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Español ![O-Ring-Stocks [IT]](/upload/589/Logo_O-RING-STOCKS-FC_SML.png){kind=logo}
Una tenuta dinamica con O-ring è un progetto fondamentalmente diverso rispetto a un anello statico. Non si tratta dello stesso componente con una scanalatura diversa, ma di un compromesso diverso: minore compressione per controllare l’attrito, una qualità superficiale più rigorosa per limitare l’usura e un gioco più stretto per prevenire l’estrusione in presenza di pressione pulsante. Questo articolo tratta entrambi i tipi di installazione radiale dinamica, i requisiti comuni validi per entrambi e la scelta tra oleodinamica e pneumatica.
Dans l’étanchéité dynamique, les pièces de machine à étancher se déplacent l’une par rapport à l’autre. La forme de mouvement la plus fréquente est le va-et-vient, comme dans les vérins hydrauliques et pneumatiques. Parfois, il y a aussi un mouvement combiné de rotation et de translation, comme dans certains entraînements hydrauliques. Le joint torique accompagne alors chaque course : il est étiré, déplacé et reprend sa forme. Le frottement est donc un paramètre de conception, et non un phénomène secondaire.
La compression d’un joint torique dynamique est volontairement plus faible que dans les applications statiques. Non pas parce qu’une performance d’étanchéité plus faible serait acceptable, mais parce qu’une compression plus élevée engendre, à chaque course, plus de force de contact, plus de frottement et plus d’usure. L’équilibre entre une étanchéité suffisante et un frottement acceptable détermine la plage de conception de la gorge.
Une compression plus faible en dynamique signifie : un meilleur état de surface requis, des tolérances plus serrées et, en pneumatique, une lubrification volontaire.
Le tableau ci-dessous rend la différence visible. La compression dans les applications dynamiques représente environ la moitié de celle du statique. L’exigence de rugosité sur la surface d’étanchéité est quatre fois plus stricte. Et en pneumatique, où le fluide ne lubrifie pas, des mesures supplémentaires sont nécessaires.
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Paramètre |
Statique |
Dynamique hydraulique |
Dynamique pneumatique |
|
Compression (% de d2) |
15 à 30% |
9 à 16% |
7 à 13% |
|
Surface d’étanchéité Ra |
max. 1,6 µm |
max. 0,4 µm |
max. 0,4 µm |
|
Jeu jusqu’à 30 bar |
0,20 mm |
0,20 mm |
0,20 mm |
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Jeu jusqu’à 63 bar |
0,20 mm |
0,10 mm |
0,10 mm |
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Lubrification |
Non requise |
Fluide hydraulique |
Recommandée (graisse/brouillard) |
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Usure |
Aucune |
Présente |
Présente |
Dans les applications hydrauliques, les joints toriques sont utilisés pour les mouvements alternatifs des pistons et des tiges. Ils conviennent particulièrement lorsque l’espace de montage disponible est limité et qu’une étanchéité simple et économique suffit. Le fluide, le liquide hydraulique, forme un film lubrifiant sur la surface d’étanchéité qui limite le frottement et protège le joint.
La compression en hydraulique se situe entre 9 et 16% du diamètre de section. À titre de comparaison : en compression radiale statique, elle est de 15 à 30%. Cette compression plus faible réduit la force de contact et donc le frottement par course. En contrepartie, la marge pour les écarts de géométrie de gorge ou de surface d’étanchéité est plus faible. Contrôlez donc toujours la profondeur de gorge, la largeur et la qualité de surface avant le montage.
À des pressions plus élevées, à grande vitesse de course ou lorsque la durée de vie doit dépasser 1 million de cycles, des joints de piston et de tige spéciaux constituent techniquement un meilleur choix. Un joint torique peut encore être utilisé comme joint secondaire ou en combinaison, mais plus comme joint principal.
Paramètres complets de gorge et tableau dimensionnel : dimensions de gorge de joint torique pour compression radiale dynamique : hydraulique.
Les joints toriques pneumatiques fonctionnent à des pressions de service plus faibles que l’hydraulique, généralement entre 4 et 16 bar dans les systèmes industriels. Mais ils imposent des exigences plus élevées en matière de frottement. L’air n’a pas d’effet lubrifiant : aucun film lubrifiant ne se forme sur la surface d’étanchéité. Tout frottement supplémentaire coûte de la force de vérin ou perturbe la précision de positionnement de l’entraînement.
La compression en pneumatique est donc la plus faible de tous les types de montage : 7 à 13% du diamètre de section. Cette valeur a été volontairement choisie aussi basse afin de limiter le frottement à sec. Une compression plus faible exige cependant une surface d’étanchéité plus précise : le joint dispose de moins de force de contact pour compenser les petites irrégularités de surface. L’exigence de rugosité pour la surface d’étanchéité est de Ra max. 0,4 µm, comme en hydraulique. Dans les systèmes fonctionnant à sec, une lubrification à la graisse silicone ou au brouillard d’huile est fortement recommandée.
Paramètres complets de gorge et tableau dimensionnel : dimensions de gorge de joint torique pour compression radiale dynamique : pneumatique.
Le twisting correspond à la rotation du joint torique dans la gorge lors d’un mouvement linéaire alternatif. Il se produit si la gorge est trop large, si la compression est trop faible ou si la qualité de surface est irrégulière sur la circonférence. Le joint roule alors légèrement à chaque course au lieu de glisser. Après un certain nombre de cycles, il a tourné d’un quart ou d’un demi-tour. Sous une charge asymétrique, le caoutchouc s’étire alors de manière inégale et se déchire.
Le twisting est difficile à reconnaître lors de l’inspection, car un joint tourné paraît intact à l’extérieur. La fissure se situe à l’intérieur du joint. La prévention est plus simple que la détection : maintenez strictement la largeur de gorge b1 dans les tolérances, n’utilisez jamais une gorge trop large et évitez une compression extrêmement faible à des fréquences de course élevées.
Signes de twisting : usure en spirale sur la surface d’étanchéité, fissures à l’intérieur du joint ou fuite qui commence après un nombre fixe de cycles.
Les joints toriques hydrauliques et pneumatiques partagent les mêmes normes en matière d’état de surface et de largeur du jeu. Avec la géométrie de la gorge, ce sont les deux facteurs qui déterminent la durée de vie du joint.
L’exigence de rugosité pour la surface d’étanchéité dans les applications dynamiques est quatre fois plus stricte qu’en statique. Une surface trop rugueuse use le joint à chaque course. En pneumatique sans lubrification, l’usure apparaît déjà à des valeurs encore acceptables en hydraulique.
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Surface |
Dynamique Ra max. |
Dynamique Rz max. |
Dynamique Rmax |
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Surface d’étanchéité |
0,4 µm |
1,2 µm |
1,6 µm |
|
Fond de gorge |
1,6 µm |
3,2 µm |
6,3 µm |
|
Flancs de gorge |
3,2 µm |
6,3 µm |
10 µm |
Avec des pressions pulsées dans les applications dynamiques, le risque d’extrusion est plus élevé qu’en statique. La largeur maximale du jeu est donc plus faible. Pour les matériaux silicone, vous devez diviser par deux les valeurs du tableau.
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Pression (bar) |
70 Shore A (mm) |
80 Shore A (mm) |
90 Shore A (mm) |
|
jusqu’à 30 |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
|
30 à 63 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
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63 à 80 |
non applicable |
0,10 |
0,15 |
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80 à 100 |
non applicable |
non applicable |
0,10 |
Dans les applications dynamiques, le joint torique est monté plus souvent qu’en statique : à chaque révision ou entretien, le joint est remplacé et la gorge est réinspectée. Le chanfrein du côté d’introduction est important à chaque montage. Sans chanfrein, le joint s’endommage en glissant sur l’arête, même si la force est faible et le joint souple. Un chanfrein de 15 à 20 degrés, avec la longueur z indiquée dans le tableau dimensionnel, évite complètement cela. Vérifiez également que le chanfrein est exempt de bavures après usinage.
Le choix des matériaux pour les joints toriques dynamiques suit en grande partie la même logique que pour les applications statiques, mais avec deux considérations supplémentaires : la résistance à l’usure et le comportement au frottement. Les deux varient selon le matériau et influencent directement la durée de vie et les performances du vérin.
Consultez le guide de résistance chimique et le guide de température des matériaux pour votre application spécifique.
Un joint torique est une solution simple et économique pour l’étanchéité en mouvement alternatif à des pressions, vitesses et exigences de durée de vie modérées. Pour des exigences plus élevées, des profils d’étanchéité spéciaux sont techniquement mieux adaptés. Évaluez cela selon l’application sur la base des trois critères ci-dessous.
Vitesse de course supérieure à 0,5 m/s : la génération de chaleur par frottement augmente rapidement. Les joints à lèvre et les joints annulaires en PTFE ont un coefficient de frottement plus faible et sont plus stables à des vitesses plus élevées.
Durée de vie supérieure à 1 million de cycles : les joints toriques sont ici moins adaptés en raison de la formation de fissures de fatigue dans le caoutchouc. Les joints en U, manchettes ou joints profilés sont conçus pour une longue durée de vie à nombre élevé de cycles.
Pression de service supérieure à 250 bar : à de telles pressions, même des joints de 90 Shore A sans bagues anti-extrusion sont à leur limite. Les joints spéciaux de piston et de tige résistent mieux à l’extrusion sous haute pression.
La geometria della gola è comparabile, ma la compressione nella pneumatica è leggermente inferiore (7-13% contro 9-16% nell’idraulica). La più grande differenza pratica è la lubrificazione: il fluido idraulico lubrifica l’anello a ogni corsa. L’aria non lo fa. Nella pneumatica, una lubrificazione intenzionale è quindi fortemente raccomandata.
Mantenete la larghezza della gola b1 rigorosamente entro le tolleranze indicate. Una gola troppo larga dà all’anello lo spazio per rotolare. Evitate inoltre una compressione estremamente bassa a frequenze di corsa elevate. Quando sostituite l’anello, controllate sempre di nuovo la larghezza della gola: l’usura della gola aumenta b1 e aumenta il rischio di twisting.
La superficie di tenuta deve essere Ra max. 0,4 µm (Rz max. 1,2 µm). Questo è quattro volte più severo rispetto alle applicazioni statiche. Una superficie più ruvida usura l’anello a ogni corsa, soprattutto nella pneumatica senza lubrificazione.
Nell’uso dinamico, i limiti sono più bassi rispetto a quello statico. Oltre 63 bar con 70 Shore A, gli anelli antiestrusione sono consigliati. Gli anelli antiestrusione vengono sempre montati sul lato a bassa pressione della gola. In caso di pressione pulsante, sono desiderabili anelli antiestrusione su entrambi i lati.
L’anello stesso è lo stesso, ma la gola no. Le gole statiche hanno un t più profondo (compressione più elevata) rispetto alle gole dinamiche per lo stesso diametro della sezione. Utilizzare una gola statica per applicazioni dinamiche provoca troppo attrito e un’usura accelerata. Utilizzate sempre la gola che corrisponde al tipo di montaggio.
L’NBR ha una buona resistenza all’usura per la maggior parte dei fluidi idraulici. L’FKM è leggermente meno resistente all’usura rispetto all’NBR, ma offre una migliore resistenza chimica. Nella pneumatica senza lubrificazione, l’EPDM ha migliori caratteristiche di funzionamento a secco rispetto all’NBR. Gli anelli rivestiti in PTFE hanno l’attrito più basso, ma sono più vulnerabili ai danni durante il montaggio.
Dipende dalla pressione, dalla velocità di corsa, dal fluido, dalla lubrificazione e dalla qualità superficiale della superficie di tenuta. In condizioni favorevoli, sono possibili centinaia di migliaia di cicli. A velocità più elevate, con lubrificazione insufficiente o con una superficie di tenuta troppo ruvida, l’anello si usura notevolmente più in fretta. Per applicazioni che richiedono una durata superiore a 1 milione di cicli, profili di tenuta speciali sono una scelta migliore.
