Az O-gyűrű az egyik legegyszerűbb, legelterjedtebb tömítéstípus a statikus és dinamikus alkalmazások széles körében. Az O-gyűrű horonyának kialakítása viszonylag egyszerű - a horonygeometriára vonatkozó jól kidolgozott szabályok betartásával gazdaságos és megbízható tömítés érhető el. A keresztmetszet összenyomásakor az O-gyűrű hajlamos visszatérni eredeti alakjába, ez az egyik fő oka annak, hogy az O-gyűrű kiváló tömítést biztosít.
Hogyan használd az O-gyűrűt?
Egyszerűen fogalmazva, az O-gyűrűs tömítés egy elasztomer kör keresztmetszetből áll egy tervezett O-gyűrű horonyba, amely kezdeti összenyomást biztosít.
Az O-gyűrű összenyomásához szükséges erő a durométer és a keresztmetszeti átmérő eredménye. Az O-gyűrű nyúlása a keresztmetszet csökkentésével befolyásolja a tömítés összenyomását, ami csökkenti az O-gyűrű tömítési potenciálját.
Nulla vagy nagyon alacsony nyomáson a gumikeverék természetes rugalmassága biztosítja a tömítést. A tömítés teljesítménye javítható az átmérőjű összenyomás növelésével. Ez a nyomásnövekedés káros hatással lehet a nagyobb nyomású dinamikus tömítési alkalmazásokban.
Az átmérőjű szorítás súrlódási erőt hoz létre az O-gyűrű és az azt beépített helyzetben tartó horony között. A deformációra tervezett gumikeverék felfolyik az extrudálási réshez, teljesen lezárva azt a szivárgás ellen, amíg az alkalmazott nyomás elegendő ahhoz, hogy legyőzze a súrlódási erőket és az O-gyűrűt a kis extrudálási résbe deformálja (feltéve, hogy a gumi elérte nyomás alatti áramlási határ, az erő további növelése nyírás vagy extrudálás miatti tönkremenetelhez vezet).
A horony úgy van kialakítva, hogy kezdeti erőt biztosítson a tömítésre egy tengely mentén, 7-30 százalékos tartományban. Ez a nyomóerő általában merőleges az alkalmazott erőre, ami szabad térfogatot eredményez a másik tengely hornyában.
Mit csinál az O-gyűrű?
Nyomás alkalmazásakor az O-gyűrű a horony alacsony nyomású oldala felé mozdul el. A tömítési nyomás a tömítendő felületre továbbítódik, ami valójában annyival nagyobb, mint az alkalmazott folyadéknyomás a kezdeti zavaró nyomással megegyező mértékben.
Az alkalmazott nyomás növelése interferenciafeszültséget hoz létre a tömítés és az illeszkedő felületek között. Amíg ez a helyzet fennáll, az O-gyűrű továbbra is normálisan és megbízhatóan fog működni több száz font erőig, feltéve, hogy a kiválasztott O-gyűrű megfelelő méretű, és a horony megfelelő méretűre van megmunkálva.
A nyomás növekedésével a gyűrű deformációja eltúlzódik, ami végső soron a gyűrű egy részét az extrudáló résbe extrudálja. Ha az extrudálási rés túl nagy, a tömítés meghibásodik, miután teljesen kihúzták a nagy nyomásból.
A nyomás felengedésekor a gumikeverék rugalmassága azt eredményezi, hogy az O-gyűrű visszanyeri természetes alakját, és készen áll a hasonló ciklusokra.
Ezeket az anyagokat normál üzemi hőmérsékletükön gyakorlatilag lehetetlen összenyomni, és nagyon alacsony rugalmassági modulusuk van. Megváltoztathatja az alakjukat (de a térfogatukat nem), és az alkalmazott átmérőjű összenyomás megnöveli a tömítés hosszát a horonyba.
Ez a növekedés még nagyobb lesz a guminak a tömítendő folyadék hője miatti tágulásának és az anyagok összeférhetőségének köszönhetően. A hornyot megfelelően méretezni kell, hogy lehetővé tegye a gumikeverék maximális tágulását, ellenkező esetben a szerelvény nagyon nagy feszültségeket fejleszt ki.
Ha elegendő erőt alkalmazunk, az O-gyűrű az alacsony nyomású oldal felé mozdul, amíg érintkezésbe nem kerül a horony oldalával. További nyomás vagy erő deformálja az O-gyűrűt az extrudálási rés felé. Az O-gyűrű kezdetben "D" alakra deformálódik. Ez a deformáció megnöveli a felületi érintkezési felületet a kezdeti keresztmetszet 70-80 százalékával. Az O-gyűrű nagynyomású felületi érintkezési felülete nagyjából kétszerese az eredeti geometriájának nulla nyomáson.
A tömítések extrudálásának lehetősége nem korlátozódik a dinamikus alkalmazásokra.
Statikus axiális alkalmazásnál az összeszerelő csavarok nagy nyomás alatti megfeszítése eléggé kinyithatja az extrudálási rést, hogy lehetővé tegye a szivárgást.
A belső nyomáshatárokat a hézagrés és az O-gyűrű keménysége határozza meg (néhány adat a fenti ábrán látható). A gyakorlatban a rést általában egy adott gyűrűmérethez és alkalmazáshoz adják meg. Ha alacsony hőmérsékleten üzemel, szükség lehet a tömszelence mélységének csökkentésére, hogy kompenzálja a gyűrű összehúzódását, és biztosítsa a szükséges szorítást az összehúzott méretnél.
A hőmérsékleti skála másik végén tanácsos lehet kissé növelni a horony mélységét, hogy elkerüljük a gyűrű túlzott összenyomását üzemi hőmérsékleten. Ez a hatás szélsőséges hőmérsékleten jelentős lehet, mivel az elasztomerek hőtágulási együtthatója nagyobb, mint a fémeké.
Az alábbiakban egy hornyos O-gyűrűben lévő O-gyűrű kezdeti deformációja látható. A látottak alapján úgy tűnik, hogy az O-gyűrű rendszernyomást tapasztal.
