A — универсально; при высоком давлении и большом зазоре — 80–90 Shore A или бэкап-кольца.
Формулы (коротко и по делу)
1. Осевое уплотнение (фланец/крышка)
Обжатие по высоте:
Q = (d₂ - t)/d₂⇒t = d₂ (1−q)
Где t — глубина канавки (высота окна), q — доля обжатия (напр. 0,2 = 20 %).
2. Радиальное уплотнение (шток/поршень)
Радиальная глубина канавки выбирается так, чтобы:
Q = (d₂- tr)/d₂, tr = d₂ (1−q)
Где tr — «радиальная» глубина (расстояние от дна канавки до сопрягаемой поверхности по радиусу). Растяжение по внутреннему диаметру:
Ε = (Dg−d1)/d1 (в долях, 0,01 = 1 %)
3. Заполнение канавки
Площадь сечения кольца: Ao = *π(d₂/2) ^ 2
Площадь сечения канавки: Ag = w⋅t (осевое) или Ag = w⋅tr (радиальное). Условие: Ao/Ag ≤ допуск по режиму.
Пошаговый алгоритм подбора
- Выберите d₂ по месту и режиму: чем больше давление/износ и чем грубее допуски, тем крупнее сечение (часто: 1,78–7,0 мм для метрики/AS568).
- Назначьте обжатие q (см. ориентиры).
- Рассчитайте глубину t (или t_r) по формуле выше.
- Задайте ширину w = 1,2–1,4·d₂ и проверьте заполняемость Ao/AgA_o/A_gAo/Ag.
- Подберите d₁: для канавки на валу d₁ чуть меньше диаметра канавки (растяжение 0–3 % динамика); для канавки на поршне/в отверстии ориентируются на наружный диаметр кольца Do=d1+2d2D_o = d_1 + 2d_2Do=d1+2d2 относительно отверстия.
- Проверьте экструзию: если зазор велик и давление высокое, увеличьте твёрдость или добавьте антиэкструзионные кольца (back-up).
- Уточните материал (NBR/FKM/EPDM/VMQ и т. д.) по температуре и среде.
Мини-пример (динамическое уплотнение штока)
Дано: вал 20,00 мм, канавка на валу; хотим d₂ ≈ 2,5 мм, динамика.
- Берём q = 16 % → tr = 2,5⋅ (1−0,16) = 2,10 мм
- Ширина w = 1,3·2,5 = 3,25 мм (округлим до 3,2–3,4 мм).
- Стремимся к растяжению ε ≈ 2–3 %: d1=Dg/(1+ε) ≈ 19,5 мм
- Проверка заполнения: Ao = π⋅ (1,25)2 ≈ 4,9 мм Ag = w⋅tr ≈3,25⋅2,10 ≈ 6,8 мм Заполнение ≈ 72 % — в норме для динамики.
Практические советы монтажнику и конструктору
- Давайте скругления и фаски на входах (R ≈ 0,2–0,5 мм) — кольца не поранятся.
- Смазывайте совместимой смазкой, избегайте острых кромок и спиральных накаток в зоне хода.
- Учитывайте температурное расширение и набухание (масла, топливо) — оставляйте запас по заполнению.
- Для крупных диаметров снижайте растяжение. При сборке в «тугих» местах применяйте оправки.
- Проверяйте зазор на экструзию на крайних допусках и при прогибах деталей.
