Este artículo explora el fascinante mundo de las juntas tóricas y revela su papel crucial para garantizar la fiabilidad mecánica. Aprenda de ingenieros experimentados que comparten sus conocimientos expertos sobre selección de materiales, consideraciones de diseño y consejos de mantenimiento. Sumérjase y descubra los secretos de estos componentes vitales.
Una junta tórica es un tipo de junta de estanquidad de caucho de sección circular. Recibe su nombre de su sección transversal en forma de O, y se conoce comúnmente como junta tórica.
La junta tórica se introdujo por primera vez a mediados del siglo XIX como elemento de estanquidad para los cilindros de las máquinas de vapor. En la actualidad, su uso está muy extendido debido a su asequibilidad, facilidad de fabricación, rendimiento fiable y sencillos requisitos de instalación. Como resultado, la junta tórica es el diseño más utilizado para el sellado mecánico.
La junta tórica puede soportar altas presiones, medidas en decenas de megapascales (kilop libras). Puede utilizarse tanto en aplicaciones estáticas como dinámicas en las que los componentes se mueven unos con respecto a otros, como en ejes de bombas giratorias y pistones de cilindros hidráulicos.
Una junta tórica es un pequeño elemento de estanquidad en forma de anillo que suele tener una sección transversal circular. El material principal utilizado en su fabricación es el compuesto sintético de moldeo, por lo que es el tipo de junta más utilizado en ingeniería hidráulica. Se utiliza principalmente para juntas estáticas y deslizantes.
En comparación con otras juntas, la junta tórica presenta varias ventajas, entre ellas:
a. Estanqueidad eficaz y larga vida útil
b. La capacidad de sellar en ambas direcciones con un solo anillo
c. Buena compatibilidad con el aceite, la temperatura y la presión
d. Baja resistencia a la fricción dinámica
e. Tamaño pequeño, peso ligero y bajo coste
f. Una estructura de sellado sencilla y fácil de desmontar
g. La capacidad de utilizarse como junta estática o dinámica.
h. Tamaño y ranura normalizados, lo que facilita la selección y el aprovisionamiento.
Una de las desventajas de la junta tórica es que, cuando se utiliza como junta dinámica, tiene una gran resistencia a la fricción, que es unas 3 o 4 veces mayor que su fricción dinámica. Además, es propensa a ser comprimida en la barrera bajo alta presión.
1GB/T3452.1-1982 método de expresión
Diámetro interior d1 × Diámetro del alambre d2
Por ejemplo:
El "20" indica que el diámetro interior de la junta tórica es de 20 mm.
El "2,4" se refiere al diámetro de la sección transversal de la junta tórica, que es de 2,4 mm.
"GB3452.1" es el número estándar.
"82" representa el año de publicación de la norma.
El "2400" representa el diámetro de la sección transversal de la junta tórica, que es de 2,4 mm.
El "0200" indica que el diámetro interior de la junta tórica es de 20 mm.
Como en el primer ejemplo, "GB3452.1" es el número de la norma y "82" representa el año de publicación de la norma.
2. Representación de GB/T3452.1-2005
Por ejemplo:
(1) Junta tórica 7,5 × 1,8G GB/T3452.1
El "7,5" indica el diámetro interior de la junta tórica.
El "1,8" se refiere al diámetro de la sección transversal de la junta tórica.
La serie "G" hace referencia a la "junta tórica universal". Existen otras series, como la "A", que significa "Junta tórica para aeroespacial".
(2) A 0 × 0 × 7 × 5XG GB/T3452.1
La serie "A" se refiere al diámetro del alambre de la junta tórica de 1,80 mm. Hay otras series con diferentes diámetros de alambre, tales como:
La junta tórica es un tipo de junta de extrusión. El principio básico de una junta de extrusión es que se basa en la deformación elástica de la junta para crear presión de contacto en la superficie de sellado. Si esta presión de contacto es mayor que la presión interna del medio sellado, no habrá fugas; de lo contrario, se producirán fugas. El proceso en el que el propio medio cambia el estado de contacto de la junta tórica para lograr la estanquidad se denomina "autosellado".
Precinto Q-ring
Efecto autosellante:
Debido al efecto de sellado previo, la junta tórica está en estrecho contacto tanto con la superficie lisa sellada como con el fondo de la ranura. Como resultado, cuando el fluido entra en la ranura a través de un hueco, sólo actúa en un lado de la junta tórica. Cuando la presión del fluido es alta, empuja la junta tórica hacia el otro lado de la ranura y la aprieta en forma de D, transfiriendo la presión a la superficie de contacto.
Sin embargo, la capacidad de autosellado de las juntas tóricas es limitada. Cuando la presión interna es demasiado alta, la junta tórica puede sufrir "extrusión de caucho". Esto ocurre cuando hay un hueco en el punto de sellado y la alta presión provoca una concentración de tensiones en el hueco. Cuando la tensión alcanza un determinado nivel, la goma se estruja. Aunque la junta tórica puede mantener temporalmente la estanqueidad, en realidad se ha dañado. Por lo tanto, es importante seleccionar cuidadosamente la junta tórica adecuada para la aplicación.
En juntas dinámicasEn las juntas dinámicas, los efectos de precinto y autosellado de la junta tórica son similares a los de las juntas estáticas. Sin embargo, la situación es más complicada en las juntas dinámicas debido a la posibilidad de que se introduzca líquido entre la junta tórica y el vástago durante el movimiento.
Cuando el vástago está en funcionamiento, si sobre el lado izquierdo de la junta tórica actúa la presión media P1 (como se muestra en la figura a), la presión de contacto generada por la junta tórica sobre el vástago es superior a P1 debido al efecto de autosellado, lo que garantiza la estanqueidad.
Sin embargo, cuando la varilla comienza a moverse hacia la derecha, el medio unido a la varilla es llevado al hueco entre la junta tórica y la varilla (figura b). Debido al efecto hidrodinámico, la presión de esta parte del medio es mayor que P1 y puede superar la fuerza de contacto de la junta tórica sobre la varilla, haciendo que el medio se introduzca en la primera ranura de la junta tórica (figura c). A medida que la varilla siga moviéndose hacia la derecha, el medio seguirá entrando en la siguiente ranura, lo que provocará fugas en la dirección del movimiento de la varilla.
Es menos probable que se produzcan fugas cuando el vástago se mueve hacia la izquierda, ya que la dirección de accionamiento es opuesta a la dirección de presión del vástago. La probabilidad de fugas aumenta con la viscosidad del medio y la velocidad de movimiento del vástago, además de estar estrechamente relacionada con el tamaño y la presión de trabajo de la junta tórica.
Además, hay una junta de compresión que encaja en la ranura del chaflán de la cara del extremo, así como dos métodos especiales de sellado:
3.1.1 Copresión
La relación de compresión (W) de una junta tórica se expresa como:
W = (d2 - h) / d2 × 100%
Dónde:
d2 - Diámetro de la sección transversal de la junta tórica en estado libre (mm)
h - La distancia entre el fondo de la ranura de la junta tórica y la superficie sellada (profundidad de la ranura), que es la altura de la sección transversal de la junta tórica después de la compresión (mm).
A la hora de elegir la relación de compresión de una junta tórica, es importante tener en cuenta los siguientes factores:
La selección de la relación de compresión (W) también debe tener en cuenta las condiciones de servicio y si se trata de una junta estática o dinámica.
Los retenes estáticos pueden dividirse a su vez en retenes radiales y retenes axiales. Los retenes radiales tienen holguras radiales y los retenes axiales tienen holguras axiales.
Las juntas axiales pueden dividirse a su vez en juntas de presión interna y juntas de presión externa, dependiendo de si el medio de presión actúa sobre el diámetro interior o exterior de la junta tórica. La presión interna aumenta la tensión, mientras que la presión externa disminuye la tensión inicial de la junta tórica.
Para estas diferentes formas de juntas estáticas, la dirección del medio de sellado en la junta tórica es diferente, por lo que el diseño de la presión previa también es diferente.
En el caso de las juntas dinámicas, es importante distinguir entre juntas alternativas y juntas rotativas.
Al seleccionar la relación de compresión para las juntas de movimiento rotativo, es necesario tener en cuenta el efecto de calor Joule. Por lo general, el diámetro interior de la junta tórica utilizada para el movimiento giratorio es de 3% a 5% mayor que el diámetro del eje, y la relación de compresión del diámetro exterior es de -3% a 8%.
Para las juntas tóricas utilizadas en aplicaciones de baja fricción, se suele seleccionar una pequeña relación de compresión de 5% a 8% para reducir la resistencia a la fricción. También es importante tener en cuenta la dilatación de los materiales de caucho debida al medio y a la temperatura.
Normalmente, el índice de dilatación máximo admisible es de 15%, además de la deformación por compresión dada. Si se supera este rango, indica que la selección de materiales es inadecuado y, o bien debe utilizarse un material diferente para la junta tórica, o bien debe corregirse la tasa de deformación por compresión dada.
3.1.2 Scantidad de estiramiento
Una vez instalada la junta tórica en la ranura de estanquidad, suele tener un cierto nivel de tensión. Esta tensión, al igual que la relación de compresión, afecta en gran medida al rendimiento de estanquidad y a la vida útil de la junta tórica. Una tensión excesiva dificulta la instalación de la junta tórica y reduce la relación de compresión, lo que provoca fugas.
El importe del estiramiento puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
a = (d + d2) / (d1 + d2)
Dónde:
d - diámetro del eje (mm) d1 - diámetro interior de la junta tórica (mm)
El rango recomendado para la cantidad de estiramiento es de 1% a 5%. La tabla 1 indica la cantidad de estiramiento recomendada para las juntas tóricas, y la cantidad de estiramiento puede seleccionarse y limitarse en función del tamaño del diámetro del eje.
Tabla I límites de la relación de compresión y la cantidad de estiramiento de la junta tórica
| Formulario de sellado | Medio de sellado | Cantidad de estiramiento a (%) | Relación de compresión w (%) |
| Junta estática | Aceite hidráulico | 1.03~1.04 | 15~25 |
| Aire | <1.01 | 15~25 | |
| Movimiento alternativo | Aceite hidráulico | 1.02 | 12~17 |
| Aire | <1.010.95~1 | 12~173~8 | |
| Movimiento de rotación | Aceite hidráulico | 0.95~1 | 3~8 |
La compresión de una junta tórica viene determinada principalmente por el diseño y las dimensiones de la ranura de instalación.
Las ranuras rectangulares y triangulares son las formas más utilizadas; las triangulares sólo se emplean para juntas fijas específicas.
Las formas de las ranuras de las juntas estáticas, las juntas alternativas y las juntas dinámicas pueden ser similares, pero sus tamaños varían para adaptarse a los distintos requisitos de compresión.
3.2.1 Sancho del lote
La anchura de la ranura se considera desde las tres perspectivas siguientes:
En general, se recomienda que el área de la sección transversal de la junta tórica ocupe al menos 85% del área de la sección transversal rectangular. En muchos casos, la anchura de la ranura es 1,5 veces el diámetro de la sección transversal de la junta tórica.
Es importante tener en cuenta que una ranura estrecha aumentará la fricción y provocará un mayor desgaste de la junta tórica. Por otro lado, si la ranura es demasiado ancha, aumentará el rango de movimiento de la junta tórica y la hará más susceptible al desgaste. Además, en juntas estáticas con presión pulsante, la junta tórica puede experimentar un movimiento pulsante y un desgaste anormal.
En situaciones de alta presión, debe utilizarse un anillo de retención, y la anchura de la ranura debe aumentarse en consecuencia.
3.2.2 Gprofundidad del surco
La profundidad de la ranura es un factor crucial para el buen funcionamiento de la junta tórica. Depende principalmente de la deformación por compresión de la junta tórica.
Esta deformación se compone de la deformación por compresión (A1) en el diámetro interior de la junta tórica y de la deformación por compresión (A2) en el diámetro exterior de la junta tórica.
Cuando A1=A2, la sección transversal de la junta tórica coincide con el centro de la sección transversal de la ranura, y los dos círculos son iguales, lo que indica que la junta tórica no se estira durante la instalación.
Cuando A1>A2, la circunferencia del centro de la sección de la junta tórica es menor que la del centro de la ranura, lo que indica que la junta tórica está instalada en estado estirado.
Cuando A1<A2, el perímetro de la sección de la junta tórica es mayor que el perímetro central de la sección de la ranura. En este caso, la junta tórica se instala con compresión circunferencial, y rebotará durante el desmontaje.
Al diseñar la profundidad de la ranura, debe tenerse en cuenta en primer lugar el uso previsto de la junta tórica, seguido de la selección de un índice de deformación por compresión razonable. También deben tenerse en cuenta el hinchamiento del material en el medio, el hinchamiento del propio material y otros factores relacionados.
Sin embargo, existen normas pertinentes establecidas por el Estado para la estructura de las ranuras.
3.2.3 Selección y diseño de ranuras
1. Forma de instalación de la ranura
Explícate:
Tabla II Tamaño de la ranura radial de la junta tórica
| Diámetro de la sección de la junta tórica d2 | 1.80 | 2.65 | 3.55 | 5.30 | 7.00 | ||
| anchura de la zanja | Junta neumática | 2.2 | 3.4 | 4.6 | 6.9 | 9.3 | |
| Junta hidráulica dinámica o estática | b+0.25 | 2.4 | 3.6 | 4.8 | 7.1 | 9.59.5 | |
| b1+0.25 | 3.8 | 5.0 | 6.2 | 9.0 | 12.3 | ||
| b2+0.25 | 5.2 | 6.4 | 7.6 | 10.9 | 15.1 | ||
| Profundidad de ranura t | Junta de vástago, (para cálculo d3) | Junta dinámica hidráulica | 1.42 | 2.16 | 2.96 | 4.48 | 5.95 |
| Junta neumática | 1.46 | 2.23 | 3.03 | 4.65 | 6.20 | ||
| Junta estática | 1.38 | 2.07 | 2.74 | 4.19 | 5.67 | ||
| Junta de vástago, (para cálculo d6) | Junta dinámica hidráulica | 1.47 | 2.24 | 3.07 | 4.66 | 6.16 | |
| Junta neumática | 1.57 | 2.37 | 3.24 | 4.86 | 6.43 | ||
| Junta estática | 1.42 | 2.15 | 2.85 | 4.36 | 5.89 | ||
| Longitud mínima del chaflán Zmin | 1.1 | 1.5 | 1.8 | 2.7 | 3.6 | ||
| Radio del filete inferior de la ranura r1 | 0.2-0.4 | 0.4-0.8 | 0.8-1.2 | ||||
| Radio del filete de la ranura r2 | 0.1-0.3 | ||||||
| Diámetro máximo del fondo de la ranura de la junta del vástago d3máx=d4+2t, d4 diámetro del vástago | |||||||
| El diámetro mínimo del fondo de la ranura de la junta del vástago d6min=d5máx+2t, d5máx diámetro máximo del vástago. | |||||||
China ha establecido normas para las series de tamaños de ranura de las juntas tóricas. Los detalles se pueden encontrar en la Tabla 3.
Tabla III tamaño de la ranura y compresión para el sellado
| Tolerancia de la dimensión de la sección del anillo 0 | 1.9±0.08 | 2.4±0.08 | 3.1±0.10 | 3.5±0.10 | 5.7±0.15 | 8.6±0.16 | |||
| Junta fija axial | Cantidad de compresión | 0.60~0.40 | 0.70~0.504 | 0.85~0.55 | 0.90~0.65 | 1.3~0.9 | 1.6~1.0 | ||
| Tamaño de la ranura | h | 1.3~1.5 | 1.7~1.9 | 2.25~2.55 | 2.60~2.85 | 4.40~4.80 | 7.00~2.60 | ||
| b | 2.50 | 3.20 | 4.2 | 4.70 | 7.50 | 11.2 | |||
| r≤ | 0.40 | 0.7 | 0.80 | ||||||
| Para los deportes | Cantidad de compresión | 0.47~0.28 | 0.47~0.27 | 0.54~0.30 | 0.60~0.324 | 0.85~0.45 | 1.06~0.68 | ||
| Tamaño de la ranura | h | 1.43~1.62 | 1.93~2.13 | 2.65~2.80 | 2.90~3.18 | 4.85~5.25 | 7.54~7.92 | ||
| b | Sin anillo de retención | 2.5 | 3.2 | 4.2 | 4.70 | 7.5 | 11.2 | ||
| Añadir un anillo de retención | 3.9 | 4.4 | 5.2 | 6.0 | 9.0 | 13.2 | |||
| Añadir dos anillos de retención | 5.40 | 6.0 | 7.0 | 7.8 | 11.5 | 17.2 | |||
| r≤ | 0.4 | 0.7 | 0.8 | ||||||
| Nota: h se refiere a la altura de la ranura; b representa la anchura de la zanja; r se refiere al chaflán de la ranura. | |||||||||
3. Requisitos de procesamiento de la ranura de la junta tórica
Para evitar fugas debidas a arañazos y a una instalación incorrecta, existen ciertos requisitos para la precisión de las ranuras y los componentes relacionados al instalar juntas tóricas.
En primer lugar, los bordes de paso durante la instalación deben ser romos o redondeados, y el orificio interior de paso debe biselarse en un ángulo de 10-20 grados.
En segundo lugar, debe tenerse muy en cuenta la precisión de la superficie a lo largo del recorrido de instalación de la junta tórica. El eje debe tener un valor de rugosidad bajo y estar lubricado en caso necesario.
Los requisitos para la ranura de instalación y la precisión de la superficie coincidente se pueden encontrar en la Tabla IV.
Tabla IV Acabado superficial de las piezas de contacto de la ranura de la junta de goma en forma de O
| superficie | Aplicaciones | Condición de presión. | Acabado superficial |
| Fondo y laterales de la zanja | Cierre hermético | No alterna y no pulsa, | R.3.2um |
| Alternancia o pulso, | R.1.6um | ||
| Sello dinámico, | No alterna y no pulsa. | ||
| Superficie de contacto | Cierre hermético | No alterna y no pulsa. | R.1.6um. |
| Alternancia o pulso, | R.0.8um | ||
| Junta dinámica | R0,4 μ m |
La selección del material de la junta tórica tiene en cuenta los siguientes factores:
Normalmente, el caucho de nitrilo se utiliza para la resistencia al aceite, el caucho de cloropreno para la resistencia a la intemperie y al ozono, el caucho de acrilato o clorocaucho para la resistencia al calor, el caucho de poliuretano para la resistencia a la alta presión y al desgaste, y el caucho de copoliazol para la resistencia al frío y al aceite.
El ámbito de aplicación de los distintos adhesivos puede consultarse en la tabla 5.
Tabla V Especificaciones de uso de los materiales de estanquidad de las juntas tóricas
| Ciencia de los materiales | Medios aplicables | Temperatura de servicio / ℃ | Observaciones | |
| Para los deportes | Uso estático | |||
| Caucho nitrílico | Aceite mineral, gasolina, benceno | 80 | -30~120 | |
| Neopreno | Aire, agua, oxígeno | 80 | -40~120 | Precauciones para el deporte |
| caucho butílico | Aceite animal y vegetal, ácido débil, álcali | 80 | -30~110 | Gran deformación permanente, no apto para aceite mineral |
| caucho butadieno estireno | Álcali, aceite animal y vegetal, aire, agua | 80 | -30~100 | No aplicable al aceite mineral |
| Caucho natural | Agua, ácido débil, base débil | 60 | -30~90 | No aplicable al aceite mineral |
| caucho de silicona | Aceite a alta y baja temperatura, aceite mineral, aceite animal y vegetal, oxígeno, ácido débil, base débil | -60~260 | -60~260 | No apto para vapor, evitar su uso en piezas móviles |
| Polietileno clorosulfonado | Aceite a alta temperatura, oxígeno, ozono | 100 | -10~150 | Evitar su uso en partes móviles |
| Goma de poliuretano | Agua, aceite | 60 | -30~80 | Resistente al desgaste, pero evite el uso a alta velocidad |
| Caucho fluorado | Aire de vapor de aceite caliente, ácido inorgánico | 150 | -20~200 | |
| teflón | Ácidos, bases, disolventes varios | -100~260 | No aplicable a piezas móviles | |
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