Резиновое кольцо уплотнительное круглого сечения

 Для обеспечения герметизации механизмов и агрегатов, уменьшения давления, ликвидации зазоров в соединениях применяются различные прокладки из резины. Функции прокладки выполняют резиновые уплотнительные кольца круглого сечения. Они используются в оборудовании, работающем под давлением или разряжением, конструкциях регуляторов давления и клапанов, трубопроводной и воздухопроводной арматуре, пневматических и гидравлических узлах оборудования, топливных и смазочных устройствах.

Как подобрать уплотнительное кольцо

В промышленных масштабах выпускаются такие виды уплотнительных колец:

• кольца круглого сечения;
• кольца прямоугольного сечения;
• уплотнители для втулочно-пальцевых муфт.

Благодаря своей универсальности уплотнители с круглым сечением получили наибольшее распространение.

Требования к свойствам уплотнительных колец

Прокладки с круглым сечением применяются как в статических, так и динамических соединениях.

Статическое уплотнение представляет собой уплотнение в неподвижных по отношению друг к другу поверхностях. Например, уплотнение при соединении труб, под крышкой, под заглушкой или под головкой заклепок или болтов.

Кольца устанавливаются в гидравлических и пневматических цилиндрах на штоках или поршнях. При этом имеет место подвижное (динамическое) уплотнение. Оно применяется при наличии движений:

• колебательных;
• вращательных;
• возвратно-поступательных.

В зависимости от типа уплотнения пользуются такой терминологией:

1. Уплотнение штока – внутренние посадочные канавки вырезаются в наружных деталях механизмов, при этом на уплотнение воздействует радиальное сжатие.
2. Уплотнение поршня – наружные посадочные канавки вырезаются во внутренних деталях механизмов, на кольцо также воздействует радиальное сжатие.
3. Торцевое уплотнение служит для герметизации полости, находящейся под разряжением или давлением, на уплотнитель действует осевое давление.

Для выполнения возложенных функций уплотнители должны обладать свойствами:

1. Упругость, эластичность. Эти свойства определяют способность возвращать первоначальную форму после деформации. Они позволяют добиться плотного прилегания прокладок к деталям машин и механизмов, обеспечивая герметизацию соединения.
2. Прочность, долговечность. Показатели этих свойств у резиновых уплотнителей невысокие. Они не выдерживают продолжительных нагрузок, что приводит к разгерметизации, утечкам. Поэтому это одно из самых уязвимых мест гидравлических и пневматических систем.
3. Термо-, морозостойкость, устойчивость к высокому давлению. Особенности работы гидравлического и пневматического оборудования заключаются в создании высоких нагрузок на рабочие органы.

Уплотнители предотвращают утечки жидкости или газа. Результат уплотнения достигается благодаря осевому и радиальному сжатию. Прокладка деформируется под воздействием такого давления. Это способствует повышению прижимной силы, которая действует на уплотняемые поверхности. Резиновые кольца обладают преимуществами:

1. широкая область применения;
2. компактность конструкции, малый вес (1000 шт. весит от 0,02 кг до 1,1 кг, что зависит от размеров и материла);
3. свойство самоуплотнения;
4. не требуют дополнительной затяжки;
5. простота сборки, не требуют расчета параметров канавки;
6. отсутствие влияния человеческого фактора на показатели работы при условии правильной установки;
7. низкая стоимость.

Эти свойства у резиновых прокладок находятся на приемлемом уровне. При необходимости, их можно повысить путем применения для производства более современных материалов.

Кольца, выполняя функцию прокладок, относятся к изделиям одноразового применения. Поэтому при демонтаже соединения кольца, бывшие в употреблении, независимо от их состояния и срока службы, следует заменить новыми.

Материалы

Основной материал, применяемый для производства прокладок, — маслобензиностойкая (МБС) резина. Подбор уплотнительных колец осуществляется с учетом их назначения, условий эксплуатации по размерам и группам резины.

Они производятся двух групп точности:

1. первая – для подвижных (динамических) соединений;
2. вторая – для неподвижных (статических) соединений.

Основные параметры работы резиновых колец обобщены в таблице.

Параметр	Значение
Температурный интервал эксплуатации, градусы Цельсия	от -60 до + 120
Давление при работе в воздушной среде в соединениях, МПа:
статических	≥ 50
динамических	≥ 32
статических, в воздухе под давлением более 1 атм.	≥ 10
Давление при работе в средах: вода пресная и морская, смазки, минеральные масла, жидкое топливо, эмульсии, в соединениях, МПа
статических	≥ 40
динамических	≥ 32
Допустимая скорость движения, м/с	≥ 0,5

Группы резины определяются допустимым температурным интервалом ее эксплуатации.

Группа	Температурный диапазон эксплуатации, градусы Цельсия		Тип резины
	минимум	максимум
0	-15	+130	Бутадиен — нитрильный каучук
1	-30
2	-50
3	-60
4	-30	+120
5	-20	+150	Фторкаучук
6	-20	+200
7	-50	+280	Силикон
8	-40	+100	БНКС

Кроме резины могут использоваться другие эластомеры, которые придают изделиям более высокие свойства и расширяют пределы их эксплуатации.

1. Полиуретан.
   Свойства прокладок из полиуретана:
   • эластичность;
   • прочность на растяжение в 2,5 раза больше, чем у резины (для полиуретана – 35 МПа, для резины — 12,7 МПа);
   • износостойкость выше в три раза по сравнению с резиной;
   • температурные границы эксплуатации: -50…+80 °С (специальные добавки увеличивают верхний предел до +120 °С);
   • давление при сжатии – до 105 МПа;
   • степень твердости – от 40 (мягкий, эластичный полиуретан) до 98 (твердый полиуретан) единиц по шкале Шора.
2. Силикон.
   Изделия из силиконовой резины обладают свойством повышенной термостойкости по сравнению с обычной резиной. Кроме этого они имеют другие преимущества:
   • морозо- и теплостойкость, характеризуется температурой эксплуатации ‑ 60…+280 °С (непродолжительно до +300 °С);
   • устойчивость к влиянию кислорода;
   • стойкость к применению в воде соленой и пресной, возможно даже кипящей;
   • безотказная работа в средах: растворы солей, спирты, фенолы, минеральные масла, щелочи, кислоты, озон;
   • работа в вакууме;
   • стойкость к радиации;
   • инертность к влиянию электрической дуги, короны, электрических полей;
   • устойчивость к воздействию ультрафиолета и кислорода воздуха;
   • безопасность при контакте с пищевыми продуктами.
3. Фторкаучук.
   Прокладки из фторкаучука могут эксплуатироваться в условиях, неприемлемых для обычной резины. Они имеют следующие преимущества:
   • температурный интервал эксплуатации -20…+250 °С, непродолжительно от -30 °С до +300 °С;
   • термостойкость;
   • химическая стойкость;
   • могут работать в средах: кислотная, щелочная, углеводородная (алифатические, ароматические, хлорированные и нехлорированные углеводороды), масла и смазки, нефть, бензин, растворители (кроме кетонов и эфиров);
   • негорючесть, огнестойкость;
   • водоотталкивающие свойства;
   • прочность на растяжение 16-27 МН/м².
4. Фторопласт.
   Этот материал, благодаря износостойкости и низкому коэффициенту трения, используется для производства уплотнителей в динамических узлах и механизмах. Кроме того он обладает свойствами:
   • рабочая температура -269…+260 °С;
   • температура плавления +327 °С;
   • упругость при низких и высоких температурах;
   • диэлектрик;
   • безопасность для живых организмов;
   • абсолютная инертность к кислотам, растворителям, другим химическим веществам;
   • равенство статического коэффициента трения динамическому.

Выбор материала прокладки зависит от свойств среды, в которой осуществляется эксплуатация, ее агрессивности, температуры и давления.

Подбор кольца для статического уплотнения

Результативность уплотнения определяется правильностью конструкции посадочной канавки и выбором кольца. Его необходимо выбирать с максимально возможным сечением, которое допустимо конструкцией уплотняемых поверхностей. Оптимально, если по окружности оно растягивается не более чем на 6 % и сжимается в пределах 1-3 %.

Следует учитывать, что под давлением металлические изделия имеют свойство упругого удлинения. Поэтому может иметь место увеличение зазора, это пространство должно быть заполнено прокладкой.

Параметры необходимого уплотнения определяются качеством механической обработки уплотняемых поверхностей. При грубой обработке могут потребоваться высокие допуски и широкие зазоры. Эти канавки должны также заполняться уплотнением.

Таким образом, кольца подбираются по параметрам посадочной канавки. Канавки могут быть:

• прямоугольного сечения при осевых и радиальных уплотнениях;
• трапециевидного сечения при соединениях в виде «ласточкиного хвоста», например, там, где требуется удержание кольца при открытии-закрытии поверхности, иначе оно бы выпало из канавки.

Подбор кольца для динамического уплотнения

В гидравлике и пневматике резиновые кольца применяются при уплотнении штоков и поршней. Особенностью современных конструкций пневматических поршней является использование подвижных колец для уплотнения. Они при этом не сжимаются, а снижают трение. Поршень двигается свободно, уплотнитель изнашивается незначительно. В такой конструкции уплотнение достигается тем, что наружный диаметр кольца немного превышает внутренний диаметр цилиндра.

Эффективность динамического уплотнения закладывается на стадии проектирования детали. Параметров, влияющих на свойства и срок службы уплотнения больше, чем в статических узлах.

Одно из отличий состоит в том, что поперечное сечение прокладки при динамическом уплотнении подвергается меньшей деформации благодаря сопротивлению трению.

Преимущество колец с круглым сечением – под них можно использовать небольшие по размерам посадочные канавки. Такие уплотнители могут применяться для поршней различного диаметра с малым или длинным ходом.

В местах с высоким риском выдавливания, экструзию рекомендуется компенсировать установкой двух антиэкструзивных колец.

При динамическом уплотнении важно учитывать:

• направление давления;
• снижение сопротивляемости кольца выдавливанию при повышении температуры в результате трения;
• возникновение пустот прилегания при попадании в зону уплотнения частиц износа детали;
• попадание посторонних материалов в систему;
• перепады давления;
• возможность усадки или разбухания в агрессивных средах
• влияние смазочной пленки на плотность прилегания.

В подвижных узлах кольцо размещается в фаске поршня. Основное условие – оно должно плотно прилегать, это устраняет зазоры и исключает его выдавливание при движении поршня. Иначе, уплотнитель может выдавливаться или перекручиваться, что станет причиной выхода агрегата из строя.

Кольца резиновые: типоразмеры

Требования к кольцам отечественного производства, их размерам и конструкциям, регламентированы :

• ГОСТом 18829-2017 (заменяет 18829-73) – в виде технических условий сформулированы требования к свойствам колец;
• ГОСТом 9833-73 – содержит информацию о конструкции и применяемых материалах.

Скачать ГОСТ 9833-73

Скачать ГОСТ 18829-2007

Установлено восемь типоразмерных рядов резиновых уплотнительных колец с круглым сечением, которые базируются на диаметре сечения: 1,4 мм; 1,9 мм; 2,5 мм; 3,0 мм; 3,6 мм; 4,6 мм; 5,8 мм; 8,5 мм.

В гидравлических натяжителях цепи (ГНЦ), применяемых во многих современных автомобильных двигателях, используются уплотнительные кольца. Ремкомплекты состоят из уплотнителей размером 37x41x1.5 мм. Некоторые автомобилисты рекомендуют использовать кольца с большим диаметром сечения.

Для герметизации мест ввода кабелей пользуются уплотнительными кольцами внутренним диаметром 3…6 мм.

Кольца большого диаметра (от 200 мм и более) используются при уплотнении крупногабаритных деталей машин и механизмов. Они производятся диаметром сечения от 3,6 мм. Если нет возможности подобрать кольцо серийного производства, то его можно изготовить методом точения или из специальных шнуров (соединение клеевое или вулканизацией).

Условные обозначения

По ГОСТу при обозначении кольца используется 8 цифр, объединенных тремя блоками:

1. Три цифры слева – соответствуют диаметру штока, мм;
2. Три цифры в середине – соответствуют диаметру цилиндра, мм;
3. Две цифры справа – размер диаметра сечения кольца в мм умноженный на 10.

Внутренний номинальный диаметр уплотнительного кольца меньше, чем диаметр штока:

• на десятые доли миллиметра для небольшого диаметра;
• от 1 мм до 7 мм для большого (100…500 мм) диаметра.

Плоские резиновые уплотнительные кольца выполняют функцию прокладок. Требования к ним регламентированы ГОСТ 15180-86.

Скачать ГОСТ 15180-86

На чертеже деталей проточки или канавки под установку уплотнителя изображают схематически. На основном изображении указывается размер положения канавки. На выносных изображениях наносятся непосредственно ее размеры. При условном обозначении колец на чертежах к рассмотренным выше блокам добавляются блоки с информацией о группе точности и группе резины.

Резиновые уплотнительные кольца до сих пор остаются надежными и недорогими составляющими элементами статических и динамических уплотнений. Они получили широкое распространение во всех отраслях промышленности.