Panoramica del design della scanalatura dell'O-Ring

Global O-Ring and Seal ha sviluppato il design della scanalatura dell'o-ring e le linee guida sulle dimensioni del premistoppa. Questi sono intesi per l'uso nella considerazione del design di base e per comprendere i principi fondamentali coinvolti nella progettazione del giunto/scanalatura degli o-ring. Numerosi fattori entrano nella progettazione appropriata di un premistoppa/scanalatura, incluse ma non limitate ad 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 e dimensioni interne (ID). Ad esempio, è possibile acquistare un o-ring con un ID di 5 in quattro sezioni trasversali AS568 standard . Di seguito è riportato un elenco dei vantaggi nella selezione di o-ring di sezione trasversale più piccola e più grande.

Vantaggi degli O-ring di sezione trasversale più piccoli

  • 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 con sezione trasversale più grande

  • Compressione richiesta più piccola per creare una tenuta che riduca i problemi di compressione
  • Maggiori variazioni di tolleranze nella scanalatura lavorata mantenendo una compressione accettabile della compressione

Interferenza ID/OD

L'ID o OD dell'o-ring dovrebbe essere dimensionato per creare qualche interferenza, secondo le linee guida seguenti:

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

Tipi di scanalature/ghiandole per O-ring

Di seguito, sono presentate quattro tabelle guida per la progettazione di scanalature per applicazioni standard insieme a disegni di riferimento dimensionali. La prima tabella è per le guarnizioni industriali frontali o flangiate. La seconda tabella è per applicazioni radiali industriali statiche. La terza tabella è per applicazioni dinamiche industriali alternative. Infine, la quarta tabella è per il disegno della scanalatura a coda di rondine. Queste guide di progettazione della scanalatura dell'o-ring offrono una guida dimensionale predefinita per le applicazioni di progettazione della scanalatura dell'o-ring di base.

Flangia/guarnizione frontale

Una flangia o una guarnizione frontale è statica e non avrà uno spazio tra le superfici, eliminando eventuali problemi di progettazione associati all'estrusione. Questo è il più semplice dei design di scanalature.

Serie AS568 Sezione trasversale dell'O-Ring Profondità della ghiandola (D) Spremere Larghezza della ghiandola (W) Liquidi Larghezza premistoppa (W) Vuoto e gas Raggio angolo premistoppa
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 facciale a coda di rondine

Una tenuta frontale a coda di rondine è una speciale ghiandola statica progettata 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 della ghiandola (W) Raggio angolo premistoppa
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 della ghiandola

Una tenuta a premistoppa statica viene utilizzata quando due componenti di accoppiamento hanno uno spazio progettato tra le superfici. Tipicamente, queste applicazioni comportano progetti che comportano l'inserimento di una parte di accoppiamento in un'altra parte che richiede spazi di progettazione.

Serie AS568 Sezione trasversale dell'O-Ring Profondità della ghiandola (D) Spremere Larghezza della ghiandola (W) Spazio (H) Raggio angolo premistoppa
Nominale TOL (+/-) Effettivo Per cento Nominale TOL (+/-) con 1 anello di riserva con 2 anelli di riserva 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

Sigillo dinamico della ghiandola G

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) Spremere Larghezza della ghiandola (W) Spazio (H) Raggio angolo premistoppa
Nominale TOL (+/-) Effettivo Per cento Nominale TOL (+/-) con 1 anello di riserva con 2 anelli di riserva 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

Considerazioni sulla progettazione delle scanalature

Le tabelle di progettazione visualizzate sopra sono state create utilizzando le migliori pratiche, tra cui rapporto di compressione, estrusione di O-Ring, concentricità e distanza diametrale e 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 del premistoppa/scanalatura. Nota: il progettista effettuerà dei compromessi tra i parametri dimensionali. In definitiva, il progetto finale deve gestire gli estremi delle tolleranze.

Nel calcolo sopra, abbiamo usato le dimensioni nominali (o dichiarate). Tuttavia, quando si progetta il groove, è necessario guardare ai due casi estremi. Innanzitutto, l'o-ring è al suo limite di tolleranza superiore e l'altezza del premistoppa è al suo limite di tolleranza inferiore. In secondo luogo, l'o-ring è al limite di tolleranza della sezione trasversale più piccola e il premistoppa è al limite di tolleranza della dimensione massima. 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% di compressione.

Calcolo delle dimensioni del premistoppa O-Ring

Il premistoppa che trattiene l'o-ring ha un'area rettangolare. Una volta selezionata la sezione trasversale dell'o-ring e calcolata l'altezza del premistoppa (per ottenere la compressione desiderata sull'o-ring), il calcolo finale sarà la larghezza del 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.

Calcolo del volume dell'O-Ring

Le raccomandazioni per il riempimento del premistoppa target incorporano diversi fattori che potrebbero influire sul volume necessario per alloggiare l'o-ring. Questi fattori includono lo spazio per l'espansione termica, il 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 guarnizioni radiali in cui esiste uno spazio progettato tra i componenti in movimento: il pistone e il foro o l'asta e il foro. 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 garantiti per rimanere concentrici dai cuscinetti, si deve presumere che tutto il gioco 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 affrontare i problemi di estrusione nella progettazione delle tenute. Se la distanza massima consentita viene ridotta tramite 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 consentita per uno spazio definito. Per saperne di più sugli elementi coinvolti nella tolleranza alla pressione dell'o-ring, fare clic qui .

Un'altra alternativa è quella di utilizzare anelli di sostegno che sono elementi antiestrusione. Gli anelli di sostegno sono realizzati con materiali plastici sottili e duri come nylon, PTFE e PEEK. Gli anelli di backup funzionano coprendo il divario esistente. Di seguito è riportato un grafico di estrusione che fornisce i limiti di pressione per gap e durometro dell'o-ring. Se i compromessi tra design del gap e durometro non funzionano, si consiglia l'uso di anelli di backup per superare i problemi di estrusione.

Layout degli anelli di backup

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