Présentation de la conception des rainures de joint torique

Global O-Ring and Seal a développé des directives de conception de rainure de joint torique et de dimension de presse-étoupe. Ceux-ci sont destinés à être utilisés dans les considérations de conception de base et à comprendre les principes de base impliqués dans la conception de presse-étoupe/rainure de joint torique. De nombreux facteurs entrent dans la conception appropriée d'un presse-étoupe/rainure, y compris, mais sans s'y limiter, les applications statiques ou dynamiques, les conditions de pression, les caractéristiques du fluide à sceller et les tolérances du joint torique et de la rainure.

Trouver la bonne section de joint torique

La section transversale du joint torique dans votre conception déterminera toutes vos dimensions et spécifications ultérieures. Les joints toriques standard sont disponibles dans diverses sections transversales et dimensions intérieures (ID). Par exemple, un joint torique avec un ID de 5 ¼ peut être acheté dans quatre sections transversales standard AS568 . Vous trouverez ci-dessous une liste d'avantages dans la sélection de joints toriques de section plus petite et plus grande.

Avantages des joints toriques à section plus petite

  • Joint torique compact et plus léger
  • Plus rentable si la conception utilise des élastomères coûteux tels que le FKM ou le FFKM
  • Usinage réduit des rainures

Avantages des joints toriques de plus grande section

  • Plus petite pression requise pour créer un joint qui réduit les problèmes de compression
  • Variations de tolérances plus importantes dans la rainure usinée tout en maintenant une compression de compression acceptable

Interférence ID/OD

L'ID ou le diamètre extérieur du joint torique doit être dimensionné pour créer des interférences, conformément aux directives ci-dessous :

  • Joints de presse-étoupe de piston : le diamètre intérieur du joint torique doit être inférieur au diamètre extérieur du presse-étoupe afin que le joint torique installé soit toujours légèrement étiré (max 5%)
  • Joints de presse-étoupe de tige : le diamètre extérieur du joint torique doit être légèrement plus grand que la profondeur du presse-étoupe (max 2%)
  • Joints frontaux à pression externe : le diamètre intérieur du joint torique doit être légèrement inférieur au diamètre intérieur du presse-étoupe (ID du presse-étoupe) (max 5%)
  • Joints d'étanchéité à pression interne : le diamètre extérieur du joint torique doit être légèrement plus grand que le diamètre extérieur du presse-étoupe (extérieur du presse-étoupe) (max 3 %)

Types de rainure/glande de joint torique

Ci-dessous, quatre tableaux d'orientation de conception de rainure d'application standard sont présentés avec des dessins de référence dimensionnels. Le premier tableau concerne les joints industriels de face ou de bride. Le deuxième tableau est destiné aux applications radiales industrielles statiques. Le troisième tableau est destiné aux applications industrielles alternatives dynamiques. Enfin, le quatrième tableau est destiné à la conception de rainures en queue d'aronde. Ces guides de conception de rainure de joint torique offrent un guidage dimensionnel par défaut pour les applications de conception de rainure de joint torique de base.

Bride/joint facial

Une bride ou un joint facial est statique et n'aura pas d'espace entre les surfaces, éliminant ainsi tout problème de conception associé à l'extrusion. C'est la conception de rainure la plus simple.

Série AS568 Section transversale du joint torique Profondeur de la glande (D) Presser Largeur de la glande (W) Liquides Largeur du presse-étoupe (W) Vide et gaz Rayons d'angle du presse-étoupe
Nominal TOL (+/-) Réel Pour cent 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

Joint facial en queue d'aronde

Un joint facial en queue d'aronde est un presse-étoupe statique spécial conçu pour retenir le joint torique dans la rainure. Cette conception est avantageuse lorsque le joint est ouvert et fermé pendant l'utilisation.

Série AS568 Section transversale du joint torique Profondeur de la glande (D) Largeur du presse-étoupe (W) Rayons d'angle du presse-étoupe
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

Joint de presse-étoupe statique

Un joint de presse-étoupe statique est utilisé lorsque deux composants d'accouplement ont un espace conçu entre les surfaces. En règle générale, ces applications impliquent des conceptions impliquant l'insertion d'une pièce d'accouplement dans une autre pièce nécessitant des jeux de conception.

Série AS568 Section transversale du joint torique Profondeur de la glande (D) Presser Largeur du presse-étoupe (W) Écart (H) Rayons d'angle du presse-étoupe
Nominal TOL (+/-) Réel Pour cent Nominal TOL (+/-) avec 1 anneau de sauvegarde avec 2 anneaux de sauvegarde MAXIMUM 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

Joint de presse-étoupe dynamique

Un joint de presse-étoupe dynamique est utilisé lorsque deux composants d'accouplement se déplacent l'un par rapport à l'autre tout en maintenant une étanchéité. Il y aura toujours un espace entre les deux surfaces.

Série AS568 Section transversale du joint torique Profondeur de la glande (D) Presser Largeur du presse-étoupe (W) Écart (H) Rayons d'angle du presse-étoupe
Nominal TOL (+/-) Réel Pour cent Nominal TOL (+/-) avec 1 anneau de sauvegarde avec 2 anneaux de sauvegarde MAXIMUM 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

Considérations relatives à la conception des rainures

Les tableaux de conception affichés ci-dessus ont été créés à l'aide des meilleures pratiques, notamment le taux de compression, l'extrusion de joints toriques, la concentricité et l'écart diamétrique et les bagues de secours.

Ratio de compression

Nos directives commencent par la dimension nominale (ou indiquée), puis incorporent les tolérances des éléments de conception pour fournir la base correcte pour la conception du presse-étoupe/de la rainure. Remarque : Le concepteur fera des compromis entre les paramètres dimensionnels. En fin de compte, la conception finale doit gérer les tolérances extrêmes.

Dans le calcul ci-dessus, nous avons utilisé les dimensions nominales (ou indiquées). Cependant, lors de la conception du sillon, il est nécessaire de considérer les deux cas extrêmes. Premièrement, le joint torique est à sa limite de tolérance supérieure et la hauteur du presse-étoupe est à sa limite de tolérance inférieure. Deuxièmement, le joint torique est à sa plus petite limite de tolérance de section transversale et le presse-étoupe est à sa plus grande limite de tolérance de taille. Ceux-ci produiront la compression la plus élevée et les pourcentages de compression les plus faibles. Les trois valeurs de compression doivent être comprises entre 5 % et 30 % de compression.

Calcul des dimensions du presse-étoupe du joint torique

Le presse-étoupe retenant le joint torique a une zone rectangulaire. Une fois la section transversale du joint torique sélectionnée et la hauteur du presse-étoupe calculée (pour obtenir la pression souhaitée sur le joint torique), le calcul final sera la largeur du presse-étoupe. Pour trouver la surface minimale nécessaire, calculez le volume total du joint torique qui crée le rectangle pour contenir ce volume. Ci-dessous, se trouve la formule pour calculer le volume du joint torique en fonction de la section transversale.

Calcul du volume du joint torique

Les recommandations de remplissage du presse-étoupe cible intègrent plusieurs facteurs qui pourraient avoir un impact sur le volume nécessaire pour loger le joint torique. Ces facteurs comprennent l'espace pour la dilatation thermique, le gonflement dû à l'exposition au fluide et l'effet des variations de tolérance dans la rainure usinée et le joint torique moulé.

Extrusion de joint torique

L'extrusion est un problème pour les joints radiaux lorsqu'il existe un espace conçu entre les composants mobiles : soit le piston et l'alésage, soit la tige et l'alésage. Le problème est qu'à des pressions plus élevées dans une direction, le joint torique peut être forcé dans le petit espace et être endommagé. La conception globale du système d'étanchéité doit tenir compte de cet écart de conception.

Concentricité et écart diamétrique

Dans la conception d'étanchéité, à moins que l'alésage et le piston (ou la tige) ne soient assurés de rester concentriques par des roulements, il faut supposer que tout l'espace possible peut se déplacer d'un côté. C'est l'espace utilisé lors de la conception pour l'extrusion.

Limites de conception pour l'extrusion

De nombreux éléments de conception peuvent être utilisés pour résoudre les problèmes d'extrusion dans la conception d'étanchéité. Si l'écart maximum autorisé est diminué par l'alignement/les roulements, cela permet une augmentation de la pression pour le même joint torique. Une autre option consiste à augmenter le duromètre (dureté) du composé, ce qui augmente la pression admissible pour un espace défini. Pour en savoir plus sur les éléments impliqués dans la tolérance de pression des joints toriques, cliquez ici .

Une autre alternative est d'utiliser des bagues d'appui qui sont des éléments anti-extrusion. Les bagues d'appui sont constituées de matériaux plastiques minces et durs tels que le nylon, le PTFE et le PEEK. Les anneaux de sauvegarde fonctionnent en couvrant l'espace existant. Ci-dessous, un tableau d'extrusion fournissant les limites de pression par écart et duromètre du joint torique. Si les compromis entre la conception de l'espacement et le duromètre ne fonctionnent pas, l'utilisation d'anneaux d'appui est recommandée pour surmonter les problèmes d'extrusion.

Dispositions des anneaux de secours

Les bagues d'appui sont conçues pour éliminer l'espace d'extrusion dans les applications d'étanchéité à haute pression. Si la pression provient d'une seule direction, une seule bague d'appui est nécessaire. Si la pression provient des deux directions, il est recommandé de placer une bague d'appui des deux côtés du joint torique. L'ajout d'anneaux d'appui doit être incorporé dans le calcul de remplissage pour déterminer la largeur de la rainure. Enfin, les anneaux d'appui peuvent être plats (pleins, fendus ou en spirale) ou profilés.