O-rõngad toimivad tihendusvahendina, sulgedes sisuliselt läbipääsu, et vältida vedeliku, kas vedeliku või gaasi väljapääsu või kadu. O-rõngas on ringikujuline rõngas, mis on tavaliselt valmistatud elastomeersest materjalist ja millel on ümmargune ristlõige. Tihend luuakse, asetades O-rõnga õõnsusse, mida nimetatakse näärmeks. Nääre surub O-rõnga kokku ja loob nullkliirensi, mis blokeerib tõhusalt vedeliku voolu. Tihendusefekt saavutatakse O-rõnga aksiaalse või radiaalse kokkusurumise teel. Usaldusväärseks tihendamiseks tuleb O-rõnga ja tihendi pinna liidesesse moodustada pidev "tihendusjoon". Selle "tihendijoone" loomine on tihniku konstruktsiooni, O-rõnga ristlõike ja elastomeerse materjali õige kokkusurumistaseme kombinatsiooni tulemus. Elastomeersed O-rõngad toimivad erinevalt enamikust materjalisüsteemidest, millega insenerid töötavad; nõuetekohase toimimise saavutamiseks peab see oluliselt deformeeruma.
O-rõngaste kasutamine pakub disaineritele laias valikus tihendusdisaini võimalusi. O-rõngaid saab kasutada nii staatilistes olukordades, kus vastasosade vahel puudub liikumine, kui ka dünaamilistes rakendustes, kus masinaosad liiguvad üksteise suhtes.
Kasutatakse kolme peamist tihendit, mis kasutavad O-rõngaid: varda tihend, kolvi tihend ja näotihend. Kui masinaosa sisemusse lõigatakse emasnääre nii, et O-rõngas on sisemise läbimõõduga tihend, kasutades radiaalset kokkusurumist, loetakse seda varda tihendiks. Kui masinaosa sisemusse lõigatakse isane nääre nii, et O-rõngas on radiaalset kokkusurumist kasutav välisläbimõõduga tihend, liigitatakse see kolvi tihendiks. Kui tihend kasutab aksiaalset survet, peetakse seda näotihendiks. Arvestades nii staatilisi kui ka dünaamilisi rakendusi, on igas sellises konstruktsioonis arvukalt disainialternatiive, mis mõjutavad rakenduse optimaalset tihendit.
Skeemid, mis näitavad kolme põhitüüpi tihendi konstruktsiooni, mis põhinevad tihendusjõu suunal ja tihendi orientatsioonil.
O-rõnga rike väljendub tavaliselt tihendamiseks mõeldud vedeliku lekkimisena. Piisava O-rõngastihendi saavutamiseks ja selle tõhusaks säilitamiseks rahuldava kasutusea jooksul on oluline:
Järgige õigeid nääre konstruktsiooni põhimõtteid, mis võimaldavad õiget nihkumist kokkusurumisel ja sobivat tolerantsi.
Kasutage rakenduse ja disaini jaoks sobiva suurusega O-rõngast.
Valige sobiv O-rõnga materjal eeldatava mehaanilise, termilise ja keemilise kokkupuute põhjal.
Toimivuse kontrollimiseks tehke tootmiseelne simulatsioon ja tegelik testimine.
O-rõnga paigaldamisel järgige aktsepteeritud monteerimistavasid.
Rikkerežiimid
Üldiselt peetakse O-rõngastihendeid eriti töökindlaks tänu O-rõnga/tihendi konstruktsiooni lihtsusele ja materjali üldisele vastupidavusele. Siiski võib mitmel juhul tekkida rike. O-rõnga rike võib ulatuda väikesest lekkest kuni seadme katastroofilise rikkeni. Olenemata suurusest saab O-rõnga rikke diagnoosida õigete visuaalsete ja analüütiliste tehnikate abil. Levinud O-rõnga rikkerežiimid on järgmised:
Plahvatusohtliku dekompressiooni kujutis kummist O-rõngas.
Liigne tihenduskomplekt
Plahvatuslik dekompressioon
Paigalduskahjustused
Hõõrdumine
Spiraalne keerdumine
Termiline lagunemine
Keemilised mõjud
Ülekompressioon
Kui O-rõngas puruneb enneaegselt, on see tavaliselt mitme tegurite kombinatsiooni tagajärg ja see ei ole tingitud ühest põhjusest. Nagu iga ebaõnnestumise puhul, on toimivust määravad tegurid. O-rõngaste puhul on iga järgmise teguri puhul mitmeid võimalikke probleeme:
Disain: ebapiisav tihendi konstruktsioon ja vale suurusega O-rõngas.
Materjal: halb O-rõnga materjali valik, mis põhineb eeldatavatel teenindustingimustel.
Tootmine: O-rõnga kummi allkõvendamine, enneaegne kõvenemine, liigne eraldusjoon, materjali tühimikud või kandmised.
Kokkupanek: sisestamine, mille tulemuseks on O-rõnga väänamine või rebenemine.
Hooldustingimused: liigne termiline kokkupuude, äärmuslik rakendatud stress või surve, ootamatu kokkupuude agressiivsete keemiliste ainetega.
On mitmeid olulisi atribuute, mis mõjutavad oluliselt O-rõngastihendi rakenduse toimimist. O-rõngaste süsteemi lühiajaliste tihendusomaduste kvaliteet ning pikaajaline vastupidavus ja rikete vältimine põhineb neil elementidel.
Venitada
Tõhusa tihendi tagamiseks peab O-rõnga siseläbimõõt olema väiksem kui vastaskomponendi läbimõõt, et O-rõngas oleks veidi venitatud ja sobiks tihedalt. Venitus peaks olema vahemikus 1% kuni 5%, kusjuures enamiku rakenduste puhul on ideaalne 2% kuni 3%. O-rõnga venitamisel väheneb selle ristlõige ja see tasaneb. Üle 5% kokkupandud venitus ei ole soovitatav, kuna sisemine pinge O-rõngale põhjustab kiiremat vananemist ja lühendab enamiku O-rõnga materjalide eluiga. Teisest küljest põhjustab ebapiisav venitus lõtvumist ja suurendab lekke tõenäosust.
Pigista
O-rõnga kokkusurumine on määratletud kui ristlõike paksuse kokkusurutav vähenemine, mis on tingitud läbipaindest, mis on põhjustatud tihendi konfiguratsioonist. O-rõnga kalduvus püüda ristlõike kõrvalekaldumisel taastada oma algset kokkusurumata kuju, on peamine põhjus, miks O-rõngad teevad nii suurepäraseid tihendeid. Seetõttu on tihend O-rõngastihendi konstruktsioonis olulise tähtsusega. Pigistuse määrab nääre geomeetria ja O-rõnga ristlõige. See kujutab O-rõnga ristlõike diametraalset kokkusurumist soone põhja pinna ja tihendikoostu teise ühendusosa pinna vahel.
Staatilise tihendusena kasutamisel on enamiku elastomeeride maksimaalne soovitatav kokkusurumine 30%. Rohkem kui 30% pigistamisel on oht, kuna tekitatud lisapinge võib kaasa aidata tihendi enneaegsele riknemisele. Kõikide tihendite minimaalne surve, olenemata ristlõikest, peaks olema umbes 0,2 mm. Ebapiisav pigistamine võib põhjustada O-rõnga lekke, nii et enamik rakendusi ei tööta vastuvõetavalt pigistamise tingimustes "ei" või "null".
Nääre täitmine
Tihendi täituvus on protsent tihendi mahust, mida O-rõnga ristlõige nihutab, kui see on paigaldatud olekus tihendi sees. O-rõnga ristlõige ja nääre suurus koos määravad näärme täidise. Enamik O-rõngastihendi rakendusi nõuab 60% kuni 85% täitetoru täitmist saadaolevast mahust, kusjuures optimaalne täitmine on tavaliselt 75%, mis tähendab 25% tühimikku. Igas elastomeerist tihendis on oluline jätta vähemalt 10% tühimik. See tagab, et O-rõngast ei pingutata üle ja see vastab tihendi loomiseks vajalikule kujule.
Pinna viimistlus
Üldiselt on soovitatav, et staatiliste tihendite tihenduspindade pinna kareduse väärtus ei ületaks 32 mikrotolli (32 ruutkeskmist). See tähendaks näärme sisepinda. Samuti on oluline kareduse tüüp ja pidevate ebakorrapärasuste olemasolu. O-rõngast läbilõikavad kriimustused ja servad võivad põhjustada lekketee, kuna O-rõngas ei pruugi neid pinna ebakorrapärasusi piisavalt läbi tungida ega tihendada.
Kokkupanek
Paigaldamine peab toimuma väga ettevaatlikult, et O-rõngas oleks korralikult soonde asetatud ega saaks kahjustada, kui tihendikoost on suletud. Selle üheks oluliseks aspektiks on sisediameetri laienemine, mis on vajalik monteerimise ajal sooneni jõudmiseks. See paisumine ei tohiks ületada 50% valitud O-rõnga kummisegu lõplikust pikenemisest.
Samuti on oluline, et O-rõngas ei oleks kokkupanemise ajal väänatud. See võib tekitada O-rõnga elastomeerile liigset pinget. Lisaks ei tohi O-rõngaid kunagi suruda üle kaitsmata teravate nurkade, keermete, pilude, splainide, portide või muude teravate servade. Tihendisõlme sulgemine ei tohiks põhjustada O-rõnga muljumist soone nurkades. Nääre sulgemine peaks toimuma sirge pikisuunalise liikumisega. Pöörlev või võnkuv liikumine on ebasoovitav, kuna see võib põhjustada tihendi kimbumist, nihkumist ja muljumist või lõikamist.
O-rõnga materjal
O-rõnga materjali valimisel on oluline arvesse võtta mitmeid tegureid, eelkõige rakendatavat rõhku, temperatuurivahemikku, milles tihend töötab, ja tihendatavat keemilist vedelikku. Tavaliselt võib O-rõngale seatud arvukate nõuete tasakaalustamine olla keeruline ja tulemuseks on parimal juhul kompromiss. Enamik O-rõngaste rakendustes kasutatavaid materjale on elastomeersed, kusjuures kõige levinumad on termoreaktiivsed kummisegud ja plokk-kopolümeeridel põhinevad termoplastsed elastomeerid. Üks O-rõngastega disainimise eeliseid on see, et neid saab valmistada paljudest elastomeersetest materjalidest, et tagada funktsionaalne ja vastupidav tihendussüsteem. Sageli jätavad süsteemidisainerid tähelepanuta materjalide valikukriteeriumide arvu ja mitmekesisuse, mis võib viia enneaegse rikkeni. Õige O-rõnga materjali valimisel tuleb tähelepanu pöörata järgmistele kaalutlustele ja materjali omadustele:
Keemiline ühilduvus
Soojustakistus ja lagunemine
Vastupidavus külmale temperatuurile
Kulumis- ja kulumiskindlus
Kompressiooni- ja pingutuskomplekt
Stressi leevendamine
Rebenemiskindlus
Soojuspaisumise koefitsient
Kokkusurutavus ja tihendusmoodul
Liiga sageli tehakse O-rõnga materjali valik ainult duromeetri kõvaduse põhjal, mis võib halvasti ennustada elastomeerse materjali lühi- ja pikaajalisi mehaanilisi omadusi.
Teine võimalik probleem on see, kui O-rõngaid kasutatakse koos plastkomponentidega. Elastomeersed materjalid, eriti kummid, on sageli segatud märkimisväärse koguse plastifikaatori ja õliga. Sellised õlid, eriti estripõhised õlid, sealhulgas ftalaadid, adipaadid, trimellitaadid, võivad toimida agressiivse keskkonnastressi pragunemise (ESC) ainetena.
O-rõnga kvaliteet
O-rõnga kvaliteet avaldab tihendussüsteemi üldisele toimimisele suhteliselt suurt mõju. See hõlmab kummisegu nõuetekohast segamist ja O-rõnga ühtlast vormimist. Segamis- ja vormimistoimingud mõjutavad otseselt kummi omadusi, nagu survekomplekt, moodul, kõvadus ja tõmbetugevus. Oluline on saavutada hea järjepidevus. Lisaks on soovitused lubatud välgu taseme kohta lahkumisjoonel. Tavaliselt on see 0.005 tolli lai ja 0,003 tolli pikk. Lisaks peaks O-rõnga maksimaalne ekstsentrilisus olema 0,05 mm.
Järeldus
O-rõngaid võib komponentide ja koostude projekteerimisel ja valmistamisel pidada vanaks tehnoloogiaks. Nende disain ja funktsioon on suhteliselt lihtsad ning pitsatidena on neid kasutatud alates 19. sajandi algusest. Siiski on nende lihtsus põhjuseks, kuidas need tihendusrakendustes tõhusalt toimivad. Viimase 120 aasta jooksul inseneritöös, disainis ja tootmises toimunud oluliste muudatustega on O-rõngaste kuju ja funktsioon sisuliselt muutumatuks jäänud. O-rõngad on olnud ja jäävad lihtsaks, kuid tõhusaks ja mitmekülgseks tihenduslahenduseks.