Кольца уплотнительные круглого сечения — описание и размеры
Резиновые уплотнительные кольца круглого сечения (O-Ring) - формовые эластомерные уплотнения для статических и динамических соединений, используемые для герметизации в различных видах устройств, узлах и агрегатах: гидравлических, пневматических, топливных, смазочных и других видах устройств. В зависимости от того, где и в каком оборудовании будет использоваться то или иное кольцо, они различаются по диаметру, сечению и материалу, из которого изготовлены. Так же для герметичности соединений в подборе уплотнения важно учитывать величину зазора, давление и температурный режим. Предлагаем уплотнительные кольца из таких материалов, как: NBR, FKM, SILICON.
Пример условного обозначения по ГОСТ 9833-73: d1-d2-d3, где
d1 - диаметр штока (мм)
d2 - диаметр цилиндра (мм)
d3 - диаметр сечения кольца, умноженный на 10 (мм)
Пример условного обозначения по ISO 3601: d1-d3, где
d1 – внутренний диаметр (мм)
d3 - диаметр сечения кольца (мм)
ВНИМАНИЕ!!! Кольца с обозначением по ГОСТ 9833-73 и по ISO 3601, начинающиеся на одну и ту же цифру, имеют различный внутренний диаметр кольца (т.к. по ГОСТ указывается диаметр штока, а по ISO - внутренний диаметр кольца). Например: кольцо 010-014-25 ГОСТ 9833-73 имеет внутренний диаметр 9.7 мм (см. ГОСТ 9833-73) и не соответствует кольцу 010-2.5 ISO 3601.
Кольца круглого сечения работают как прокладки в любых статических соединениях: сжимаются на 15–30% между фланцами, крышками, фитингами. Не требуют большого момента затяжки - герметичность достигается за счет контактного напряжения эластомера.
Динамические уплотнения: поршни и штоки. В динамических узлах кольца круглого сечения работают при возвратно-поступательном, вращательном или колебательном движении сопрягаемых деталей. Для стабильной работы критичны точность канавки, качество поверхности, величина монтажного зазора и ограничение скорости перемещения. При превышении допустимого зазора или скорости возрастает риск перекручивания, перегрева и выдавливания эластомера. Чтобы снизить риск экструзии и увеличить стабильность работы кольца круглого сечения в динамических узлах применяются защитные кольца, так же их еще называют опорными или ПОК. Они устанавливаются со стороны высокого давления и ограничивают деформацию эластомера.
O-Rings или кольца круглого сечения чаще всего применяются в гидравлических цилиндрах, насосах и гидромоторах, пневмоцилиндрах и распределителях, трубопроводных соединениях, фланцевых узлах, бытовой технике, электронике, сантехнике, водоснабжение и в различных корпусных соединениях оборудования.
Для правильной и качественной работы оборудования или узла важна правильная установка o-ring. В некоторых случаях кольцо может выйти из строй сразу после монтажа. Наиболее распространёнными причинами повреждения кольца при установке являются: перекручивание в канавке, отсутствие монтажной смазки, неправильная геометрия канавки или слишком большой монтажный зазор. Также отказ в работе может быть связан с выбором материала, не совместимого с рабочей средой или температурой.
Рекомендации по монтажу колец круглого сечения:
Кольца круглого сечения чувствительны к состоянию канавки, монтажному зазору и растяжению при установке. Повреждение эластомера в момент монтажа является одной из наиболее частых причин утечки в первые часы работы узла. Поэтому перед установкой необходимо проверить состояние поверхности, геометрию посадочного места и соответствие размеров кольца выбранному стандарту.
Перед установкой резиновые кольца следует проверить на предмет механических повреждений и порезов. Поверхности сопрягаемых деталей должны быть чистыми, не содержать абразивных продуктов и продуктов коррозии. Поверхность рекомендуется смазывать смазкой, инертной к материалу колец, или рабочими жидкостями, обладающими хорошими смазывающими свойствами. Смазка уменьшает трение, облегчает прохождение монтажных фасок и снижает риск перекручивания кольца. Кромки входных отверстий и переходов должны иметь фаски или радиусы скругления, предотвращающие повреждение сечения кольца. На поверхности канавки не допускаются задиры, коррозия, острые заусенцы и следы механической обработки.
При правильной установке кольцо круглого сечения должно располагаться в канавке без перекоса, скручивания и локального натяга. Сечение должно сохранять равномерную форму по всей окружности, обеспечивая стабильное контактное давление после сборки соединения. При монтаже на вал внутренний диаметр кольца не должен растягиваться более чем на 5 %. Недопустимо устанавливать кольцо с неравномерным натягом по окружности. Чрезмерное растяжение уменьшает фактическое сечение и снижает устойчивость кольца к давлению.
При повышении давления возрастает риск выдавливания эластомера в зазор между деталями. В гидравлических системах при высоком давлении часто применяют более твёрдые материалы или устанавливают защитные (опорные) кольца, ограничивающие экструзию.
Рабочая деформация кольца круглого сечения обычно составляет 15–30% толщины сечения. В статических соединениях чаще применяют диапазон 20–25%. Меньшая деформация снижает контактное давление, а чрезмерное сжатие ускоряет старение эластомера и вызывает компрессионную остаточную деформацию.
Размеры и стандарты колец круглого сечение (O-Rings)
Существуют различные мировые стандарты, они отличаются соотношением диаметра к сечению кольца. Отличия могут составлять сотые доли в размерах. Всё зависит от страны производства оборудования.
Если оборудование российского производства, то в нём используются кольца по ГОСТ 9833-73. Если же оборудование из Америки, то Вам потребуются дюймовые кольца – стандарт AS 568 A. К оборудованию из Европы подойдут метрические кольца – стандарт Metric. DIN 3771 – немецкий стандарт на кольца к оборудованию из Германии. Стандарт ISO 3601 - это международный стандарт, который регулирует все ключевые аспекты работы с уплотнительными кольцами круглого сечения (O-rings) и их посадочными местами. Он особенно важен при проектировании и подборе уплотнений для международного оборудования, так как обеспечивает совместимость решений и включает в себя две основных группы: дюймовую, которая близка к американскому стандарту AS568, и метрическую.
Российский стандарт ГОСТ 9833-73
ГОСТ 9833-73 «Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств». Настоящий стандарт устанавливает конструкцию и размеры резиновых уплотнительных колец круглого сечения для гидравлических, топливных, смазочных и пневматических устройств. ГОСТ 18829-2017 - технические условия. Изготавливаются кольца разных групп точности: 1 и 2.
- для подвижных соединений;
- для подвижных и неподвижных соединений.
Кольца группы точности 1 - изготавливаются по согласованию потребителя с изготовителем, но сейчас их никто не заказывает. В России уже давно все используют кольца только группы точности 2.
Международный стандарт ISO 3601
ISO 3601 - международный стандарт, разработанный International Organization for Standardization (ISO). В части ISO 3601-1 закреплены внутренние диаметры, сечения, допуски и коды обозначения эластомерных колец круглого сечения.
Данный стандарт описывает размеры в двух группах: Inch Group (дюймовая) и Metric Group (метрическая).
Inch Group задаёт дюймовую сетку. Группа близка к размерному ряду AS568; код А09xx (кольца для фитингов с внутренними резьбовыми соединениями) в ISO 3601-1 отсутствует. Обозначение типоразмера дано через тире-номер (dash number). Каждый размер задан парой ID (внутренний диаметр) и CS (диаметр сечения) с допусками. Значения в миллиметрах приведены для удобства с учетом коэффициент пересчёта: 1″ = 25.4 мм.
Metric Group (метрическая группа) описывает 360 размеров. Размер обозначается кодом, где буква A : E задаёт группу сечения, а последние четыре цифры задают внутренний диаметр, округлённый до одной десятой миллиметра. Например: А0630: А – сечение 1,8 мм, 0630 – внутренний диаметр 63 мм).
Американский стандарт AS 568 A
AS - Aerospace Standard 568 - Аэрокосмический стандарт 568, опубликованный обществом Автомобильных Инженеров (the Society of Automotive Engineers). Хотя стандарт имеет аэрокосмическое название, он широко используется не только в этой отрасли, но и в американском промышленном, автомобильном и другом оборудовании. Один дюйм равен 25,4 мм.
Особенность данного стандарта в том, что диаметр и сечения колец измеряются в дюймах, отсюда и название «дюймовые кольца».
Метрический стандарт Metric
Метрический стандарт очень удобен и универсален, так как измеряется в миллиметрах. Такой подход обеспечивает универсальность и совместимость с оборудованием, произведённым в странах с метрической системой мер, прежде всего в Европе.
Действующие мировые стандарты:
- ГОСТ 9833-73 - Российский стандарт
- ISO 3601 - Международный стандарт
- AS 568 A - Аэрокосмический стандарт (дюймовый)
- Metric - Европейский стандарт
- DIN 3771 - Немецкий стандарт
- BS 1806 - Британский дюймовый стандарт
- BS 4518 - Британский стандарт
- SMS 1586 - Шведский стандарт
- NF T 47-501 - Французский стандарт
- JIS B 2401 - Японский промышленный стандарт
- JASO F 404 - Японский автомобильный стандарт
- GB T 3452 - Китайский стандарт
В наличии на складе кольца из следующих материалов:
- NBR бутадиен-нитрильный каучук (Nitrile Butadiene Rubber) - это синтетический каучук, который широко применяется в промышленности благодаря своим уникальным свойствам: высокая эластичность и прочность на разрыв, износостойкость, устойчивость к истиранию и раздиру.
- рабочая температура от -40°С до +100°С (кратковременно до +120°С);
- работоспособны в следующих средах: минеральные масла, эмульсии, смазки, пресная и морская вода, разбавленные кислоты, (жидкие топлива – только кратковременный контакт, либо незначительное попадание) при рабочем давлении до 10 МПа.
- не устойчивы к бензину (выдерживает кратковременный контакт, либо незначительное попадание), некоторым полярным органическим растворителям (таким как кетоны и ароматические соединения), простым и сложным эфирам, сильным кислотам, тормозным жидкостям, хлорированным углеродам. Низко устойчивы к озону, погодным условиям и старению. При температурах выше 80°C ускоряется старение, материал твердеет и становится хрупким.
- FKM/ FPM фторкаучук (Fluorinated Rubber, Viton) — это фторэластомер, который обладает выдающимися эксплуатационными характеристиками и широко применяется в различных отраслях промышленности благодаря своей высокой устойчивости к агрессивным средам и высоким температурам.
- рабочая температура от -25°С до +200°С (кратковременно до +250°С);
- работоспособны в следующих средах: минеральные и силиконовые масла и смазки, озон, пропан, бутан, бензол, толуол, бензин, кислоты, сжатый воздух. Устойчивы к старению, ультрафиолетовому излучению и другим неблагоприятным атмосферным воздействиям при рабочем давлении до 15 МПа.
- не устойчивы к эфирам, кетонам, органическим кислотам (уксусной и муравьиной кислоте), аммиаку, ацетону, перегретому водяному пару и другим подобным веществам. К недостаткам относят выделение вредных соединений при повышении температуры свыше +300°С.
- Силикон/VMQ силиконовый каучук - это разновидность силиконовой резины, которую получают путём химической модификации обычного силикона (MVQ — methyl vinyl silicone).
- рабочая температура от -60°С до +200°С (кратковременно до +230°С);
-устойчивы к воздействию морской и пресной воды (в том числе кипящей), растворов солей, спиртов, фенолов, кислот и щелочей, перекиси водорода, озона (важно в электротехнической промышленности!), вакууму, воздействию радиации, к электрическим полям. Свойства силиконовых колец не изменяются под воздействием солнечного света и воздуха. Силикон не токсичен. Работоспособны в неподвижных соединениях при давлении до 0,85 МПа, в подвижных соединениях при давлении до 0,5 МПа.
- не устойчивы к концентрированным кислотам и щелочам, перегретому пару с температурой более +120°С, нефтяным и минеральным маслам и топливам, кетонам.
Какой материал лучше выбрать?
Выбор между NBR (нитрильный каучук), FKM (фторкаучук) и VMQ (силикон) действительно зависит от того, в каких условиях будет работать деталь — какая среда, температура, механические нагрузки.
Фторкаучук (FKM) - оптимальный выбор для сложных, «тяжёлых» условий. Подходит для сред с высокой температурой, высоким давлением и высококоррозионными химическими средами, особенно в областях с чрезвычайно высокими требованиями к уплотнению, таких как аэрокосмическая, нефтехимическая промышленность, автомобильные двигатели, компрессоры, химическое оборудование, где есть контакт с агрессивными средами.
Бутадиен нитрильный каучук (NBR) - универсальный и бюджетный вариант для стандартных задач. Подходит для сред с умеренными температурами и умеренной химической коррозией, особенно с высокими требованиями к маслостойкости, например, в автомобильной промышленности и в общем механическом оборудовании. Он обладает превосходными характеристиками по устойчивости к износу и механической усталости.
Силикон (VMQ) – подойдет, если на первом плане широкий температурный диапазон, стойкость к атмосферным факторам и безопасность при контакте с чувствительными средами, но при этом нет воздействия масел, топлива и агрессивных углеводородов, нет активного трения и высокого давления. Например, бытовая техника (утюги, кофемашины); криогенные установки или условия Крайнего Севера (благодаря морозостойкости); статические соединения (крышки, корпуса, арматура), химическая промышленность (в соединениях, контактирующих с органическими растворителями, спиртами, слабыми кислотами, где обычный NBR быстро деградируют); электроника и приборостроение (когда нужны одновременно диэлектрические свойства и широкий температурный диапазон).
| Группа резины | группа 2, 3 | группа 5 | группа 6 | группа 7 |
|---|---|---|---|---|
| Тип эластомера | Бутадиен - нитрильный каучук | Бутадиен - нитрильный каучук | Фторкаучук | Силикон (ФСИ-65) |
| Шифр резиновой смеси | 7В-14-1, (NBR 70) | NBR 90 | FKM (FPM, Viton) | VMQ |
| Твердость, единицы Шор А | 75-85 | 85-95 | 65-75 | 60-85 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 10,8 | 16,2 | 11,8 | от 6 до 12 |
| Относительное удлинение при разрыве, %, не менее | 302 | 142 | 219 | 200-500 |
| Сопротивление раздиру, кН/м | н/д | н/д | н/д | 20-30 |
| Удельный вес, г/см³ | 1,25-1,28 | 1,35-1,38 | 1,97-2,03 | 1,27-1,31 |
| Относительная остаточная деформация сжатия, воздух, 24 часа, %, не более | при 100 °С - 60% | при 100 °С - 6% | при 100 °С – 13,8% | при 150 °С - 15% |
| Диапазон рабочих температур, °С | от -50 до +130 | от -40 до +100 | от -25 до +200 | от -60 до +200 |
| Свойства основных каучуковых вулканизаторов | NBR | SILICON | FKM | |
|---|---|---|---|---|
| Марка резины | Бутадиен-нитрильный каучук | Силиконовый каучук | Фторкаучук | |
| Механические характеристики при комнатной температуре | Прочность при разрыве | |||
| Удлинение при разрыве | ||||
| Эластичность при отскоке | ||||
| Сопротивление разрыву | ||||
| Стойкость к истиранию | ||||
| Остаточная деформация при сжатии | При длительном испытании с воздействием высокой температуры | |||
| При комнатной температуре | ||||
| При длительном испытании с воздействием высокой температуры | Морозостойкость до... °С | -50 | -60 | -30 |
| Максимальная рабочая температура до... °С | 110 | 210 | 250 | |
| Стойкость против | Бензин | нет данных | ||
| Минеральное масло при 100 °С | ||||
| Кислоты (водные растворы неорг.кислот при комнатной температуре) | ||||
| Щелочи (водные растворы неорг.щелочей при комнатной температуре) | ||||
| Вода (при 100 °С, дистиллированная) | ||||
| Атмосферные условия и озон | ||||