Descripción general del diseño de la junta tórica

Global O-Ring and Seal ha desarrollado un diseño de ranura para juntas tóricas y pautas de dimensión de glándulas. Estos están destinados para su uso en la consideración básica del diseño y para comprender los principios básicos involucrados en el diseño de la junta tórica / ranura. Numerosos factores intervienen en el diseño apropiado de una glándula / ranura, incluidas, entre otras, las aplicaciones estáticas o dinámicas, las condiciones de presión, las características del fluido selladas y las tolerancias de la junta tórica y la ranura.

Encontrar la sección transversal de la junta tórica correcta

La sección transversal de la junta tórica en su diseño determinará todas sus dimensiones y especificaciones posteriores. Las juntas tóricas estándar están disponibles en varias secciones transversales y dimensiones interiores (ID). Por ejemplo, se puede comprar una junta tórica con una ID de 5 ¼ en cuatro secciones transversales AS568 estándar. A continuación, se incluye una lista de ventajas en la selección de juntas tóricas de sección transversal cada vez más grandes.

Ventajas de las juntas tóricas de sección transversal más pequeñas

  • Junta tórica compacta y más ligera
  • Más rentable si el diseño utiliza elastómeros caros como FKM o FFKM
  • Mecanizado reducido de surcos

Ventajas de las juntas tóricas de sección transversal más grandes

  • Apriete más pequeño requerido para crear un sello que reduzca los problemas del conjunto de compresión
  • Mayores variaciones de tolerancias en la ranura mecanizada mientras se mantiene una compresión aceptable

Interferencia ID / OD

La identificación o el diámetro externo de la junta tórica debe dimensionarse para crear alguna interferencia, según las pautas a continuación:

  • Sellos de la glándula del pistón: la ID de la junta tórica debe ser más pequeña que el diámetro externo de la glándula, por lo que la junta tórica instalada siempre se estira ligeramente (máx. 5%)
  • Sellos de la glándula de la barra: la junta tórica OD debe ser ligeramente más grande que la profundidad de la glándula ID (máx.2%)
  • Sellos frontales de presión externa: la ID de la junta tórica debe ser ligeramente más pequeña que el diámetro interno de la glándula (ID de la glándula) (máx. 5%)
  • Sellos frontales de presión interna: la junta tórica OD debe ser ligeramente más grande que el diámetro externo de la glándula (glándula OD) (máx. 3%)

Ranura de junta tórica / tipos de glándulas

A continuación, se presentan cuatro tablas de guía de diseño de ranuras de aplicación estándar junto con dibujos de referencia dimensional. La primera mesa es para sellos industriales de cara o brida. La segunda tabla es para aplicaciones radiales industriales estáticas. La tercera tabla es para aplicaciones dinámicas industriales recíprocas. Por último, la cuarta mesa es para el diseño de ranura en cola de milano. Estas guías de diseño de ranura para junta tórica ofrecen una guía dimensional predeterminada para aplicaciones básicas de diseño de ranura para junta tórica.

Brida / Sello facial

Una brida o sello frontal es estático y no tendrá un espacio entre las superficies, eliminando cualquier problema de diseño asociado con la extrusión. Este es el más sencillo de los diseños de ranura.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de Glándula (D) Exprimir Ancho de Glándula (W) Líquidos Ancho de Glándula (W) Vacío y Gases Radios de la esquina de la glándula
Nominal TOL (+/-) Real Por ciento Nominal TOL (+/-) Nominal TOL (+/-) R1 R2
-0XX 0,070 0.003 .055-0.057 .010-.018 15% -25% 0,103 0.002 0,084 0.003 0,010 0.005
-1XX 0,103 0.004 .088-.090 .010-.018 10% -17% 0.140 0.003 0,121 0.003 0,010 0.005
-2XX 0.139 0.004 .121-.123 .012-.022 9% -16% 0.180 0.003 0.160 0.003 0,018 0.005
-3XX 0.210 0.005 .185-.188 .017-.030 8% -14% 0.280 0.003 0.240 0.003 0,028 0.005
-4XX 0,275 0.006 .237-.240 .029-.044 11% -16% 0.352 0.003 0.310 0.003 0,028 0.005

Sello facial de cola de milano

Un sello de cara de cola de milano es una glándula estática especial diseñada para retener la junta tórica en la ranura. Este diseño es beneficioso cuando el sello se abre y se cierra durante el uso.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de Glándula (D) Ancho de Glándula (W) Radios de la esquina de la glándula
Nominal TOL (+/-) Nominal TOL (+/-) Nominal TOL (+/-) R1 R2
-0XX 0,070 0.003 0,052 0.002 0,064 0.002 0,015 0.005
-1XX 0,103 0.004 0,078 0.003 0,088 0.003 0,015 0,01
-2XX 0.139 0.004 0,106 0.003 0.120 0.003 0,031 0,01
-3XX 0.210 0.005 0,164 0.004 0,176 0.003 0,031 0,015
-4XX 0,275 0.006 0.215 0.004 0,235 0.003 0,063 0,015

Sello de glándula estática

Se utiliza un sello de prensaestopas estático cuando dos componentes de acoplamiento tienen un espacio diseñado entre las superficies. Típicamente, estas aplicaciones involucran diseños que involucran una parte de acoplamiento que se inserta en otra parte que requiere espacios libres de diseño.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de Glándula (D) Exprimir Ancho de Glándula (W) Brecha (H) Radios de la esquina de la glándula
Nominal TOL (+/-) Real Por ciento Nominal TOL (+/-) con 1 anillo de respaldo con 2 anillos de respaldo MAX R1 R2
-0XX 0,070 0.003 .050-0.052 .015-.023 22% -32% 0,095 0.002 0.140 0,207 0.002 0.007 0.005
-1XX 0,103 0.004 .081-.083 .017-.025 17% -24% 0.142 0.003 0,173 0.240 0.002 0.007 0.005
-2XX 0.139 0.004 .111-.113 .022-.032 16% -23% 0,189 0.003 0.210 0.277 0.002 0,017 0.005
-3XX 0.210 0.005 .170-.173 .032-.045 15% -21% 0.283 0.003 0,313 0.412 0.003 0,027 0.005
-4XX 0,275 0.006 .226-.229 .040-.055 15% -20% 0.377 0.003 0.410 0,540 0.003 0,027 0.005

Sello dinámico de la glándula

Un sello de prensaestopas dinámico se usa cuando dos componentes de acoplamiento se mueven uno con respecto al otro mientras se mantiene un sello. Siempre habrá un espacio entre las dos superficies.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de Glándula (D) Exprimir Ancho de Glándula (W) Brecha (H) Radios de la esquina de la glándula
Nominal TOL (+/-) Real Por ciento Nominal TOL (+/-) con 1 anillo de respaldo con 2 anillos de respaldo MAX R1 R2
-0XX 0,070 0.003 .055-0.057 .010-.018 15% -25% 0,095 0.002 0.140 0,207 0.002 0.007 0.005
-1XX 0,103 0.004 .088-.090 .010-.018 10% -17% 0.142 0.003 0,173 0.240 0.002 0.007 0.005
-2XX 0.139 0.004 .121-.123 .012-.022 9% -16% 0,189 0.003 0.210 0.277 0.002 0,017 0.005
-3XX 0.210 0.005 .185-.188 .017-.030 8% -14% 0.283 0.003 0,313 0.412 0.003 0,027 0.005
-4XX 0,275 0.006 .237-.240 .029-.044 11% -16% 0.377 0.003 0.410 0,540 0.003 0,027 0.005

Consideraciones de diseño de ranura

Las tablas de diseño que se muestran arriba se crearon utilizando las mejores prácticas, incluidas la relación de compresión, la extrusión de juntas tóricas, la concentricidad y la brecha diametral, y los anillos de respaldo.

Índice de compresión

Nuestras pautas comienzan con la dimensión nominal (o indicada), luego incorporan tolerancias de los elementos de diseño para proporcionar la base correcta para diseñar la glándula / ranura. Nota: El diseñador realizará compensaciones entre parámetros dimensionales. Finalmente, el diseño final debe manejar los extremos de tolerancias.

En el cálculo anterior, utilizamos las dimensiones nominales (o indicadas). Sin embargo, al diseñar la ranura, es necesario observar los dos casos extremos. Primero, la junta tórica está en su límite de tolerancia superior y la altura de la glándula está en su límite de tolerancia inferior. En segundo lugar, la junta tórica está en su límite de tolerancia de sección transversal más pequeño y la glándula está en su límite de tolerancia de tamaño más grande. Estos producirán la compresión más alta y los porcentajes de compresión más bajos. Los tres valores de compresión deben estar entre 5% y 30% de compresión.

Cálculo de las dimensiones de la glándula de la junta tórica

La glándula que retiene la junta tórica tiene un área rectangular. Una vez que se selecciona la sección transversal de la junta tórica y se calcula la altura de la glándula (para lograr la compresión deseada de la junta tórica), el cálculo final será el ancho de la glándula. Para encontrar el área mínima necesaria, calcule el volumen total de la junta tórica que crea el rectángulo para contener ese volumen. A continuación, se encuentra la fórmula para calcular el volumen de la junta tórica en función de la sección transversal.

Cálculo del volumen de la junta tórica

Las recomendaciones de llenado de glándulas objetivo incorporan varios factores que podrían afectar el volumen necesario para albergar la junta tórica. Estos factores incluyen espacio para expansión térmica, hinchazón debido a la exposición al fluido y el efecto de variaciones de tolerancia en la ranura mecanizada y la junta tórica moldeada.

Extrusión de junta tórica

La extrusión es una preocupación para los sellos radiales donde existe un espacio diseñado entre los componentes móviles: ya sea el pistón y el orificio, o el vástago y el orificio. El problema es que a presiones más altas desde una dirección, la junta tórica se puede forzar en el pequeño espacio y dañarse. El diseño general del sistema de sellado debe tener en cuenta esta brecha de diseño.

Concentricidad y brecha diametral

En el diseño de sellado, a menos que se garantice que el orificio y el pistón (o varilla) permanezcan concéntricos por los cojinetes, se debe suponer que todo el espacio posible puede desplazarse hacia un lado. Esta es la brecha utilizada al diseñar para extrusión.

Límites de diseño para extrusión

Se pueden usar muchos elementos de diseño para abordar problemas de extrusión en el diseño de sellado. Si el espacio máximo permitido se reduce a través de la alineación / rodamientos, esto permite un aumento de la presión para la misma junta tórica. Otra opción es aumentar el durómetro (dureza) del compuesto, lo que aumenta la presión permitida para un espacio definido.

Otra alternativa es utilizar anillos de respaldo que son elementos antiextrusión. Los anillos de respaldo están hechos de materiales plásticos delgados y duros como Nylon, PTFE y PEEK. Los anillos de respaldo funcionan al cubrir la brecha existente. A continuación, se muestra un gráfico de extrusión que proporciona los límites de presión por espacio y durómetro de la junta tórica. Si las compensaciones del diseño del espacio y el durómetro no funcionan, se recomienda el uso de anillos de respaldo para superar los problemas de extrusión.

Diseños de anillo de respaldo

Los anillos de respaldo están diseñados para eliminar el espacio de extrusión en aplicaciones de sellado de alta presión. Si la presión es de una sola dirección, solo se necesita un anillo de respaldo. Si la presión proviene de ambas direcciones, se recomienda colocar un anillo de respaldo a ambos lados de la junta tórica. La adición de anillos de respaldo debe incorporarse en el cálculo de relleno para determinar el ancho de la ranura. Finalmente, los anillos de respaldo pueden ser planos (sólidos, divididos o espirales) o contorneados.