О-пръстените са най-често срещаният механичен дизайн за уплътняване поради тяхната ниска цена, просто производство, надеждна функция и прости изисквания за монтаж. Въпреки че О-пръстените са евтини, в някои специфични среди честата подмяна ще увеличи разходите за поддръжка на машината и ще повлияе на нормалната работа на оборудването. Следователно е необходимо да се разберат характеристиките на О-пръстените.
При -50 до -60 градуса гумените материали, които не са устойчиви на ниски температури, ще загубят напълно първоначалното си напрежение; дори за устойчиви на ниска температура гумени материали, първоначалното напрежение в този момент няма да бъде по-голямо от 25 процента от първоначалното напрежение при 20 градуса. Това е така, защото първоначалната компресия на О-пръстена зависи от коефициента на линейно разширение.
Неправилното проектиране и използване на О-пръстена ще ускори повредата му и ще загуби уплътнителната си способност.
Експериментите показват, че ако конструкцията на всяка част от устройството с уплътнителен пръстен е разумна, простото увеличаване на налягането няма да причини повреда на О-пръстена. При работни условия на високо налягане и висока температура, основната причина за повреда на О-пръстена е постоянната деформация на материала на О-пръстена, ухапването на празнината, причинено от притискането на О-пръстена в уплътнителната междина, и изкривяването на О-пръстена по време на движение.
Постоянна деформация Тъй като материалът от синтетичен каучук, използван за уплътнителния пръстен на О-пръстена, е вискоеластичен материал, първоначално зададената степен на компресия и капацитет на блокиране на отскока ще бъдат трайно деформирани и постепенно загубени след продължителна употреба, което в крайна сметка ще доведе до изтичане.
Постоянната деформация и загубата на еластична сила са основните причини, поради които О-пръстените губят своята уплътнителна способност. Следват основните причини за трайна деформация.
Връзката между коефициента на компресия и степента на разтягане и постоянната деформация
Различните състави на каучука, използвани за направата на О-пръстени, ще доведат до релаксация на напрежението на натиск в компресирано състояние. По това време напрежението на натиск ще намалее с увеличаването на времето. Колкото по-дълго е времето за обслужване, толкова по-голяма е степента на компресия и разтягане, толкова по-голям е спадът на напрежението, причинен от отпускането на напрежението на гумата, така че О-пръстенът да е недостатъчно еластичен и да загуби способността си за уплътняване. Поради това е препоръчително да се опитате да намалите съотношението на компресия при разрешените условия на употреба.
Увеличаването на размера на напречното сечение на О-пръстена е най-лесният начин за намаляване на степента на компресия, но това ще увеличи структурния размер. Трябва да се отбележи, че когато хората изчисляват съотношението на компресия, те често пренебрегват намаляването на височината на секцията, причинено от разтягането на О-пръстена по време на монтажа. Промяната в площта на напречното сечение на О-пръстена е обратно пропорционална на промяната в неговата обиколка. В същото време, поради ефекта на опън, формата на напречното сечение на О-пръстена също ще се промени, което се проявява като намаляване на неговата височина. Освен това, поради повърхностното напрежение, външната повърхност на О-пръстена става по-плоска, т.е. височината на сечението леко намалява. Това също е проява на релаксация на напрежението при натиск на О-пръстена.
Степента на деформация на секцията на О-пръстена също зависи от твърдостта на материала на О-пръстена. В случай на същата степен на разтягане, О-пръстенът с висока твърдост също ще има по-голямо намаляване на височината на напречното сечение. От тази гледна точка материалите с ниска твърдост трябва да се избират възможно най-много според условията на употреба. Под действието на налягането и напрежението на течността гуменият О-пръстен постепенно ще претърпи пластична деформация и височината на напречното му сечение съответно ще намалее, така че в крайна сметка ще загуби способността си за уплътняване.
Връзката между температурата и процеса на релаксация на О-пръстена
Работната температура е друг важен фактор, влияещ върху трайната деформация на О-пръстена. Високите температури ще ускорят стареенето на гумените материали.
Колкото по-висока е работната температура, толкова по-голяма е степента на компресия на О-пръстена. Когато постоянната деформация е по-голяма от 40 процента, О-пръстенът губи своята уплътнителна способност и изтича. Първоначалната стойност на напрежението, образувана в гумения материал на О-пръстена поради деформация на натиск, постепенно ще намалее и дори ще изчезне с процеса на релаксация и спадането на температурата на О-пръстена. При О-пръстени, които работят при минусови температури, тяхната първоначална компресия може да бъде намалена или напълно изчезнала поради рязък спад на температурата. При -50 до -60 градуса гумените материали, които не са устойчиви на ниски температури, ще загубят напълно първоначалното си напрежение; дори за устойчиви на ниска температура гумени материали, първоначалното напрежение в този момент няма да бъде по-голямо от 25 процента от първоначалното напрежение при 20 градуса. Това е така, защото първоначалната компресия на О-пръстена зависи от коефициента на линейно разширение. Следователно, когато се избира първоначалното компресиране, е необходимо да се гарантира, че все още има достатъчна способност за уплътняване след спадане на напрежението поради процеса на релаксация и спадане на температурата. За О-пръстени, които работят при минусови температури, трябва да се обърне специално внимание на индекса на възстановяване и индекса на деформация на гумения материал.
За да обобщим, дизайнът трябва да се опита да гарантира, че О-пръстенът има подходяща работна температура или да избере устойчиви на висока и ниска температура материали за О-пръстен, за да удължи експлоатационния живот.
Средно работно налягане и постоянна деформация Налягането на работната среда е основният фактор, причиняващ постоянната деформация на О-пръстена.
Работното налягане на модерното хидравлично оборудване се увеличава с всеки изминал ден. Дългосрочното високо налягане ще причини трайна деформация на О-пръстена. Следователно, подходящи устойчиви на натиск гумени материали трябва да бъдат избрани според работното налягане по време на проектирането. Колкото по-високо е работното налягане, толкова по-висока трябва да бъде твърдостта и устойчивостта на високо налягане на използвания материал. За да се подобри устойчивостта на натиск на материала на О-пръстена, да се увеличи еластичността на материала (особено да се увеличи еластичността на материала при ниска температура) и да се намали степента на компресия на материала, обикновено е необходимо да се подобри формулата от материала и добавете пластификатор. Въпреки това, ако О-пръстенът с пластификатор е потопен в работната среда за дълго време, пластификаторът постепенно ще се абсорбира от работната среда, което ще доведе до свиване на обема на О-пръстена и дори може да причини отрицателна компресия на О-пръстен (т.е. възниква празнина между О-пръстена и повърхността на запечатаната част).
Следователно, когато се изчислява компресията на О-пръстена и се проектира формата, тези свивания трябва да бъдат напълно взети предвид. Пресованият О-пръстен трябва да поддържа необходимия размер след накисване в работната среда за 5-10 дни и нощи.
Степента на компресия на материалите с О-пръстени зависи от температурата. Когато степента на деформация е 40 процента или по-голяма, ще възникне изтичане, така че границите на устойчивост на топлина на няколко каучукови материала са: нитрилен каучук 70 градуса C, EPDM каучук 100 градуса C, флуорен каучук 140 градуса C. Следователно, страните са направили разпоредби относно трайна деформация на О-пръстените.
За О-пръстени от същия материал, при същата температура, О-пръстенът с по-голям диаметър на напречното сечение има по-ниска компресия. При петрола ситуацията е различна. Тъй като О-пръстенът не е в контакт с кислород по това време, гореспоменатите нежелани реакции са значително намалени. В допълнение, това обикновено причинява известно разширение на каучуковата смес, така че степента на компресия, причинена от температурата, ще бъде компенсирана. Следователно устойчивостта на топлина в маслото е значително подобрена. Вземайки нитрилен каучук като пример, неговата работна температура може да достигне 120 градуса или по-висока.