Inelele O reprezintă cel mai comun design mecanic pentru etanșare datorită prețului lor ieftin, fabricației simple, funcționării fiabile și cerințelor simple de instalare. Deși inelele O sunt ieftine, în unele medii specifice, înlocuirea frecventă va crește costul de întreținere al mașinii și va afecta funcționarea normală a echipamentului. Prin urmare, este necesar să înțelegeți caracteristicile inelelor O.
La -50 până la -60 grade , materialele din cauciuc care nu sunt rezistente la temperaturi scăzute își vor pierde complet stresul inițial; chiar și pentru materialele din cauciuc rezistente la temperaturi scăzute, tensiunea inițială în acest moment nu va fi mai mare de 25% din tensiunea inițială la 20 de grade. Acest lucru se datorează faptului că compresia inițială a inelului O depinde de coeficientul de dilatare liniară.
Proiectarea și utilizarea necorespunzătoare a inelului O vor accelera deteriorarea acestuia și își vor pierde performanța de etanșare.
Experimentele au arătat că, dacă proiectarea fiecărei părți a dispozitivului inelului de etanșare este rezonabilă, simpla creștere a presiunii nu va cauza deteriorarea inelului O. În condiții de lucru de înaltă presiune și temperatură ridicată, principala cauză a deteriorării inelului O este deformarea permanentă a materialului inelului O, mușcătura de gol cauzată de inelul O care este strâns în golul de etanșare și deformarea inelul O în timpul mișcării.
Deformare permanentă Deoarece materialul din cauciuc sintetic utilizat pentru inelul de etanșare a inelului O este un material vâscoelastic, cantitatea de compresie stabilită inițial și capacitatea de blocare a rebound vor fi deformate permanent și se vor pierde treptat după utilizare pe termen lung, ducând în cele din urmă la scurgeri.
Deformarea permanentă și pierderea forței elastice sunt principalele motive pentru care inelele O își pierd performanța de etanșare. Următoarele sunt principalele motive pentru deformarea permanentă.
Relația dintre raportul de compresie și cantitatea de întindere și deformarea permanentă
Diversele formulări de cauciuc utilizate pentru realizarea inelelor O vor produce relaxarea tensiunilor de compresiune în stare comprimată. În acest moment, tensiunea de compresiune va scădea odată cu creșterea timpului. Cu cât timpul de utilizare este mai lung, cu atât rata de compresie și întinderea este mai mare, cu atât este mai mare căderea tensiunii cauzată de relaxarea tensiunii din cauciuc, astfel încât inelul O este insuficient elastic și își pierde capacitatea de etanșare. Prin urmare, este recomandabil să încercați să reduceți raportul de compresie în condițiile de utilizare permise.
Creșterea dimensiunii secțiunii transversale a inelului O este cea mai ușoară modalitate de a reduce raportul de compresie, dar aceasta va crește dimensiunea structurală. Trebuie remarcat faptul că atunci când oamenii calculează raportul de compresie, ei ignoră adesea reducerea înălțimii secțiunii cauzată de întinderea inelului O în timpul asamblării. Modificarea ariei secțiunii transversale a unui inel O este invers proporțională cu modificarea circumferinței acestuia. În același timp, datorită efectului tensiunii, se va modifica și forma secțiunii transversale a inelului O, ceea ce se manifestă ca o scădere a înălțimii acestuia. În plus, din cauza tensiunii superficiale, suprafața exterioară a inelului O devine mai plată, adică înălțimea secțiunii scade ușor. Aceasta este, de asemenea, o manifestare a relaxării stresului de compresie a inelului O.
Gradul de deformare al secțiunii inelului O depinde și de duritatea materialului inelului O. În cazul aceleiași cantități de întindere, inelul O cu duritate mare va avea și o reducere mai mare a înălțimii secțiunii transversale. Din acest punct de vedere, materialele cu duritate redusă trebuie selectate cât mai mult posibil în funcție de condițiile de utilizare. Sub acțiunea presiunii și tensiunii lichidului, inelul O de cauciuc va suferi treptat deformare plastică, iar înălțimea secțiunii sale transversale va scădea în consecință, astfel încât în cele din urmă își va pierde capacitatea de etanșare.
Relația dintre temperatură și procesul de relaxare a inelului O
Temperatura de serviciu este un alt factor important care afectează deformarea permanentă a inelului O. Temperaturile ridicate vor accelera îmbătrânirea materialelor cauciucate.
Cu cât temperatura de funcționare este mai mare, cu atât setarea de compresie a inelului O este mai mare. Când deformarea permanentă este mai mare de 40%, inelul O își pierde capacitatea de etanșare și se scurge. Valoarea tensiunii inițiale formată în materialul cauciuc al inelului O din cauza deformării prin compresie va scădea treptat și chiar va dispărea odată cu procesul de relaxare și scăderea temperaturii inelului O. Pentru inelele O care funcționează la temperaturi sub zero, compresia lor inițială poate fi redusă sau poate dispărea complet din cauza unei scăderi puternice a temperaturii. La -50 până la -60 grade , materialele din cauciuc care nu sunt rezistente la temperaturi scăzute își vor pierde complet stresul inițial; chiar și pentru materialele din cauciuc rezistente la temperaturi scăzute, tensiunea inițială în acest moment nu va fi mai mare de 25% din tensiunea inițială la 20 de grade. Acest lucru se datorează faptului că compresia inițială a inelului O depinde de coeficientul de dilatare liniară. Prin urmare, atunci când se selectează compresia inițială, este necesar să se asigure că există încă o capacitate de etanșare suficientă după ce tensiunea scade din cauza procesului de relaxare și a scăderii temperaturii. Pentru inelele O care funcționează la temperaturi sub zero, o atenție deosebită trebuie acordată indicelui de recuperare și indicelui de deformare al materialului cauciuc.
Pentru a rezuma, designul ar trebui să încerce să se asigure că inelul O are o temperatură de lucru adecvată sau să aleagă materiale pentru inele O rezistente la temperaturi înalte și joase pentru a prelungi durata de viață.
Presiunea medie de lucru și deformarea permanentă Presiunea mediului de lucru este principalul factor care provoacă deformarea permanentă a inelului O.
Presiunea de lucru a echipamentelor hidraulice moderne crește pe zi ce trece. Presiunea ridicată pe termen lung va provoca deformarea permanentă a inelului O. Prin urmare, materialele de cauciuc rezistente la presiune trebuie selectate în funcție de presiunea de lucru în timpul proiectării. Cu cât presiunea de lucru este mai mare, cu atât duritatea și rezistența la presiune ridicată a materialului utilizat ar trebui să fie mai mari. Pentru a îmbunătăți rezistența la presiune a materialului inelului O, a crește elasticitatea materialului (în special a crește elasticitatea materialului la temperatură scăzută) și a reduce setul de compresie al materialului, este, în general, necesar să se îmbunătățească formula a materialului și adăugați un plastifiant. Cu toate acestea, dacă inelul O cu plastifiant este scufundat în mediul de lucru pentru o perioadă lungă de timp, plastifiantul va fi absorbit treptat de mediul de lucru, provocând micșorarea volumului inelului O și poate provoca chiar compresia negativă a acestuia. O-ring (adică un spațiu între inel O și suprafața piesei etanșe).
Prin urmare, atunci când se calculează compresia inelului O și se proiectează matrița, aceste contracție ar trebui să fie pe deplin luate în considerare. Inelul O presat trebuie să mențină dimensiunea necesară după înmuiere în mediu de lucru timp de 5-10 zile și nopți.
Setul de compresie al materialelor pentru inele O depinde de temperatură. Când rata de deformare este de 40 la sută sau mai mare, se vor produce scurgeri, astfel încât limitele de rezistență la căldură ale mai multor materiale cauciuc sunt: cauciuc nitrilic 70 grade C, cauciuc EPDM 100 grade C, cauciuc fluor 140 grade C. Prin urmare, țările au făcut reglementări privind deformarea permanentă a inelelor O.
Pentru inelele O din același material, la aceeași temperatură, inelul O cu un diametru în secțiune transversală mai mare are un set de compresie mai mic. În petrol situația este diferită. Deoarece inelul O nu este în contact cu oxigenul în acest moment, reacțiile adverse menționate mai sus sunt mult reduse. În plus, de obicei provoacă o anumită expansiune a compusului de cauciuc, astfel încât rata de setare a compresiei cauzată de temperatură va fi compensată. Prin urmare, rezistența la căldură în ulei este mult îmbunătățită. Luând ca exemplu cauciucul nitrilic, temperatura sa de lucru poate ajunge la 120 de grade sau mai mare.