Le joint torique est l’un des types de joint les plus simples et les plus courants pour une large gamme d’applications statiques et dynamiques. La conception de la rainure du joint torique est relativement simple : en suivant des règles bien développées pour la géométrie des rainures, un joint économique et fiable est obtenu. La tendance du joint torique à reprendre sa forme originale lorsque la section transversale est comprimée est l'une des principales raisons pour lesquelles un joint torique constitue une excellente étanchéité.
Comment utiliser un joint torique ?
En termes simples, un joint torique est composé d'une section transversale circulaire en élastomère dans une rainure de joint torique conçue, fournissant une compression initiale.
La force nécessaire pour comprimer un joint torique dépend du duromètre et du diamètre de la section. L'étirement du joint torique affecte la compression du joint en réduisant la section transversale, ce qui réduit le potentiel d'étanchéité du joint torique.
À pression nulle ou très basse, l’élasticité naturelle du mélange de caoutchouc assure l’étanchéité. Les performances du joint peuvent être améliorées en augmentant la compression diamétrale. Cette augmentation de la compression peut avoir des effets néfastes dans les applications d’étanchéité dynamique à haute pression.
La compression diamétrale fournit une force de friction entre le joint torique et la rainure qui le maintient en position installée. Conçu pour se déformer, le composé de caoutchouc s'écoule jusqu'à l'espace d'extrusion, le scellant complètement contre les fuites, jusqu'à ce que la pression appliquée soit suffisante pour vaincre les forces de friction et déformer le joint torique dans le petit espace d'extrusion (en supposant que le caoutchouc a atteint sa limite d'écoulement sous pression, une augmentation supplémentaire de la force entraînera une rupture par cisaillement ou extrusion).
La rainure est conçue pour fournir une force initiale sur le joint sur un axe dans la plage de 7-30 pour cent. Cette force de compression est généralement perpendiculaire à la force appliquée, ce qui entraîne un volume libre dans la rainure sur l'autre axe.
A quoi sert un joint torique ?
Lorsqu'une pression est appliquée, le joint torique se déplace vers le côté basse pression de la rainure. La pression d'étanchéité est transmise à la surface à sceller, qui est en fait supérieure à la pression du fluide appliquée d'une valeur égale à la pression d'interférence initiale.
L'augmentation de la pression appliquée crée une contrainte d'interférence entre le joint et les surfaces de contact. Tant que cette situation persiste, le joint torique continuera à fonctionner normalement et de manière fiable jusqu'à plusieurs centaines de livres de force, en supposant que le joint torique sélectionné soit de la bonne taille et que la rainure soit usinée à la bonne taille.
Avec l'augmentation de la pression, la déformation de l'anneau sera exagérée, ce qui finira par extruder une section de l'anneau dans l'espace d'extrusion. Si l'espace d'extrusion est trop grand, le joint échouera une fois complètement extrudé sous haute pression.
Lors du relâchement de la pression, la résilience du composé de caoutchouc permet au joint torique de retrouver sa forme naturelle, prêt pour des cycles similaires.
Ces matériaux, à leur température normale de fonctionnement, sont pratiquement impossibles à comprimer et ont un module élastique très faible. Vous pouvez modifier leur forme (mais pas leur volume) et la compression diamétrale appliquée entraînera une augmentation de la longueur du joint à travers la rainure.
Cette augmentation sera encore plus importante en raison de la dilatation du caoutchouc due à la chaleur du fluide à sceller et à la compatibilité des matériaux. La rainure doit être correctement dimensionnée pour permettre l'expansion maximale du mélange de caoutchouc, sinon l'assemblage développera des contraintes très élevées.
Lorsqu'une force suffisante est appliquée, le joint torique se déplace vers le côté basse pression jusqu'à ce qu'il entre en contact avec le côté de la rainure. Une pression ou une force supplémentaire déformera le joint torique vers l’espace d’extrusion. Le joint torique se déformera initialement en forme de « D ». Cette déformation augmentera la surface de contact de 70-80 pour cent de la section transversale initiale. La surface de contact d'un joint torique sous haute pression est environ le double de celle de la géométrie d'origine à pression nulle.
La possibilité d'extrusion de joints ne se limite pas aux applications dynamiques.
Dans une application axiale statique, l'étirement des boulons d'assemblage sous haute pression peut ouvrir suffisamment l'espace d'extrusion pour permettre une fuite.
Les limites de pression interne sont déterminées par l'écartement et la dureté du joint torique (certaines données sont données dans la figure ci-dessus). En pratique, l’écart est normalement spécifié pour une taille de bague et une application données. En cas de fonctionnement à basse température, il peut être nécessaire de réduire la profondeur du presse-étoupe pour compenser la contraction de l'anneau et fournir la compression requise à la taille contractée.
À l’autre extrémité de l’échelle de température, il peut être conseillé d’augmenter légèrement la profondeur de la rainure pour éviter de serrer excessivement la bague aux températures de travail. Cet effet peut être important à des températures extrêmes car le coefficient de dilatation thermique des élastomères est supérieur à celui des métaux.
Ci-dessous se trouve une déformation initiale d'un joint torique dans un joint torique à rainure. D'après ce que nous pouvons voir, il semble que le joint torique subisse une pression du système.
