В этой статье мы исследуем увлекательный мир уплотнительных колец и узнаем об их важнейшей роли в обеспечении надежности механических устройств. Опытные инженеры поделятся своими экспертными мнениями о выборе материалов, конструктивных особенностях и советах по обслуживанию. Окунитесь в этот мир и откройте для себя секреты, скрывающиеся за этими жизненно важными компонентами!
О-кольцо - это тип резинового уплотнительного кольца с круглым сечением. Свое название оно получило благодаря О-образному сечению, поэтому его обычно называют уплотнительным кольцом.
Кольцо круглого сечения впервые появилось в середине XIX века в качестве уплотнительного элемента для цилиндров паровых машин. Сегодня оно широко используется благодаря своей доступности, простоте изготовления, надежным эксплуатационным характеристикам и простым требованиям к установке. В результате уплотнительное кольцо является наиболее распространенной конструкцией для механического уплотнения.
Уплотнительное кольцо может выдерживать высокое давление, измеряемое десятками мегапаскалей (килопаскалей). Оно может использоваться как в статических, так и в динамических системах, где компоненты перемещаются относительно друг друга, например, во вращающихся валах насосов и поршнях гидравлических цилиндров.
О-кольцо - это небольшой кольцеобразный уплотнительный элемент, обычно имеющий круглое сечение. Основным материалом для его изготовления является синтетическая формовочная смесь, что делает его наиболее широко используемым типом уплотнения в гидротехнике. В основном оно используется для статических и скользящих уплотнений.
По сравнению с другими уплотнениями уплотнительное кольцо имеет ряд преимуществ, в том числе:
a. Эффективное уплотнение и длительный срок службы
b. Возможность уплотнения в обоих направлениях с помощью одного кольца
c. Хорошая совместимость с маслом, температурой и давлением
d. Низкое сопротивление динамическому трению
e. Небольшой размер, малый вес и низкая стоимость
f. Простая и легко разбираемая уплотнительная конструкция
g. Возможность использования в качестве статического или динамического уплотнения
h. Стандартизированный размер и паз, что делает его удобным для выбора и поиска.
Одним из недостатков уплотнительного кольца является то, что при использовании в качестве динамического уплотнения оно обладает большим сопротивлением трению, которое примерно в 3-4 раза превышает его динамическое трение. Кроме того, оно склонно к продавливанию в барьер под высоким давлением.
1GB/T3452.1-1982 метод выражения
Внутренний диаметр d1 × диаметр проволоки d2
Например:
"20" означает, что внутренний диаметр уплотнительного кольца составляет 20 мм.
"2,4" означает диаметр поперечного сечения уплотнительного кольца, который составляет 2,4 мм.
"GB3452.1" - это номер стандарта.
"82" означает год публикации стандарта.
Цифры "2400" означают диаметр поперечного сечения уплотнительного кольца, который составляет 2,4 мм.
"0200" указывает на то, что внутренний диаметр уплотнительного кольца составляет 20 мм.
Как и в первом примере, "GB3452.1" - это номер стандарта, а "82" - год публикации стандарта.
2. Представление GB/T3452.1-2005
Например:
(1) О-образное кольцо 7,5 × 1,8G GB/T3452.1
Цифры "7,5" указывают на внутренний диаметр уплотнительного кольца.
Число "1,8" относится к диаметру поперечного сечения уплотнительного кольца.
Серия "G" означает "Универсальное уплотнительное кольцо". Существуют и другие серии, например, "A", которая обозначает "O-ring for Aerospace".
(2) A 0 × 0 × 7 × 5XG GB/T3452.1
Серия "A" относится к кольцевой проволоке диаметром 1,80 мм. Существуют и другие серии с различными диаметрами проволоки, например:
Уплотнительное кольцо - это разновидность экструзионного уплотнения. Основной принцип работы экструзионного уплотнения заключается в том, что оно опирается на упругую деформацию уплотнения для создания контактного давления на уплотняемой поверхности. Если это контактное давление больше внутреннего давления уплотняемой среды, утечки не будет, в противном случае произойдет утечка. Процесс, в котором среда сама изменяет состояние контакта уплотнительного кольца для достижения герметичности, называется "самоуплотнением".
Предварительное уплотнение Q-образным кольцом
Эффект самозапечатывания:
Благодаря эффекту предварительного уплотнения уплотнительное кольцо находится в тесном контакте как с уплотняемой гладкой поверхностью, так и с дном канавки. В результате, когда жидкость попадает в канавку через зазор, она воздействует только на одну сторону уплотнительного кольца. Когда давление жидкости велико, она толкает уплотнительное кольцо к другой стороне канавки и сжимает его в D-образную форму, передавая давление на контактную поверхность.
Однако способность уплотнительных колец к самоуплотнению ограничена. При слишком высоком внутреннем давлении уплотнительное кольцо может подвергнуться "выдавливанию резины". Это происходит, когда в месте уплотнения образуется зазор, а высокое давление вызывает концентрацию напряжения в этом зазоре. Когда напряжение достигает определенного уровня, резина выдавливается наружу. Хотя уплотнительное кольцо может временно сохранять герметичность, на самом деле оно повреждено. Поэтому важно тщательно выбирать подходящее уплотнительное кольцо для конкретного применения.
На сайте динамические уплотненияЭффекты предварительного уплотнения и самоуплотнения уплотнительного кольца аналогичны эффектам в статических уплотнениях. Однако в динамических уплотнениях ситуация сложнее из-за возможности попадания жидкости между уплотнительным кольцом и штоком во время движения.
Когда шток находится в рабочем состоянии, если на левую сторону уплотнительного кольца действует давление среды P1 (как показано на рис. a), контактное давление, создаваемое уплотнительным кольцом на штоке, превышает P1 за счет эффекта самоуплотнения, обеспечивая герметичность.
Однако, когда стержень начинает двигаться вправо, среда, прикрепленная к стержню, попадает в зазор между уплотнительным кольцом и стержнем (рис. b). Из-за гидродинамического эффекта давление этой части среды больше, чем P1, и может превысить силу контакта уплотнительного кольца со стержнем, что приведет к выдавливанию среды в первую канавку уплотнительного кольца (рис. c). При дальнейшем движении стержня вправо среда продолжит поступать в следующую канавку, что приведет к утечке в направлении движения стержня.
Утечка менее вероятна при движении штока влево, так как направление движения противоположно направлению давления на шток. Вероятность утечки возрастает с увеличением вязкости среды и скорости перемещения штока, а также тесно связана с размером и рабочим давлением уплотнительного кольца.
Кроме того, имеется уплотнение, устанавливаемое в паз с фаской на торцевой поверхности, а также два специальных метода уплотнения:
3.1.1 Cкоэффициент сжатия
Коэффициент сжатия (W) уплотнительного кольца выражается как:
W = (d2 - h) / d2 × 100%
Где:
d2 - диаметр поперечного сечения уплотнительного кольца в свободном состоянии (мм)
h - расстояние между дном канавки уплотнительного кольца и уплотняемой поверхностью (глубина канавки), которое представляет собой высоту поперечного сечения уплотнительного кольца после сжатия (мм).
При выборе степени сжатия уплотнительного кольца важно учитывать следующие факторы:
При выборе степени сжатия (W) следует также учитывать условия эксплуатации и то, является ли уплотнение статическим или динамическим.
Статические уплотнения можно дополнительно разделить на радиальные и осевые. Радиальные уплотнения имеют радиальные зазоры, а осевые уплотнения - осевые зазоры.
Осевые уплотнения можно также разделить на уплотнения с внутренним давлением и уплотнения с внешним давлением, в зависимости от того, на какой диаметр уплотнительного кольца воздействует среда под давлением - внутренний или внешний. Внутреннее давление увеличивает натяжение, в то время как внешнее давление уменьшает начальное натяжение уплотнительного кольца.
Для этих различных форм статических уплотнений направление движения уплотняющей среды на уплотнительном кольце отличается, поэтому конструкция предварительного давления также отличается.
Для динамических уплотнений важно различать возвратно-поступательные и вращающиеся уплотнения.
При выборе степени сжатия уплотнений для вращательного движения необходимо учитывать тепловой эффект Джоуля. Как правило, внутренний диаметр уплотнительного кольца, используемого для вращательного движения, на 3% - 5% больше диаметра вала, а степень сжатия наружного диаметра составляет от -3% до 8%.
Для уплотнительных колец, используемых в условиях низкого трения, обычно выбирается небольшой коэффициент сжатия от 5% до 8% для снижения сопротивления трению. Также важно учитывать расширение резиновых материалов под воздействием среды и температуры.
Как правило, максимально допустимая скорость расширения составляет 15% в дополнение к заданной деформации сжатия. Если этот диапазон превышен, это указывает на то, что выбор материала не соответствует действительности, и следует либо использовать другой материал для уплотнительного кольца, либо скорректировать заданную скорость деформации при сжатии.
3.1.2 Sколичество растяжений
После установки уплотнительного кольца в уплотнительную канавку оно, как правило, имеет определенный уровень натяжения. Этот натяг, как и степень сжатия, в значительной степени влияет на эффективность уплотнения и срок службы уплотнительного кольца. Чрезмерное натяжение затрудняет установку уплотнительного кольца и снижает коэффициент сжатия, что приводит к утечке.
Сумму растяжения можно рассчитать по следующей формуле:
a = (d + d2) / (d1 + d2)
Где:
d - диаметр вала (мм) d1 - внутренний диаметр уплотнительного кольца (мм)
Рекомендуемый диапазон величины растяжения составляет от 1% до 5%. В таблице 1 приведена рекомендуемая величина растяжения для уплотнительных колец, а величина растяжения может быть выбрана и ограничена в зависимости от диаметра вала.
Таблица I Пределы степени сжатия и величины растяжения уплотнительного кольца
| Форма пломбы | Уплотнительная среда | Растягивающееся количество a (%) | Степень сжатия w (%) |
| Статическое уплотнение | Гидравлическое масло | 1.03~1.04 | 15~25 |
| Воздух | <1.01 | 15~25 | |
| Возвратно-поступательное движение | Гидравлическое масло | 1.02 | 12~17 |
| Воздух | <1.010.95~1 | 12~173~8 | |
| Вращательное движение | Гидравлическое масло | 0.95~1 | 3~8 |
Сжатие уплотнительного кольца в первую очередь определяется конструкцией и размерами установочной канавки.
Чаще всего используются прямоугольные и треугольные канавки, причем треугольные канавки применяются только для специальных фиксированных уплотнений.
Форма канавок для статических, возвратно-поступательных и динамических уплотнений может быть одинаковой, но их размеры варьируются в зависимости от требований к сжатию.
3.2.1 Sширина участка
Ширина щели рассматривается со следующих трех точек зрения:
Обычно рекомендуется, чтобы площадь поперечного сечения уплотнительного кольца занимала не менее 85% площади прямоугольного поперечного сечения. Во многих случаях ширина канавки в 1,5 раза превышает диаметр поперечного сечения уплотнительного кольца.
Важно отметить, что узкая канавка увеличивает трение и приводит к повышенному износу уплотнительного кольца. С другой стороны, если канавка слишком широкая, это увеличит диапазон движения уплотнительного кольца и сделает его более восприимчивым к износу. Кроме того, в статических уплотнениях с пульсирующим давлением уплотнительное кольцо может испытывать пульсирующее движение и изнашиваться неравномерно.
В условиях высокого давления необходимо использовать стопорное кольцо, а ширина канавки должна быть соответственно увеличена.
3.2.2 Gглубина канавки
Глубина канавки является решающим фактором для правильного функционирования уплотнительного кольца. Она в основном зависит от деформации уплотнительного кольца при сжатии.
Эта деформация состоит из деформации сжатия (A1) на внутреннем диаметре уплотнительного кольца и деформации сжатия (A2) на внешнем диаметре уплотнительного кольца.
Когда A1=A2, сечение уплотнительного кольца совпадает с центром сечения канавки, а две окружности равны, что свидетельствует о том, что уплотнительное кольцо не растянуто во время установки.
Когда A1>A2, окружность центра участка уплотнительного кольца меньше, чем окружность центра канавки, что указывает на то, что уплотнительное кольцо установлено в растянутом состоянии.
Если A1<A2, периметр участка уплотнительного кольца больше центрального периметра участка канавки. В этом случае уплотнительное кольцо устанавливается с окружным сжатием, и при демонтаже оно будет отскакивать.
При проектировании глубины канавки в первую очередь следует учитывать предполагаемое использование уплотнительного кольца, а затем выбирать разумную скорость деформации при сжатии. Также следует учитывать разбухание материала в среде, разбухание самого материала и другие сопутствующие факторы.
Однако существуют соответствующие стандарты, предусмотренные государством для структуры пазов.
3.2.3 Sвыбор и проектирование канавок
1. Форма установки паза
Объясните:
Таблица II Размер радиальной канавки уплотнительного кольца
| Диаметр сечения уплотнительного кольца d2 | 1.80 | 2.65 | 3.55 | 5.30 | 7.00 | ||
| ширина траншеи | Пневматическое уплотнение | 2.2 | 3.4 | 4.6 | 6.9 | 9.3 | |
| Гидравлическое динамическое уплотнение или статическое уплотнение | b+0.25 | 2.4 | 3.6 | 4.8 | 7.1 | 9.59.5 | |
| b1+0.25 | 3.8 | 5.0 | 6.2 | 9.0 | 12.3 | ||
| b2+0.25 | 5.2 | 6.4 | 7.6 | 10.9 | 15.1 | ||
| Глубина канавки t | Уплотнение штока поршня, (для расчета d3) | Гидравлическое динамическое уплотнение | 1.42 | 2.16 | 2.96 | 4.48 | 5.95 |
| Пневматическое уплотнение | 1.46 | 2.23 | 3.03 | 4.65 | 6.20 | ||
| Статическое уплотнение | 1.38 | 2.07 | 2.74 | 4.19 | 5.67 | ||
| Уплотнение штока поршня, (для расчета d6) | Гидравлическое динамическое уплотнение | 1.47 | 2.24 | 3.07 | 4.66 | 6.16 | |
| Пневматическое уплотнение | 1.57 | 2.37 | 3.24 | 4.86 | 6.43 | ||
| Статическое уплотнение | 1.42 | 2.15 | 2.85 | 4.36 | 5.89 | ||
| Минимальная длина фаски Zmin | 1.1 | 1.5 | 1.8 | 2.7 | 3.6 | ||
| Радиус зачистки дна канавки r1 | 0.2-0.4 | 0.4-0.8 | 0.8-1.2 | ||||
| Радиус окантовки канавки r2 | 0.1-0.3 | ||||||
| Максимальный диаметр дна канавки уплотнения штока поршня d3max=d4+2t, d4 диаметр поршневого штока | |||||||
| Минимальный диаметр дна канавки уплотнения штока поршня d6мин=d5max+2t, d5max максимальный диаметр поршневого штока. | |||||||
В Китае установлены стандарты на размер канавок для уплотнительных колец. Подробная информация приведена в таблице 3.
Таблица III Размер канавки и сжатие для уплотнения
| Допуск на размер сечения 0-кольца | 1.9±0.08 | 2.4±0.08 | 3.1±0.10 | 3.5±0.10 | 5.7±0.15 | 8.6±0.16 | |||
| Осевое фиксированное уплотнение | Величина сжатия | 0.60~0.40 | 0.70~0.504 | 0.85~0.55 | 0.90~0.65 | 1.3~0.9 | 1.6~1.0 | ||
| Размер канавки | h | 1.3~1.5 | 1.7~1.9 | 2.25~2.55 | 2.60~2.85 | 4.40~4.80 | 7.00~2.60 | ||
| b | 2.50 | 3.20 | 4.2 | 4.70 | 7.50 | 11.2 | |||
| r≤ | 0.40 | 0.7 | 0.80 | ||||||
| Для спорта | Величина сжатия | 0.47~0.28 | 0.47~0.27 | 0.54~0.30 | 0.60~0.324 | 0.85~0.45 | 1.06~0.68 | ||
| Размер канавки | h | 1.43~1.62 | 1.93~2.13 | 2.65~2.80 | 2.90~3.18 | 4.85~5.25 | 7.54~7.92 | ||
| b | Без стопорного кольца | 2.5 | 3.2 | 4.2 | 4.70 | 7.5 | 11.2 | ||
| Добавьте стопорное кольцо | 3.9 | 4.4 | 5.2 | 6.0 | 9.0 | 13.2 | |||
| Добавьте два стопорных кольца | 5.40 | 6.0 | 7.0 | 7.8 | 11.5 | 17.2 | |||
| r≤ | 0.4 | 0.7 | 0.8 | ||||||
| Примечание: h - высота канавки; b - ширина траншеи; r - фаска канавки. | |||||||||
3. Требования к обработке кольцевых канавок
Для предотвращения утечек из-за царапин и неправильной установки существуют определенные требования к точности канавок и сопутствующих компонентов при установке уплотнительных колец.
Во-первых, края, проходящие при установке, должны быть тупыми или закругленными, а внутреннее отверстие, проходящее через него, должно быть скошено под углом 10-20 градусов.
Во-вторых, необходимо тщательно продумать точность поверхности на пути установки уплотнительного кольца. Вал должен иметь низкое значение шероховатости и при необходимости смазываться.
Требования к точности монтажного паза и совпадающей поверхности приведены в таблице IV.
Таблица IV Шероховатость поверхности сопрягаемых частей О-образной канавки резинового уплотнения
| поверхность | Приложения | Состояние давления. | Отделка поверхности |
| Дно и боковые стороны траншеи | Герметичное уплотнение | Непеременные и неимпульсные, | R.3.2um |
| Чередование или пульсация, | R.1.6um | ||
| Динамическое уплотнение, | Непеременные и неимпульсные. | ||
| Сопрягаемая поверхность | Герметичное уплотнение | Непеременные и неимпульсные. | R.1.6um. |
| Чередование или пульсация, | R.0.8um | ||
| Динамическое уплотнение | R0.4 μ m |
При выборе материала уплотнительного кольца учитываются следующие факторы:
Как правило, нитрильный каучук используется для обеспечения маслостойкости, хлоропреновый - для обеспечения атмосферостойкости и озоностойкости, акрилатный или хлоркаучук - для обеспечения теплостойкости, полиуретановый - для обеспечения устойчивости к высокому давлению и износостойкости, а сополиазольный - для обеспечения холодостойкости и маслостойкости.
Область применения различных клеев приведена в таблице 5.
Таблица V Спецификация по использованию кольцевых уплотнительных материалов
| Материаловедение | Применяемые носители | Температура эксплуатации / ℃ | Примечания | |
| Для спорта | Статическое использование | |||
| Нитриловый каучук | Минеральное масло, бензин, бензол | 80 | -30~120 | |
| Неопрен | Воздух, вода, кислород | 80 | -40~120 | Меры предосторожности при занятиях спортом |
| бутиловый каучук | Животное и растительное масло, слабая кислота, щелочь | 80 | -30~110 | Большая постоянная деформация, не подходит для минерального масла |
| бутадиен-стирольный каучук | Щелочь, животное и растительное масло, воздух, вода | 80 | -30~100 | Не применимо к минеральному маслу |
| Натуральный каучук | Вода, слабая кислота, слабое основание | 60 | -30~90 | Не применимо к минеральному маслу |
| силиконовая резина | Масло для высоких и низких температур, минеральное масло, животное и растительное масло, кислород, слабая кислота, слабое основание | -60~260 | -60~260 | Не подходит для пара, избегайте использования в движущихся частях |
| Хлорсульфонированный полиэтилен | Высокотемпературное масло, кислород, озон | 100 | -10~150 | Избегайте использования в движущихся частях |
| Полиуретановая резина | Вода, масло | 60 | -30~80 | Износостойкость, но избегайте использования на высоких скоростях |
| Фторопласт | Горячее масло, паровой воздух, неорганическая кислота | 150 | -20~200 | |
| тефлон | Кислоты, основания, различные растворители | -100~260 | Не применимо к движущимся частям | |
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO