Уплотнение подбирают по трём вещам: размеру посадочного места, характеру движения в узле и материалу. Совпал размер, но узел вращается, а уплотнение рассчитано на возвратно-поступательное движение — долго оно не проработает. Совпало всё, кроме материала, — уплотнение разбухнет или задубеет от рабочей жидкости. BEB Hydraulic подбирает и поставляет уплотнения и манжеты для гидравлики из Европы: по образцу, по чертежу или по размерам, снятым с посадочного места.
Кольцо круглого сечения: два размера, класс допуска и код
Кольцо круглого сечения задаётся двумя числами. Стандарт ISO 3601-1:2012 «Fluid power systems — O-rings — Part 1: Inside diameters, cross-sections, tolerances and designation codes» обозначает внутренний диаметр буквой d1, диаметр сечения — d2. Размерных рядов в стандарте одиннадцать таблиц: шесть для общепромышленных применений и пять для авиационных. Действует он с поправкой Amd 1:2019, но она меняет только приложение с допусками для нестандартных колец, самих размерных таблиц не касаясь.
Допуск на внутренний диаметр идёт двумя классами — A и B. Класс A нигде не грубее класса B, а на большей части ряда строже: он для применений, где посадочное место или сама сборка требуют более тесных размеров. Класс B — общего назначения. На малых размерах допуски классов совпадают, и это видно в первой строке таблицы. Ниже таблица 2 стандарта, ряд с сечением d2 = 1,78 мм ± 0,08 мм; строки взяты выборочно, чтобы показать, как допуск растёт с диаметром.
| Код размера | Внутренний диаметр d1, мм | Допуск d1, класс A, мм | Допуск d1, класс B, мм |
|---|---|---|---|
| 004 | 1,78 | ±0,13 | ±0,13 |
| 010 | 6,07 | ±0,13 | ±0,16 |
| 014 | 12,42 | ±0,13 | ±0,21 |
| 018 | 18,77 | ±0,18 | ±0,26 |
| 021 | 23,52 | ±0,23 | ±0,29 |
| 024 | 28,30 | ±0,25 | ±0,33 |
| 027 | 33,05 | ±0,28 | ±0,36 |
| 030 | 41,00 | ±0,33 | ±0,42 |
| 032 | 47,35 | ±0,38 | ±0,46 |
Обозначение по стандарту собирается из слова O-ring, номера стандарта, кода размера с буквой класса, самих размеров и буквы сорта по ISO 3601-3. Пример из стандарта: O-ring-ISO3601-1-011A-7,65×1,78-S. Прочитать его можно целиком: кольцо 7,65 × 1,78 мм, код 011, класс допуска A.
Одна оговорка стандарта объясняет, почему кольцо из другого материала иногда не совпадает с размером на бумаге. Наиболее распространённая оснастка рассчитана на усадку стандартной смеси NBR твёрдостью 70 IRHD, и стандарт оговаривает это прямо; материал с другой усадкой требует отдельной формы, чтобы попасть в те же средние диаметры и те же допуски.
Материал: буквенный код и твёрдость, а не «резина» вообще
Материал уплотнения в каталогах пишут буквенным кодом по ISO 1629, и это не сокращение продавца, а обозначение основного каучука. Стандарт ISO 3601-5:2015 перечисляет смеси, которые применяются для колец в промышленной гидравлике, и задаёт для каждой номинальную твёрдость и требования к остаточной деформации. Ниже — таблицы 1 и 2 этого стандарта, сведённые в одну.
| Основной каучук | Код по ISO 1629 | Вулканизация | Номинальная твёрдость, IRHD | Температура испытания на остаточную деформацию (24 ч), °C | Остаточная деформация, не более, % |
|---|---|---|---|---|---|
| Бутадиен-нитрильный | NBR | серная | 70, 90 | 100 | 35 |
| Бутадиен-нитрильный | NBR | пероксидная | 75, 90 | 100 | 30 |
| Гидрированный нитрильный | HNBR | — | 75, 90 | 150 | 40 при 75, 50 при 90 |
| Фторкаучук | FKM | — | 70, 75, 80, 90 | 200 | 25 при 70–80, 30 при 90 |
| Силиконовый | VMQ | — | 70 | 175 | 35 |
| Этилен-пропилен-диеновый | EPDM | серная | 70, 80 | 100 | 30 при 70, 35 при 80 |
| Этилен-пропилен-диеновый | EPDM | пероксидная | 70, 80 | 150 | 30 |
| Полиакрилатный | ACM | — | 70 | 150 | 40 |
Температура в этой таблице — условие испытания, а не рабочий предел уплотнения. Стандарт задаёт, при какой температуре смесь проверяют на остаточную деформацию, и сам же требует, чтобы пригодность материала к рабочей жидкости, температуре и давлению определял пользователь по условиям своей установки. Предельные рабочие температуры печатает изготовитель смеси в паспорте на неё.
По холоду в стандарте есть отдельная величина — температура возврата TR10 по ISO 2921. Для нитрильных смесей она задана так: не выше −20 °C у твёрдости 70 и 75 и не выше −18 °C у твёрдости 90. Читается это так: у этих двух нитрильных смесей более твёрдая перестаёт возвращать форму на морозе раньше мягкой — а перестав возвращать форму, уплотнение перестаёт уплотнять. Для остальных смесей своих значений мы не приводим: подробные требования по HNBR, FKM, VMQ, EPDM и ACM в бесплатной части стандарта не публикуются.
Манжета вращающегося вала: три числа и предел по давлению
Манжета вращающегося вала — тот самый сальник, что стоит на выходе вала гидронасоса, редуктора или мотора. Её размер задаётся тремя числами, а не двумя: диаметр вала D1, наружный диаметр манжеты и диаметр гнезда D2, ширина b. Ряд задан таблицей 1 ISO 6194-1:2007 «Rotary shaft lip-type seals incorporating elastomeric sealing elements — Part 1: Nominal dimensions and tolerances».
| Вал D1, мм | Наружные диаметры D2 из ряда, мм | Ширина b, мм |
|---|---|---|
| 12 | 24, 25, 30 | 7 |
| 20 | 35, 40 | 7 |
| 25 | 40, 47, 52 | 7 |
| 30 | 42, 47, 52 | 7 |
| 35 | 50, 52, 55 | 8 |
| 40 | 55, 62 | 8 |
| 50 | 65, 72 | 8 |
| 60 | 80, 85 | 8 |
| 70 | 90, 95 | 10 |
| 80 | 100, 110 | 10 |
| 100 | 125 | 12 |
| 120 | 150 | 12 |
Из таблицы видно главное: одному валу отвечает не один наружный диаметр, а два-три. Поэтому «манжета на вал 50» — это не размер: под вал 50 мм в ряду стоят и 65, и 72 мм. Код размера в стандарте так и собран — из диаметра вала и диаметра гнезда подряд, шестью цифрами: 006016, 070090, 400440. Весь ряд идёт от вала 6 мм до вала 480 мм.
И второе, что стоит прочитать до заказа: манжета этого типа не держит давление. Стандарт прямо оговаривает область применения — со стороны воздуха атмосферное давление, со стороны жидкости от 0 до 30 кПа, то есть до 0,3 бар. Всё, что выше, — это уже вопрос к изготовителю манжеты, а не к ряду размеров. Если манжету вала ставят в узел, где за ней стоит давление рабочей линии, она выдавится наружу, сколько бы раз её ни меняли.
Вал и гнездо под манжету: что обязано быть, иначе потечёт и новая
Повторная течь после замены манжеты часто объясняется не манжетой. Тот же ISO 6194-1 задаёт требования к деталям, между которыми она работает, и требования эти проверяемы обычным инструментом.
- Фаска на конце вала обязательна, и стандарт задаёт предел для её меньшего диаметра: для вала до 10 мм он не больше D1 − 1,5 мм, для 10–20 мм — D1 − 2,0, для 20–30 мм — D1 − 2,5, для 30–40 мм — D1 − 3,0, для 40–50 мм — D1 − 3,5, для 50–70 мм — D1 − 4,0, для 70–95 мм — D1 − 4,5, для 95–130 мм — D1 − 5,5, для 130–240 мм — D1 − 7,0, для 240–480 мм — D1 − 11,0. То есть числа задают, насколько фаска обязана быть глубокой, а не точный её размер. Если вместо фаски делают скругление, его радиус лежит между 1,8 и 3,0 мм.
- Допуск вала — не грубее h11, допуск гнезда — не грубее H8 по ISO 286-2.
- Шероховатость рабочей поверхности вала — Ra от 0,2 до 0,5 мкм и Rz от 1,2 до 3,0 мкм, замер вдоль оси. Поверхность под кромкой не должна нести следов от подачи инструмента: винтовой след перекачивает масло вдоль вала — в какую сторону, зависит от направления следа и вращения.
- Шероховатость гнезда — Ra от 1,6 до 3,2 мкм, Rz от 6,3 до 12,5 мкм, видимых дефектов на поверхности не допускается.
- Твёрдость поверхности вала — не ниже 30 HRC, а если вал может быть повреждён при обращении с ним — не ниже 45 HRC.
- Глубина гнезда — не меньше b + 1,2 мм при ширине манжеты до 10 мм и b + 1,5 мм при большей ширине; фаска гнезда 0,7–1 мм и 1–1,3 мм соответственно, радиус в углу не более 0,5 и 0,75 мм.
Вал, изношенный кромкой манжеты до канавки, восстанавливают: протачивают, наплавляют и шлифуют в размер либо ставят ремонтную втулку. Этим занимается цех — см. токарные работы и аргоновую сварку. Ставить новую манжету на вал с проточкой смысла нет: кромка сядет в старую канавку и потечёт снова.
Уплотнение штока гидроцилиндра: размер задаёт канавка
С уплотнениями гидроцилиндра ошибка обычно та же: размер снимают со штока и по нему ищут замену. Между тем ряд построен от канавки. Стандарт ISO 7425-2 «Hydraulic fluid power cylinders — Dimensions and tolerances of housings for elastomer-energized, plastic-faced seals — Part 2: Rod seal housings» задаёт для каждого диаметра штока диаметр канавки, её радиальную глубину и осевую длину.
Ряд ниже относится к одному семейству уплотнений, и это важно прочитать до подбора. ISO 7425 нормирует канавки под уплотнения с пластиковой рабочей поверхностью, поджимаемые эластомерным кольцом изнутри, — те самые составные уплотнения из двух деталей, что стоят в большинстве современных цилиндров. Для цельных эластомерных уплотнений возвратно-поступательного действия ряд задаёт другой стандарт, ISO 5597, и его чисел мы здесь не приводим: бесплатной части его текста мы не читали, а переписывать ряд с сайтов поставщиков не станем.
| Шток d, мм | Диаметр канавки D, мм | Глубина канавки S, мм | Длина канавки L, мм | Наименьшая фаска штока C, мм |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 11 | 2,5 | 2,2 | 1,5 |
| 12 | 19,5 | 3,75 | 3,2 | 2 |
| 20 | 31 | 5,5 | 4,2 | 2,5 |
| 25 | 36 | 5,5 | 4,2 | 2,5 |
| 32 | 43 | 5,5 | 4,2 | 2,5 |
| 40 | 51 | 5,5 | 4,2 | 2,5 |
| 50 | 61 | 5,5 | 4,2 | 2,5 |
| 56 | 71,5 | 7,75 | 6,3 | 4 |
| 70 | 85,5 | 7,75 | 6,3 | 4 |
| 100 | 115,5 | 7,75 | 6,3 | 4 |
| 160 | 181 | 10,5 | 8,1 | 5 |
| 280 | 304,5 | 12,25 | 8,1 | 6,5 |
Числа таблицы связаны между собой, и связь эта проверяется в уме: глубина канавки равна половине разности диаметров, S = (D − d) / 2. Для штока 20 мм с канавкой 31 мм это (31 − 20) / 2 = 5,5 мм, для штока 160 мм с канавкой 181 мм — 10,5 мм. Поэтому глубину можно посчитать по двум диаметрам, а посчитанное сверить с таблицей.
Глубин в ряду всего шесть: 2,5; 3,75; 5,5; 7,75; 10,5 и 12,25 мм. Для части диаметров стандарт даёт две канавки на выбор — с меньшей и с большей глубиной; большую берут там, где выше нагрузка или шире допуски на детали. Отсюда практическое следствие: уплотнение штока подбирают по трём числам канавки, а не по одному диаметру штока.
Ряд в этой таблице приведён по первой редакции стандарта, ISO 7425-2:1989. Действует вторая, 2021 года, и она в разделе изменений называет ровно одно: в ряд добавлены штоки 400 и 450 мм — ради согласования с ISO 3320 и ISO 5597. Диаметры до 360 мм в ней те же. Числа глубин и наименьших фасок в таблице выше взяты уже из редакции 2021 года.
Шероховатость канавки: слишком грубо — режет, слишком гладко — сушит
Редакция ISO 7425-2:2021 задаёт для канавки уплотнения штока не только размеры, но и шероховатость, причём разную для разных поверхностей. Поверхность, по которой уплотнение скользит под давлением, — Ra 0,4 мкм и Rz 1,6 мкм. Поверхности, прилегающие статически, и боковые стенки канавки — Ra 1,6 мкм и Rz 6,3 мкм.
И оговорка, которая противоречит здравому смыслу ровно до того момента, когда её объяснят: для части конструкций уплотнений стандарт называет минимальную шероховатость скользящей поверхности — Ra 0,1 мкм. Слишком гладкая поверхность не удерживает масляную плёнку, уплотнение работает всухую и изнашивается быстрее, чем на поверхности с нормальной микронеровностью. Полировать шток «до зеркала» — не улучшение.
Требования к самому металлу тоже названы: поверхности, по которым работает уплотнение, должны быть свободны от следов дробления и продольных задиров. Задир на штоке — это приговор уплотнению, а не повод поставить второе.
Что стоит в узле кроме самого уплотнения
В сборке гидроцилиндра рядом с уплотнением почти всегда стоят ещё три детали, и заказывать их принято комплектом.
- Грязесъёмник — стоит снаружи, перед уплотнением штока, и снимает с выходящего штока пыль и влагу. Он не уплотняет: его задача — не пустить абразив внутрь.
- Направляющее (опорное) кольцо — воспринимает боковую нагрузку и держит зазор между штоком и корпусом. Именно от зазора зависит, выдавит уплотнение в щель или нет.
- Защитное кольцо от выдавливания — подкладывается под кольцо круглого сечения со стороны, противоположной давлению. Ему посвящена отдельная часть ISO 3601 — часть 4.
Комплект на цилиндр обычно называют ремкомплектом. Собирать его россыпью по одной позиции невыгодно: разбирать гидроцилиндр второй раз дороже, чем купить недостающую деталь сразу.
Как снять размер с изношенного уплотнения
Изношенное уплотнение обмерять бесполезно: оно уже вытянуто, обжато и потеряло часть материала. Правильный порядок другой.
- Снять размеры посадочного места, а не старой детали: для кольца — диаметр канавки и её ширину, для манжеты вала — диаметр вала, диаметр гнезда и его глубину, для уплотнения штока — диаметр штока и диаметр расточки.
- Посчитать глубину канавки как половину разности диаметров и сверить с рядом ISO 7425-2: попадание в ряд означает, что канавка стандартная и уплотнение подбирается по каталогу.
- Сфотографировать профиль старого уплотнения сбоку. Форма профиля говорит о типе больше, чем размер: кольцо круглого сечения, U-образная манжета, шевронный набор и армированная манжета вала — это четыре разных изделия.
- Назвать рабочую жидкость и температуру. Минеральное масло, огнестойкая жидкость, тормозная жидкость и вода требуют разных смесей, и совместимость определяется по условиям применения, а не по цвету детали. Как те же жидкости классифицированы и какие температурные пределы стандарты задают рукавам — в справочнике: среда и температура РВД.
Если посадочное место разбито и в ряд не попадает, вопрос уже не в подборе уплотнения: восстанавливают само место — расточкой, втулкой или наплавкой с последующей обработкой. Так же поступают с гидроцилиндрами собственного изготовления, когда цилиндр делается под имеющийся ряд уплотнений, а не наоборот.
Что поставляет BEB Hydraulic
Мы поставляем уплотнения и манжеты из Европы и подбираем замену по образцу или по размерам посадочного места: кольца круглого сечения, манжеты вращающихся валов, уплотнения штоков и поршней, грязесъёмники, направляющие и защитные кольца. Отдельно в каталоге стоят гидронасосы, для которых уплотнения подбираются так же — по валу и гнезду. Работаем с техникой, которая уже в эксплуатации: привозите узел или старую деталь — подберём по ней.
Рядом в каталоге — то, что чаще всего меняют вместе с уплотнениями: рукава высокого давления и фитинги к ним, гидрораспределители, гидравлическое масло, маслостанции и тефлоновые шланги. Из работ по гидравлике в цехе делаем изготовление и реставрацию РВД, ремонт шлангов ГУР и тормозных шлангов. Не уверены в подборе — есть консультация специалиста, а о компании — отдельная страница.
Частые вопросы об уплотнениях и манжетах
Чем манжета вращающегося вала отличается от кольца круглого сечения?
Характером движения, которое они уплотняют, и допустимым давлением. Кольцо круглого сечения работает и в неподвижных соединениях, и в возвратно-поступательных, а размер его задан двумя числами — ISO 3601-1. Манжета вала рассчитана на вращение, задана тремя числами — вал, гнездо, ширина, — и по ISO 6194-1 работает при давлении от 0 до 30 кПа, то есть до 0,3 бар. Поменять их местами нельзя.
Можно ли поставить кольцо с другим сечением, если внутренний диаметр совпал?
Нет. Сечение задаёт степень обжатия в канавке: кольцо меньшего сечения не создаст нужного натяга и потечёт сразу, большего — не даст собрать узел или будет выдавлено в зазор. В ISO 3601-1 внутренние диаметры и сечения идут парами, отдельными таблицами на каждое сечение, и код размера обозначает именно пару.
Почему новая манжета течёт по валу?
Чаще всего дело в вале, а не в манжете. Стандарт требует шероховатости рабочей поверхности Ra 0,2–0,5 мкм и Rz 1,2–3,0 мкм, твёрдости не ниже 30 HRC, допуска не грубее h11 и обязательной фаски на конце вала — её меньший диаметр не больше D − 1,5 мм на малых диаметрах и не больше D − 11,0 мм на больших. Если кромка старой манжеты выработала на вале канавку, новая садится в неё и течёт. Такой вал восстанавливают проточкой или ремонтной втулкой.
Что означает запись NBR 70 в маркировке?
Первое — основной каучук по ISO 1629: NBR — бутадиен-нитрильный, HNBR — гидрированный нитрильный, FKM — фторкаучук, EPDM — этилен-пропилен-диеновый, VMQ — силиконовый, ACM — полиакрилатный. Второе — номинальная твёрдость в единицах IRHD. По ISO 3601-5 для нитрильных смесей в ряду стоят 70, 75 и 90 IRHD, для фторкаучука — 70, 75, 80 и 90.
Держит ли манжета вала давление в гидросистеме?
Нет, и это записано в самом стандарте: применение — до 30 кПа, то есть до 0,3 бар над атмосферным. Если в узле за манжетой стоит давление рабочей линии, нужен другой тип уплотнения, рассчитанный на это давление, либо конструктивная разгрузка — дренаж на слив. Замена манжеты на «такую же, но получше» проблему не решит.
Как заказать уплотнение, если старое разрушено полностью?
По посадочному месту. Нужны диаметр канавки, её ширина и глубина либо диаметры вала и гнезда с шириной гнезда, а также рабочая жидкость и температура. Глубина канавки считается как половина разности диаметров, и если полученное число попадает в ряд ISO 7425-2 — 2,5; 3,75; 5,5; 7,75; 10,5 или 12,25 мм, — канавка стандартная и уплотнение подбирается по каталогу без образца. Профиль старой детали при этом всё равно нужен: по одной канавке не видно, стояло в ней составное уплотнение или цельное эластомерное.
