Почему геометрия канавки критична
Уплотнение работает ровно настолько хорошо, насколько правильно спроектирована канавка под него. Ошибка в проектировании канавки уничтожает ресурс даже отличного уплотнения. По статистике, около 30% случаев преждевременного отказа вызваны именно ошибками геометрии канавки.
Основные параметры канавки
Глубина канавки (h)
Определяет степень сжатия (натяг) уплотнения. Слишком мелкая: недостаточный натяг → утечка. Слишком глубокая: уплотнение «тонет» в канавке, не создаёт контактного давления.
Рекомендуемое сжатие O-ring: 10–25% от диаметра сечения d1.
Формула глубины канавки: h = d1 − (сжатие × d1) = d1 × (0,75…0,90)
Ширина канавки (b)
Должна давать O-ring или профильному уплотнению пространство для расширения при сжатии. Степень заполнения канавки для O-ring: 80–85% объёма.
Если ширина недостаточна — уплотнение не влезет или деформируется. Если избыточна — уплотнение «гуляет» и не обеспечивает герметичности.
Шероховатость поверхности
| Поверхность | Статика Ra | Динамика Ra |
|---|---|---|
| Дно канавки | 0,8–1,6 мкм | 0,4–0,8 мкм |
| Боковые стенки канавки | 1,6–3,2 мкм | 1,6 мкм |
| Шток (скольжение) | 0,4–0,8 мкм | 0,2–0,4 мкм |
| Расточка цилиндра | 0,4–0,8 мкм | 0,2–0,4 мкм |
Слишком гладко (Ra < 0,1 мкм) — уплотнение прилипает («stick-slip»). Слишком шероховато — абразивный износ уплотнения.
Радиусы кромок и фаски
Острые кромки — главная причина монтажных повреждений уплотнений. Требования:
- Кромки канавки: радиус R 0,2–0,5 мм или фаска 0,3×45°
- Монтажные фаски на штоке/поршне: 15–20° к оси, длина ≥ 3 мм
- Кромки отверстий под O-ring в корпусах: R 0,2–0,3 мм
Частые ошибки и их последствия
| Ошибка | Последствие |
|---|---|
| Канавка слишком глубокая | Слабый натяг → утечка при низком давлении |
| Канавка слишком мелкая | Чрезмерный натяг → высокое трение, ускоренный износ |
| Острые кромки канавки | Надрез уплотнения при монтаже → срыв при первом давлении |
| Нет монтажной фаски на штоке | Надрез при установке через шлицы/резьбы |
| Ra слишком высокое | Абразивный износ контактной поверхности уплотнения |
| Слишком узкая канавка | Уплотнение не вмещается, деформируется при монтаже |
| Слишком широкая канавка | «Гуляющее» уплотнение, экструзия боковых поверхностей |
Рекомендуемые допуски канавок (по ISO 3601-2)
Для стандартных O-ring под статическое уплотнение:
- Диаметр наружной канавки: H9 (для охватывающей детали)
- Диаметр внутренней канавки: h9 (для охватываемой детали)
- Ширина канавки: +0 / +0,1 от номинала
Проверочное уравнение заполнения
Степень заполнения объёма канавки kv должна быть 75–85%:
kv = (π × d1² / 4) / (b × h) × 100%
Где d1 — сечение кольца, b — ширина канавки, h — глубина канавки.