O-hringir virka sem þéttingartæki, loka í rauninni fyrir gang til að koma í veg fyrir að vökvi sleppi út eða tapi, annað hvort vökva eða gasi. O-hringur er hringlaga hringur, venjulega framleiddur úr teygjuefni, með hringlaga þversnið. Innsiglið er komið á með því að setja O-hringinn í holrúm, þekktur sem kirtill. Kirtillinn virkar til að þjappa saman O-hringnum og framkallar núllúthreinsunarástand, sem hindrar í raun flæði vökvans. Þéttingaráhrifin eru framleidd með axial eða radial þjöppun á O-hringnum. Til þess að innsigla á áreiðanlegan hátt verður að mynda samfellda "þéttingarlínu" á viðmótinu milli O-hringsins og yfirborðs kirtilsins. Tilurð þessarar "þéttilínu" er afleiðing af samsetningu kirtilhönnunar, þversniðs O-hringsins og réttrar þjöppunar á teygjuefninu. Teygjanlegir O-hringir virka ólíkt flestum efniskerfum sem verkfræðingar vinna með; það verður að aflagast verulega til að ná réttri virkni.
Notkun O-hringa veitir hönnuðum fjölbreytt úrval af þéttingarhönnunarmöguleikum. O-hringi er hægt að nota bæði í kyrrstæðum aðstæðum þar sem engin hreyfing er á milli hluta sem passa, og í kraftmiklum forritum þar sem vélarhlutarnir hreyfast miðað við annan.
Það eru þrjár grunnþéttingarhönnun notuð sem nota O-hringi: stangarþéttingu, stimplaþéttingu og andlitsþéttingu. Þegar kvenkirtill er skorinn inn í vélarhlutann þannig að O-hringurinn sé innsigli með innra þvermál með geislaþjöppun, þá er það talið stangaþétting. Þegar karlkirtill er skorinn inn í vélarhlutann þannig að O-hringurinn er ytri þvermál innsigli með geislaþjöppun, er hann flokkaður sem stimplaþétting. Þegar innsiglið notar axial þjöppun er litið á það sem andlitsþéttingu. Innan hverrar þessarar hönnunar, að teknu tilliti til bæði kyrrstæðra og kraftmikilla forrita, eru fjölmargir hönnunarmöguleikar til að hafa áhrif á besta innsiglið fyrir forritið.
Skýringarmyndir sem sýna þrjár grundvallargerðir innsiglishönnunar, byggt á stefnu þéttikrafts og stefnu kirtils.
Bilun á O-hring kemur venjulega fram sem leki á vökvanum sem var hannaður til að innsigla. Til þess að ná fullnægjandi O-hringa innsigli í upphafi, sem og viðhalda þeirri innsigli á áhrifaríkan hátt yfir viðunandi endingartíma, er mikilvægt að:
Fylgdu réttum kirtlahönnunarreglum sem gera ráð fyrir réttri tilfærslu undir þjöppun og viðeigandi umburðarlyndi.
Notaðu O-hring í réttri stærð fyrir notkun og hönnun.
Veldu viðeigandi O-hringa efni byggt á væntanlegum vélrænni, hitauppstreymi og efnafræðilegri útsetningu.
Framkvæma forframleiðslu eftirlíkingu og raunverulegar prófanir til að sannreyna frammistöðu.
Fylgdu viðurkenndum samsetningaraðferðum við uppsetningu O-hringsins.
Bilunarstillingar
Almennt séð eru O-hringaþéttingar taldar sérstaklega áreiðanlegar vegna einfaldleika O-hringsins/kirtilhönnunarinnar og alls efnisþols. Hins vegar getur bilun átt sér stað við ýmsar aðstæður. Bilun í O-hring getur verið allt frá minniháttar leka til skelfilegrar bilunar í búnaði. Óháð stærðargráðu er hægt að greina bilun í O-hring með réttum sjón- og greiningaraðferðum. Algengar bilunarhamir í O-hring eru:
Sýning á sprengifimu þjöppun í O-hring úr gúmmíi.
Of mikið þjöppunarsett
Sprengiefnisþjöppun
Uppsetningarskemmdir
Núningi
Spiral snúningur
Varma niðurbrot
Efnafræðileg áhrif
Yfir þjöppun
Þegar O-hringur bilar ótímabært er það venjulega afleiðing af samsetningu þátta og ekki hægt að rekja til einni orsök. Eins og með allar bilanir eru þættir sem stjórna frammistöðu. Sérstaklega fyrir O-hringa, það eru nokkur hugsanleg vandamál undir hverjum þessara þátta:
Hönnun: Ófullnægjandi kirtilhönnun og óviðeigandi stærð O-hringur.
Efni: Lélegt val á O-hringum byggt á væntanlegum þjónustuskilyrðum.
Framleiðsla: O-hring gúmmí undirherð, ótímabær lækning, óhófleg skillína, efnishol eða innfellingar.
Samsetning: Innsetning sem leiðir til þess að O-hringur snúist eða rifnar.
Þjónustuskilyrði: Óhófleg hitauppstreymi, mikil álag eða þrýstingur, óvænt útsetning fyrir árásargjarnum efnafræðilegum efnum.
Það eru nokkrir lykileiginleikar sem hafa veruleg áhrif á frammistöðu O-hringa innsigli. Gæði skammtímaþéttingareiginleika og langtíma endingu og forðast bilun O-hringakerfis eru byggð á þessum þáttum.
Teygja
Til að tryggja skilvirka innsigli verður innra þvermál O-hringsins að vera minna en þvermál mótunarhlutans, þannig að O-hringurinn sé örlítið teygður og passi vel. Teygingin ætti að vera á milli 1% og 5%, með 2% til 3% sem tilvalið í flestum notkun. Þegar O-hringur er teygður minnkar þversnið hans og fletjast út. Ekki er mælt með samsettri teygju sem er meiri en 5% vegna þess að innra álag á O-hringnum veldur hraðari öldrun og styttir endingu flestra O-hringaefna. Á hinn bóginn mun ófullnægjandi teygja leiða til lausrar passa og auka líkur á leka.
Kreista
Kreisting O-hrings er skilgreind sem samþjöppunarminnkun á þversniðsþykkt sem afleiðing af sveigju af völdum kirtilstillingar. Tilhneiging O-hrings til að reyna að fara aftur í upprunalega óþjappaða lögun þegar þversniðið er beygt, er grunnástæðan fyrir því að O-hringir gera svo frábærar þéttingar. Vegna þessa er kreisting aðalatriði í hönnun O-hringa innsigli. Kreistingin ræðst af rúmfræði kirtilsins og þversniði O-hringsins. Þetta táknar þversnið þversniðsþjöppun O-hringsins á milli yfirborðs grópbotnsins og yfirborðs hins tengda hluta kirtilsamstæðunnar.
Þegar það er notað sem kyrrstöðuþétting er hámarksþunga sem mælt er með fyrir flestar teygjur 30%. Það er hætta á að kreista meira en 30% þar sem aukaálagið sem stafar af getur stuðlað að ótímabæra rýrnun innsigli. Lágmarkspressa fyrir allar innsigli, óháð þversniði, ætti að vera um 0,2 mm. Ófullnægjandi kreisti getur valdið leka á O-hringjum, þannig að flest forrit geta ekki skilað viðunandi árangri við "nei" eða "núll" kreisti.
Kirtilfylling
Kirtlafylling er hlutfallið af rúmmáli kirtilsins sem þversnið O-hrings færist til þegar hann er lokaður inni í kirtlinum í uppsettu ástandi. Saman ræður þversnið O-hringsins og stærð kirtilsins fyllingu kirtilsins. Flestar O-hringþéttingar krefjast kirtilfyllingar sem er á bilinu 60% til 85% af tiltæku rúmmáli, þar sem ákjósanlegasta fyllingin er venjulega 75%, sem táknar 25% tómarúms. Nauðsynlegt er að leyfa að minnsta kosti 10% tóm í hvaða teygjuþéttikirtla sem er. Þetta tryggir að O-hringurinn verði ekki of mikið álagður og mun laga sig að þeirri lögun sem þarf til að búa til innsigli.
Yfirborðsfrágangur
Almennt er mælt með því að yfirborðsgrófleiki sé ekki meiri en 32 míkrótommu (32 rms) á þéttingarflötum fyrir kyrrstöðuþéttingar. Þetta myndi þýða yfirborð innra hluta kirtilsins. Einnig mikilvægt er tegund grófleika og tilvist stöðugra óreglu. Rifur og hryggir sem skera þvert á O-hringinn geta valdið lekaleið þar sem O-hringurinn gæti ekki farið nægilega í gegn og þétti þessar ójöfnur á yfirborðinu.
Samkoma
Samsetningin verður að fara fram með mikilli varkárni þannig að O-hringurinn sé rétt settur í grópinn og skemmist ekki þar sem kirtillinn er lokaður. Einn mikilvægur þáttur í þessu er stækkun innra þvermáls sem þarf til að ná í grópinn meðan á samsetningu stendur. Þessi stækkun ætti ekki að fara yfir 50% af endanlegri lengingu valinna O-hring gúmmíblöndunnar.
Einnig er mikilvægt að O-hringurinn sé ekki snúinn við samsetningu. Þetta getur valdið of miklu álagi á O-hring teygju. Ennfremur ætti aldrei að þvinga O-hringina yfir óvarin skörp horn, þræði, raufar, splines, port eða aðrar skarpar brúnir. Lokun kirtlasamstæðunnar ætti ekki að leiða til þess að O-hringurinn klemmast við hornin í grópunum. Lokun kirtla ætti að nást með beinni lengdarhreyfingu. Snúnings- eða sveifluhreyfing er óæskileg þar sem það getur valdið því að innsiglið kekkist, misjöfnun og klemmd eða klipping.
O-hringur efni
Við val á O-hring efni er mikilvægt að huga að nokkrum þáttum, fyrst og fremst beittum þrýstingi, hitastigi sem innsiglið mun starfa á og efnavökvanum sem á að innsigla. Venjulega getur verið erfitt að jafna þær fjölmörgu kröfur sem gerðar eru til O-hringsins og leitt til málamiðlunar sem hentar best. Flest efnin sem notuð eru til notkunar á O-hringum eru teygjanleg, þar sem hitastillt gúmmíblöndur og hitaþjálu teygjur byggðar á blokksamfjölliðum eru algengastar. Einn af kostunum við að hanna með O-hringjum er að hægt er að framleiða þá úr fjölbreyttu úrvali af teygjuefnum til að veita virkt og endingargott þéttikerfi. Oft líta kerfishönnuðir framhjá fjölda og fjölbreytni efnisvalsskilyrða, sem getur leitt til ótímabæra bilunar. Við val á viðeigandi O-hring efni verður að huga að eftirfarandi sjónarmiðum og eiginleikum efnisins:
Efnasamhæfi
Hitaþol og niðurbrot
Seiglu við kalt hitastig
Slitþol og slitþol
Þjöppunar- og spennusett
Stress slökun
Tárþol
Varmaþenslustuðull
Þjöppunarhæfni og þjöppunarstuðull
Of oft er val á O-hringa efni byggt á hörku einni saman, sem getur verið léleg spá fyrir skammtíma- og langtíma vélræna eiginleika teygjuefnis.
Annað svæði sem gæti verið áhyggjuefni er þegar O-hringir eru notaðir í tengslum við plastíhluti. Teygjanleg efni, sérstaklega gúmmí, eru oft samsett með verulegu magni af mýkiefni og olíu. Slíkar olíur, sérstaklega ester-undirstaða olíur, þ.mt þalöt, adipöt, trimellitat, geta virkað sem árásargjarn umhverfisálagssprunga (ESC) efni.
O-hring gæði
Gæði O-hringsins munu hafa tiltölulega mikil áhrif á heildarframmistöðu þéttikerfisins. Þetta felur í sér rétta blöndun gúmmíblöndunnar og stöðuga mótun O-hringsins. Gúmmíeiginleikar, eins og þjöppunarsett, stuðull, hörku og togstyrkur, verða allir fyrir beinum áhrifum af blöndun og mótunaraðgerðum. Mikilvægt er að gott samræmi náist. Að auki eru ráðleggingar um ásættanlegt magn flass við skillínuna. Þetta er venjulega 0.005 tommur á breidd og 0,003 tommur á hæð. Að auki ætti O-hringurinn að sýna hámarks sérvitring 0,05 mm.
Niðurstaða
O-hringir geta talist vera gömul tækni hvað varðar hönnun og framleiðslu á íhlutum og samsetningum. Hönnun þeirra og virkni er tiltölulega einföld og þau hafa verið notuð sem innsigli síðan snemma á 19. öld. Hins vegar er það einfaldleiki þeirra sem skýrir skilvirkan hátt sem þeir virka í þéttingarforritum. Með þeim umtalsverðu breytingum sem hafa átt sér stað í verkfræði, hönnun og framleiðslu á undanförnum 120 árum hafa O-hringir í meginatriðum haldist óbreyttir að formi og virkni. O-hringir hafa verið og eru enn einföld, en áhrifarík og fjölhæf þéttilausn.