Design della scanalatura dell'O-ring

Panoramica sulla progettazione della scanalatura dell'O-ring

Global O-Ring and Seal ha sviluppato linee guida per il design della scanalatura dell'o-ring e le dimensioni della ghiandola. Questi sono destinati all'uso nella considerazione della progettazione di base e per comprendere i principi fondamentali coinvolti nella progettazione della ghiandola/scanalatura dell'o-ring. Numerosi fattori contribuiscono alla progettazione appropriata di una ghiandola/scanalatura, tra cui, ma non solo, applicazioni statiche o dinamiche, condizioni di pressione, caratteristiche del fluido da sigillare e tolleranze sia dell'o-ring che della scanalatura.

Trovare la giusta sezione trasversale dell'O-Ring

La sezione trasversale dell'o-ring nel tuo progetto determinerà tutte le dimensioni e le specifiche successive. Gli o-ring standard sono disponibili in varie sezioni trasversali e dimensioni interne (ID). Ad esempio, un o-ring con diametro interno di 5 ¼ può essere acquistato in quattro sezioni trasversali standard AS568 . Di seguito è riportato un elenco dei vantaggi nella scelta di o-ring a sezione trasversale più piccola o più grande.

Vantaggi degli O-Ring a sezione trasversale più piccola

• O-ring compatto e leggero
• Più conveniente se il progetto utilizza elastomeri costosi come FKM o FFKM
• Lavorazione ridotta delle scanalature

Vantaggi degli O-Ring a sezione trasversale più grande

• È necessaria una compressione più piccola per creare una tenuta che riduca i problemi di compressione
• Maggiori variazioni di tolleranza nella scanalatura lavorata pur mantenendo una compressione di compressione accettabile

Interferenza ID/OD

Il diametro interno o esterno dell'o-ring deve essere dimensionato in modo da creare qualche interferenza, secondo le linee guida riportate di seguito:

• Guarnizioni premistoppa pistone: il diametro interno dell'o-ring deve essere inferiore al diametro esterno della premistoppa in modo che l'o-ring installato sia sempre leggermente allungato (max 5%)
• Guarnizioni premistoppa stelo: il diametro esterno dell'o-ring deve essere leggermente più grande della profondità del premistoppa ID (max 2%)
• Tenute frontali a pressione esterna: il diametro interno dell'o-ring deve essere leggermente inferiore al diametro interno della ghiandola (ID della ghiandola) (max 5%)
• Guarnizioni facciali a pressione interna: il diametro esterno dell'o-ring deve essere leggermente più grande del diametro esterno della ghiandola (diametro esterno della ghiandola) (max 3%)

Tipi di scanalature/ghiandola per O-ring

Di seguito vengono presentate quattro tabelle guida per la progettazione di scanalature per applicazioni standard insieme ai disegni di riferimento dimensionali. La prima tabella riguarda le tenute industriali frontali o flangiate. La seconda tabella riguarda le applicazioni radiali industriali statiche. La terza tabella riguarda le applicazioni industriali alternative dinamiche. Infine, la quarta tabella riguarda il design della scanalatura a coda di rondine. Queste guide alla progettazione delle scanalature per o-ring offrono indicazioni dimensionali predefinite per le applicazioni di progettazione di base delle scanalature per o-ring.

Flangia/guarnizione frontale

Una flangia o una guarnizione frontale è statica e non presenta spazi tra le superfici, eliminando eventuali problemi di progettazione associati all'estrusione. Questo è il design della scanalatura più semplice.

Serie AS568	Sezione trasversale dell'O-Ring		Profondità della ghiandola (D)	Stretta		Larghezza ghiandola (W) Liquidi		Larghezza premistoppa (W) Vuoto e gas		Raggi d'angolo della ghiandola
	Nominale	TOL (+/-)		Effettivo	Per cento	Nominale	TOL (+/-)	Nominale	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

Guarnizione frontale a coda di rondine

Una tenuta frontale a coda di rondine è uno speciale premistoppa statico progettato per trattenere l'o-ring nella scanalatura. Questo design è vantaggioso quando il sigillo viene aperto e chiuso durante l'uso.

Serie AS568	Sezione trasversale dell'O-ring		Profondità della ghiandola (D)		Larghezza premistoppa (W)		Raggi d'angolo della ghiandola
	Nominale	TOL (+/-)	Nominale	TOL (+/-)	Nominale	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

Guarnizione statica del premistoppa

Una tenuta a premistoppa statica viene utilizzata quando due componenti accoppiati presentano uno spazio progettato tra le superfici. In genere, queste applicazioni implicano progetti che prevedono l'inserimento di una parte accoppiata in un'altra parte che richiede distanze di progettazione.

Serie AS568	Sezione trasversale dell'O-Ring		Profondità della ghiandola (D)	Stretta		Larghezza premistoppa (W)				Spazio (H)	Raggi degli angoli della ghiandola
	Nominale	TOL (+/-)		Effettivo	Per cento	Nominale	TOL (+/-)	con 1 anello di backup	con 2 anelli di backup	MASSIMO	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

Sigillo dinamico della ghiandola

Una tenuta a premistoppa dinamica viene utilizzata quando due componenti accoppiati si muovono l'uno rispetto all'altro mantenendo una tenuta. Ci sarà sempre uno spazio tra le due superfici.

Serie AS568	Sezione trasversale dell'O-Ring		Profondità della ghiandola (D)	Stretta		Larghezza premistoppa (W)				Spazio (H)	Raggi degli angoli della ghiandola
	Nominale	TOL (+/-)		Effettivo	Per cento	Nominale	TOL (+/-)	con 1 anello di backup	con 2 anelli di backup	MASSIMO	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

Considerazioni sulla progettazione della scanalatura

Le tabelle di progettazione visualizzate sopra sono state create utilizzando le migliori pratiche, tra cui il rapporto di compressione, l'estrusione dell'O-Ring, la concentricità e lo spazio diametrale e gli anelli di backup.

Rapporto di compressione

Le nostre linee guida iniziano con la dimensione nominale (o dichiarata), quindi incorporano le tolleranze degli elementi di progettazione per fornire la base corretta per la progettazione della pressacavo/scanalatura. Nota: il progettista effettuerà dei compromessi tra i parametri dimensionali. In definitiva, il progetto finale deve gestire le tolleranze estreme.

Nel calcolo sopra abbiamo utilizzato le dimensioni nominali (o dichiarate). Tuttavia, quando si progetta la scanalatura, è necessario considerare i due casi estremi. Innanzitutto, l'o-ring è al limite di tolleranza superiore e l'altezza del premistoppa è al limite di tolleranza inferiore. In secondo luogo, l'o-ring si trova al limite di tolleranza della sezione trasversale più piccolo e il premistoppa si trova al limite di tolleranza della dimensione più grande. Questi produrranno la compressione più alta e le percentuali di compressione più basse. Tutti e tre i valori di compressione devono essere compresi tra il 5% e il 30%.

Calcolo delle dimensioni del premistoppa dell'O-Ring

La ghiandola che trattiene l'o-ring ha un'area rettangolare. Una volta selezionata la sezione trasversale dell'o-ring e calcolata l'altezza della premistoppa (per ottenere la compressione desiderata sull'o-ring), il calcolo finale sarà la larghezza della premistoppa. Per trovare l'area minima necessaria, calcolare il volume totale dell'o-ring che crea il rettangolo per contenere quel volume. Di seguito è riportata la formula per calcolare il volume dell'o-ring in base alla sezione trasversale.

Le raccomandazioni relative al riempimento della ghiandola target comprendono diversi fattori che potrebbero influire sul volume necessario per alloggiare l'o-ring. Questi fattori includono spazio per l'espansione termica, rigonfiamento dovuto all'esposizione al fluido e l'effetto delle variazioni di tolleranza nella scanalatura lavorata e nell'o-ring stampato.

Estrusione di O-Ring

L'estrusione è un problema per le tenute radiali in cui esiste uno spazio progettato tra i componenti in movimento: il pistone e l'alesaggio, oppure lo stelo e l'alesaggio. Il problema è che a pressioni più elevate da una direzione, l'o-ring può essere forzato nel piccolo spazio e danneggiarsi. La progettazione complessiva del sistema di tenuta deve tenere in considerazione questa lacuna progettuale.

Concentricità e distanza diametrale

Nella progettazione della tenuta, a meno che l'alesaggio e il pistone (o lo stelo) non siano assicurati da cuscinetti a rimanere concentrici, si deve presumere che tutto lo spazio possibile possa spostarsi da un lato. Questo è lo spazio utilizzato durante la progettazione per l'estrusione.

Limiti di progettazione per l'estrusione

Molti elementi di progettazione possono essere utilizzati per risolvere i problemi di estrusione nella progettazione delle tenute. Se il gioco massimo consentito viene ridotto attraverso l'allineamento/cuscinetti, ciò consente un aumento della pressione per lo stesso o-ring. Un'altra opzione è aumentare il durometro (durezza) del composto, che aumenta la pressione ammissibile per uno spazio definito. Per saperne di più sugli elementi coinvolti nella tolleranza della pressione dell'o-ring, fare clic qui .

Un'altra alternativa è quella di utilizzare anelli di appoggio che sono elementi antiestrusione. Gli anelli di supporto sono realizzati in materiali plastici sottili e duri come nylon, PTFE e PEEK. Gli anelli di backup funzionano coprendo il divario esistente. Di seguito è riportata una tabella di estrusione che fornisce i limiti di pressione in base allo spazio e al durometro dell'o-ring. Se i compromessi tra design dello spazio e durometro non funzionano, si consiglia l'uso di anelli di supporto per superare i problemi di estrusione.

Layout dell'anello di backup

Gli anelli di supporto sono progettati per eliminare lo spazio di estrusione nelle applicazioni di tenuta ad alta pressione. Se la pressione proviene da un'unica direzione, è necessario un solo anello di riserva. Se la pressione proviene da entrambe le direzioni, si consiglia di posizionare un anello di riserva su entrambi i lati dell'o-ring. L'aggiunta degli anelli di supporto deve essere incorporata nel calcolo del riempimento per determinare la larghezza della scanalatura. Infine, gli anelli di riserva possono essere piatti (solidi, divisi o a spirale) o sagomati.