推环与沟槽尺寸匹配设计规范

推环与沟槽尺寸匹配设计规范

1 范围

本规范适用于轴向定位用弹性挡圈（部分行业标准中亦称卡环、挡圈、推环，以下简称推环）与安装沟槽之间的尺寸匹配设计、公差选择、强度校核与工艺控制。涵盖轴用推环（外卡式，装于轴上沟槽，GB/T 894 及 DIN 471 同类结构）和孔用推环（内卡式，装于孔内沟槽，GB/T 893 及 DIN 472 同类结构）两大类型，适用于受中等轴向载荷、需经常装拆或需精确定位的回转件与静止件装配场景。

2 术语与定义

推环厚度 s：推环轴向厚度，直接影响沟槽宽度的取值。沟槽宽度 m：加工于轴或孔内的环形槽轴向尺寸。沟槽深度 t：沟槽底径与配合表面之间的径向距离，决定推环的有效承载截面。推环外径 D（轴用）或内径 d（孔用）：推环自由状态下的名义直径。间隙 c：被紧固件端面与推环内缘（轴用）之间的径向留量，用于避免干涉。轴向载荷 F：推环在工作状态下承受的轴向力。

3 匹配设计准则

推环与沟槽的匹配必须同时满足装配可行性、定位可靠性与承载安全性三项基本要求。装配可行性要求推环能够顺利胀开或收缩进入沟槽；定位可靠性要求推环装入后与沟槽底部及被紧固件贴合良好，不发生轴向窜动；承载安全性则要求在最大轴向载荷作用下，推环剪切应力与沟槽边缘挤压应力均不超过许用值。

基本匹配关系为：沟槽宽度 m 应略大于推环厚度 s，即 m = s + Δ，Δ 为装入间隙，一般取 0.1~0.4 mm；沟槽深度 t 应保证推环装入后仍有 0.2~0.5 mm 的径向悬伸量以便于拆装；沟槽底部圆角半径 r 应小于推环相应部位圆角，防止装配干涉。

4 尺寸匹配规范

下表给出轴用推环常用规格的沟槽匹配推荐值（依据 GB/T 894 结构型式整理，供设计参考，最终以最新标准为准）：

轴径 d0 (mm)	推环外径 D (mm)	推环厚度 s (mm)	沟槽直径 d2 (mm)	沟槽宽度 m (mm)	沟槽深度 t (mm)	倒角/圆角
10	11.5	1.0	9.6	1.3	0.7	n≤1.5, r≤0.2
12	13.6	1.0	11.5	1.3	1.0	n≤1.5, r≤0.2
16	18.0	1.0	15.0	1.3	1.2	n≤1.8, r≤0.2
20	22.5	1.2	18.6	1.5	1.4	n≤2.0, r≤0.3
25	28.2	1.5	23.2	1.7	1.6	n≤2.5, r≤0.3
30	33.8	1.5	28.0	2.0	1.8	n≤2.5, r≤0.3
40	44.5	2.0	37.5	2.5	2.2	n≤3.0, r≤0.4
50	55.8	2.5	47.0	2.7	2.6	n≤3.5, r≤0.4
60	66.5	2.5	56.5	3.0	3.0	n≤3.5, r≤0.5
80	87.5	3.0	75.5	3.5	3.5	n≤4.0, r≤0.5
100	108.5	3.5	94.5	4.0	4.2	n≤5.0, r≤0.6

下表给出孔用推环常用规格的沟槽匹配推荐值（依据 GB/T 893 结构型式整理，供设计参考）：

孔径 d0 (mm)	推环内径 d (mm)	推环厚度 s (mm)	沟槽直径 D2 (mm)	沟槽宽度 m (mm)	沟槽深度 t (mm)	倒角/圆角
12	10.5	1.0	13.0	1.3	1.0	r≤0.2
16	14.0	1.0	17.4	1.3	1.2	r≤0.2
20	17.5	1.0	21.8	1.3	1.4	r≤0.3
26	23.6	1.2	28.0	1.5	1.5	r≤0.3
32	28.5	1.5	34.5	1.7	1.8	r≤0.3
40	36.0	1.5	43.0	1.7	2.0	r≤0.4
50	45.8	2.0	54.0	2.0	2.3	r≤0.4
62	57.0	2.0	66.5	2.2	2.6	r≤0.5
80	74.0	2.5	85.5	2.7	3.0	r≤0.5
100	93.0	3.0	106.5	3.0	3.5	r≤0.6

5 几何与公差要求

沟槽宽度 m 的公差一般取 H13 或 H14；沟槽直径（轴用 d2）公差按 h12 控制；孔用沟槽直径 D2 公差按 H12 控制。推环厚度 s 的公差按 h11 级控制。沟槽两侧面对轴线的端面圆跳动应符合下表规定；沟槽底径对配合表面的同轴度误差不大于 0.05 mm。

0.050

轴径/孔径范围 (mm)	沟槽宽度公差带	沟槽底径公差带	端面圆跳动公差 (mm)	同轴度公差 (mm)
≤10	H13	h12 / H12	0.020	0.030
＞10~30	H13	h12 / H12	0.030	0.040
＞30~50	H13	h12 / H12	0.040
＞50~80	H14	h12 / H12	0.050	0.060
＞80~120	H14	h12 / H12	0.060	0.080

6 表面质量要求

沟槽各表面的加工质量直接影响推环的定位精度与疲劳寿命，推荐数值如下：

表面部位	表面粗糙度 Ra (μm)	说明
沟槽底面（径向承载面）	≤1.6	影响挤压强度与接触刚度
沟槽轴向承载侧面	≤3.2	承受轴向力的主工作面
沟槽非工作侧面	≤6.3	仅起导向与限位作用
推环工作面	≤1.6	冷轧带钢表面应无划伤、锈蚀
沟槽底部圆角	≤3.2	降低应力集中，防止裂纹萌生

7 承载能力校核

对承受轴向载荷的推环连接，应进行两项强度校核。其一为剪切强度校核：推环截面剪切应力 τ = F / (π·d2·s) ≤ [τ]，对 65Mn 弹簧钢取 [τ] = 0.5σb；其二为挤压强度校核：沟槽边缘挤压应力 σp = F / (π·d2·m·φ) ≤ [σp]，其中 φ 为载荷不均匀系数，一般取 0.7~0.8，对钢制件取 [σp] = 0.5σs。经估算，厚度 1.5 mm、沟槽底径 28 mm 的轴用推环，其许用静轴向载荷约为 8~12 kN；当载荷超过 15 kN 或存在较大冲击时，应改用圆螺母、锁紧垫圈等更可靠的轴向固定结构。

8 材料与工艺

推环材料推荐采用 65Mn 或 60Si2MnA 弹簧钢带，热处理硬度控制在 HRC 44~53；重要场合可采用 1Cr18Ni9 或 0Cr17Ni7Al 不锈钢以防腐蚀。表面处理推荐发蓝或磷化，不锈钢件应进行钝化处理。沟槽加工宜采用成形车刀或专用切槽刀一次成形，大批量生产时可采用滚压工艺，以提高表面硬度并形成残余压应力，显著提升抗疲劳性能。加工后必须去除毛刺，并用专用量规（沟槽宽径综合量规）进行检验，防止出现沟槽偏心、宽度超差或圆角过切等缺陷。

9 失效模式与扩展应用

推环连接的主要失效形式包括：沟槽边缘压溃（载荷过大或硬度不足）、推环剪切断裂（截面偏小或存在应力集中）、推环弹出脱落（沟槽过浅或装配不到位）、疲劳断裂（交变载荷下始于截面突变处）。设计时应在沟槽底部预留充分的圆角，避免尖角过渡；对高速回转件，还应校核推环的离心膨胀效应，防止因转速过高导致推环径向胀大而脱离沟槽。在需要轴向微调的场合，可选用波型弹性挡圈替代平型挡圈，利用其轴向弹性补偿间隙。

对于重载或密封相关的类似结构（如机械密封中的推环与弹簧座沟槽配合、活塞环与环槽配合），本规范的基本匹配原则同样适用，但需额外考虑密封比压的均匀性、介质相容性及温度变化引起的变形匹配，并据此对间隙与公差进行专项修正。

10 规范性引用

GB/T 893 孔用弹性挡圈；GB/T 894 轴用弹性挡圈；GB/T 959 挡圈技术条件；DIN 471 轴用弹性挡圈；DIN 472 孔用弹性挡圈；GB/T 1222 弹簧钢。设计时应以标准最新有效版本为准。