Как выбрать правильный размер уплотнительного кольца?

Начните с определения типа уплотнения (поршневое, штоковое или торцевое), диаметра отверстия корпуса или вала, а также требуемого поперечного сечения. Для поршневых уплотнений внешний диаметр уплотнительного кольца должен соответствовать диаметру отверстия — таким образом, внутренний диаметр = диаметр отверстия − 2×поперечное сечение. Для штоковых уплотнений внутренний диаметр уплотнительного кольца должен соответствовать диаметру штока. Затем выберите ближайший стандартный внутренний диаметр из таблиц ISO 3601. Целевое значение сжатия 15–25% для надежного уплотнения.

Что такое процент сжатия и почему это важно?

Степень сжатия — это процентное соотношение сжатия поперечного сечения уплотнительного кольца в канавке. Степень сжатия % = (CS − высота сжатия)/CS × 100. Для динамических уплотнений (поршень/шток) целевое значение составляет 10–20%. Для статических уплотнений (торцевое/фланцевое) — 15–30%. Слишком малая степень сжатия приводит к утечке; слишком большая — к чрезмерному трению, нагреву и преждевременному износу.

Как растяжение влияет на характеристики уплотнительного кольца?

Растяжение происходит, когда уплотнительное кольцо устанавливается на диаметр, превышающий его внутренний диаметр в свободном состоянии. Для большинства применений допустимо растяжение до 5%. Растяжение уменьшает эффективное поперечное сечение и увеличивает напряжение в эластомере. Чрезмерное растяжение (>5%) может привести к преждевременному выходу из строя, особенно в случае твердых компаундов, таких как FKM/Viton.

Из каких материалов изготавливаются уплотнительные кольца?

К распространенным материалам для уплотнительных колец относятся NBR (нитрил, от −40 до +120°C, маслостойкий), FKM/Viton (от −20 до +200°C, химически стойкий), EPDM (от −50 до +150°C, водо- и паростойкость), силикон (от −60 до +200°C, пищевой) и FFKM/Kalrez (от −25 до +325°C, универсальная химическая стойкость). Выбор материала зависит от температуры, среды и давления.

Когда необходимы резервные кольца?

В случае превышения давления предела прочности уплотнительного кольца (O-ring) необходимы дополнительные кольца (антиэкструзионные кольца) — обычно выше 3,5 МПа (500 psi) для статических уплотнений или 7 МПа (1000 psi) для динамических уплотнений, в зависимости от твердости и зазора. Используйте одно дополнительное кольцо на стороне низкого давления или два для двунаправленного давления. Материал обычно ПТФЭ или полиамид.

Бесплатный инженерный инструмент

Выбор размера уплотнительного кольца

Найдите подходящий стандартный размер уплотнительного кольца согласно ISO 3601 для поршневых, штоковых или торцевых уплотнений. Мгновенно получите размеры канавки, процент сжатия и растяжение.

ISO 3601-1 AS568 CS 1,78 – 6,99 мм

Применение

Поперечное сечение CS (мм)

Диаметр отверстия / Диаметр вала (мм)

Целевое сжатие (%)

Быстрые предустановки

Результаты

Рекомендуемое уплотнительное кольцо

—

Глубина канавки

—

Ширина канавки

—

Фактическое сжатие

—

Растяжение / Сжатие

—

Внутренний диаметр уплотнительного кольца (стандартный)

—

Наружный диаметр уплотнительного кольца (расчетный)

—

Допуск по внутреннему диаметру (ISO 3601)

—

Стандартные поперечные сечения ISO 3601

CS (мм)	Серия AS568	Допуск CS	Типичный диапазон внутреннего диаметра	Глубина канавки (20% кв.)	Ширина канавки
1.78	-0XX	±0,08	1–25 мм	1.42	2.50
2.62	-1XX	±0,09	9–76 мм	2.10	3.60
3.53	-2XX	±0,10	15–133 мм	2.82	4.80
5.33	-3XX	±0,13	19–267 мм	4.26	7.15
6.99	-4XX	±0,15	50–292 мм	5.59	9.40

Сжатие уплотнительного кольца

Сжатие — это диаметральное сжатие поперечного сечения уплотнительного кольца при его установке в канавку. Оно создает начальное контактное напряжение уплотнения.

Динамические уплотнения (поршень/шток): рекомендуется использовать сжатие 10–20%
Статические уплотнения (лицевая сторона/фланец): 15–30% рекомендуется сжимать

Размеры канавки

Ширина канавки должна позволять уплотнительному кольцу расширяться в поперечном направлении при сжатии, а также компенсировать термическое расширение и набухание.

Растяжение и сжатие

В случае поршневых уплотнений уплотнительное кольцо натягивается на поршень. В случае штоковых уплотнений оно сжимается в канавке поршня.

Максимальное растяжение: 5% (стандартные эластомеры), 3% (ПТФЭ, твердые компаунды)
Максимальная степень сжатия: 3% ID

Example — Piston Seal, Bore Ø50 mm, CS 3.53 mm

Цель: Внешний диаметр уплотнительного кольца ≈ диаметр отверстия = 50 мм

Требуемый внутренний диаметр = 50 − 2 × 3,53 = 42,94 мм

Ближайший стандартный внутренний диаметр: 42,86 мм → НД = 42,86 + 2 × 3,53 = 49,92 мм

Глубина канавки (при сжатии 20%) = 3,53 × 0,80 = 2,82 мм

Ширина канавки = 3,53 × 1,35 = 4,77 мм

Диаметр дна паза* = 50 − 2 × 2,82 = 44,36 мм

Растяжение = (44,36 − 42,86) / 42,86 × 100 ≈ 3.5% ✓ (в пределах лимита 5%)

*предполагается, что наружный диаметр поршня ≈ диаметр цилиндра; для точного диаметра по дну канавки вычтите зазор между поршнем и цилиндром из наружного диаметра поршня

⚠️ Примечание: Всегда проверяйте коэффициент заполнения канавки (объем уплотнительного кольца по отношению к объему канавки). Уплотнительное кольцо должно заполнять 70–85% канавки. Недостаточное заполнение приводит к нестабильности; избыточное заполнение препятствует тепловому расширению и вызывает экструзию.

ℹ️ Совет: При давлении выше 3,5 МПа (статическое) или 7 МПа (динамическое) добавьте дополнительное кольцо со стороны низкого давления, чтобы предотвратить выдавливание уплотнительного кольца в зазор.

Выполните подбор в следующей последовательности:

Определите тип уплотнения: уплотнение поршня (по цилиндру), уплотнение штока или торцевое (фланцевое) уплотнение
Определите базовый диаметр: диаметр цилиндра (для поршня) или диаметр вала/штока
Выберите диаметр сечения жгута (CS / d2): большее сечение выбирается для высоких давлений и крупных диаметров. Сечение 3,53 мм — наиболее распространенный универсальный размер
Подберите стандартный внутренний диаметр (ID / d1): для уплотнения поршня ID ≈ диаметр цилиндра − 2×CS; для штока ID ≈ диаметр штока. Выберите ближайший стандартный размер по ряду ISO 3601
Проверьте степень относительного сжатия (обжатия): целевой диапазон 15–25% (статическое) или 10–20% (динамическое)
Проверьте предварительное растяжение по диаметру: не должно превышать 5% от ID

Относительное сжатие (обжатие) — это выраженная в процентах деформация поперечного сечения кольца в посадочной канавке:

Сжатие % = (CS − глубина канавки с учетом зазора) / CS × 100

Оно создает начальное контактное давление, необходимое для герметизации. Рекомендации:

10–20% для подвижных (динамических) уплотнений поршня и штока — оптимальный компромисс между герметичностью и силой трения
15–30% для неподвижных (статических) торцевых и радиальных соединений — повышенное обжатие для надежной герметизации
Недостаточное обжатие → протечки рабочей среды
Чрезмерное обжатие → высокое трение, нагрев, подрезка кромки при сборке, спиральное скручивание и быстрый износ

Предварительное растяжение возникает при установке уплотнительного кольца в канавку, диаметр дна которой превышает внутренний диаметр кольца (ID) в свободном состоянии. Последствия растяжения:

Уменьшение диаметра сечения жгута — при растяжении кольцо утоняется, что снижает фактическую степень радиального обжатия
Рост внутренних напряжений в эластомере — ускоряет старение и релаксацию напряжений (остаточную деформацию сжатия)
Макс. 5% для большинства эластомеров (NBR, FKM, EPDM)
Макс. 3% для жестких материалов (колец в оболочке из PTFE, перфторэластомеров FFKM)

И наоборот, сжатие по периметру (когда внутренний диаметр кольца больше диаметра канавки) может привести к выпучиванию и защемлению кольца при сборке.

Основные материалы уплотнительных колец и области их применения:

NBR (бутадиен-нитрильный каучук) — от −40 до +120°C, отличная стойкость к минеральным маслам и топливу, наиболее массовый материал
FKM / Viton (фторкаучук) — от −20 до +200°C, высокая химическая и температурная стойкость
EPDM (этилен-пропиленовый каучук) — от −50 до +150°C, горячая вода, пар, тормозные жидкости на гликолевой основе; НЕ стоек к минеральным маслам
VMQ (силиконовый каучук) — от −60 до +200°C, пищевая и медицинская промышленность (только статические уплотнения)
FFKM / Kalrez (перфторэластомер) — от −25 до +325°C, универсальная химическая стойкость в агрессивных средах, высокая стоимость
PTFE (фторопласт) — от −200 до +260°C, химически инертен, применяется для защитных колец или оболочечных уплотнений

Защитные (антиэкструзионные) кольца предотвращают выдавливание эластомерного кольца круглого сечения в уплотняемый зазор под действием высокого давления. Устанавливайте защитные кольца в следующих случаях:

Статическое уплотнение: давление > 3,5 МПа (35 бар / 500 psi)
Динамическое уплотнение: давление > 7 МПа (70 бар / 1000 psi) при твердости кольца 70 Shore A
Увеличенные радиальные зазоры: диаметральный зазор > 0,1 мм при умеренном давлении и менее при высоком давлении

Одно защитное кольцо устанавливается со стороны низкого давления (противоположной подаче давления). При двустороннем действии давления устанавливают два защитных кольца — по одному с каждой стороны от O-ring. Стандартный материал защитных колец — фторопласт (PTFE).

Процедуры, описанные на этой странице, были разработаны и опробованы в полевых условиях командой Vibromera с использованием Balanset-1A — портативного двухканального балансировочного прибора и анализатора вибрации для балансировки роторов на месте эксплуатации.