O-Ringe sind aufgrund ihres günstigen Preises, der einfachen Herstellung, der zuverlässigen Funktion und der einfachen Installationsanforderungen die gebräuchlichste mechanische Konstruktion zum Abdichten. Obwohl O-Ringe billig sind, erhöht ein häufiger Austausch in bestimmten Umgebungen die Wartungskosten der Maschine und beeinträchtigt den normalen Betrieb der Ausrüstung. Daher ist es notwendig, die Eigenschaften von O-Ringen zu verstehen.
Bei -50 bis -60 Grad verlieren Gummimaterialien, die nicht kältebeständig sind, vollständig ihre Anfangsspannung; Selbst für bei niedrigen Temperaturen beständige Gummimaterialien beträgt die Anfangsspannung zu diesem Zeitpunkt nicht mehr als 25 Prozent der Anfangsspannung bei 20 Grad. Denn die anfängliche Kompression des O-Rings hängt vom linearen Ausdehnungskoeffizienten ab.
Unsachgemäßes Design und Verwendung des O-Rings beschleunigen seine Beschädigung und verlieren seine Dichtleistung.
Experimente haben gezeigt, dass, wenn die Konstruktion jedes Teils der Dichtungsringvorrichtung vernünftig ist, eine einfache Erhöhung des Drucks keine Beschädigung des O-Rings verursacht. Unter den Arbeitsbedingungen mit hohem Druck und hoher Temperatur ist die Hauptursache für Schäden an O-Ringen die dauerhafte Verformung des O-Ring-Materials, der Spaltbiss, der durch das Einpressen des O-Rings in den Dichtspalt verursacht wird, und die Verformung von des O-Rings während der Bewegung.
Dauerhafte Verformung Da das für den O-Ring-Dichtungsring verwendete synthetische Gummimaterial ein viskoelastisches Material ist, werden die anfänglich eingestellte Kompressionsmenge und die Rückprallsperrkapazität dauerhaft verformt und gehen nach längerem Gebrauch allmählich verloren, was schließlich zu Undichtigkeiten führt.
Bleibende Verformung und Verlust der Federkraft sind die Hauptgründe, warum O-Ringe ihre Dichtleistung verlieren. Im Folgenden sind die Hauptgründe für bleibende Verformungen aufgeführt.
Die Beziehung zwischen Kompressionsverhältnis und Dehnungsbetrag und bleibender Verformung
Die verschiedenen Gummiformulierungen, die zur Herstellung von O-Ringen verwendet werden, erzeugen im komprimierten Zustand eine Druckspannungsrelaxation. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Druckspannung mit zunehmender Zeit ab. Je länger die Standzeit, je größer die Stauchrate und Dehnung, desto größer ist der Spannungsabfall durch das Nachlassen der Gummispannung, so dass der O-Ring nicht ausreichend elastisch ist und seine Dichtfähigkeit verliert. Daher ist es ratsam, zu versuchen, das Kompressionsverhältnis unter den zulässigen Einsatzbedingungen zu reduzieren.
Eine Vergrößerung des Querschnitts des O-Rings ist der einfachste Weg, das Kompressionsverhältnis zu verringern, aber dies erhöht die Baugröße. Es ist zu beachten, dass bei der Berechnung des Kompressionsverhältnisses häufig die Verringerung der Querschnittshöhe ignoriert wird, die durch die Dehnung des O-Rings während der Montage verursacht wird. Die Änderung der Querschnittsfläche eines O-Rings ist umgekehrt proportional zur Änderung seines Umfangs. Gleichzeitig ändert sich durch die Spannungseinwirkung auch die Querschnittsform des O-Rings, was sich in einer Abnahme seiner Höhe bemerkbar macht. Außerdem wird durch die Oberflächenspannung die Außenfläche des O-Rings flacher, dh die Schnitthöhe nimmt etwas ab. Dies ist auch eine Manifestation der Entspannung der Kompressionsspannung des O-Rings.
Der Verformungsgrad des O-Ring-Abschnitts hängt auch von der Härte des O-Ring-Materials ab. Bei gleichem Dehnungsbetrag wird der O-Ring mit hoher Härte auch eine stärkere Reduzierung der Querschnittshöhe aufweisen. Unter diesem Gesichtspunkt sollten entsprechend den Einsatzbedingungen möglichst Materialien mit geringer Härte ausgewählt werden. Unter der Einwirkung von Flüssigkeitsdruck und -spannung wird der Gummi-O-Ring allmählich plastisch verformt, und seine Querschnittshöhe nimmt entsprechend ab, so dass er schließlich seine Dichtfähigkeit verliert.
Die Beziehung zwischen Temperatur und O-Ring-Relaxationsprozess
Die Betriebstemperatur ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die bleibende Verformung des O-Rings beeinflusst. Hohe Temperaturen beschleunigen die Alterung von Gummimaterialien.
Je höher die Betriebstemperatur, desto größer der Druckverformungsrest des O-Rings. Wenn die bleibende Verformung größer als 40 Prozent ist, verliert der O-Ring seine Dichtfähigkeit und wird undicht. Der anfängliche Spannungswert, der im Gummimaterial des O-Rings aufgrund von Druckverformung gebildet wird, nimmt allmählich ab und verschwindet sogar mit dem Entspannungsprozess und dem Temperaturabfall des O-Rings. Bei O-Ringen, die bei Minustemperaturen arbeiten, kann ihre anfängliche Kompression aufgrund eines starken Temperaturabfalls reduziert werden oder vollständig verschwinden. Bei -50 bis -60 Grad verlieren Gummimaterialien, die nicht kältebeständig sind, ihre Anfangsspannung vollständig; Selbst für bei niedrigen Temperaturen beständige Gummimaterialien beträgt die Anfangsspannung zu diesem Zeitpunkt nicht mehr als 25 Prozent der Anfangsspannung bei 20 Grad. Denn die anfängliche Kompression des O-Rings hängt vom linearen Ausdehnungskoeffizienten ab. Daher ist bei der Wahl der Vorpressung darauf zu achten, dass nach dem Spannungsabfall durch Relaxationsprozess und Temperaturabfall noch eine ausreichende Dichtfähigkeit gegeben ist. Bei O-Ringen, die bei Minustemperaturen arbeiten, sollte besonderes Augenmerk auf den Erholungsindex und den Verformungsindex des Gummimaterials gelegt werden.
Zusammenfassend sollte das Design versuchen, sicherzustellen, dass der O-Ring eine geeignete Arbeitstemperatur hat, oder hoch- und tieftemperaturbeständige O-Ring-Materialien wählen, um die Lebensdauer zu verlängern.
Mittlerer Arbeitsdruck und bleibende Verformung Der Druck des Arbeitsmediums ist der Hauptfaktor, der die bleibende Verformung des O-Rings verursacht.
Der Arbeitsdruck moderner hydraulischer Geräte steigt von Tag zu Tag. Dauerhafter hoher Druck führt zu bleibender Verformung des O-Rings. Daher sollten bei der Konstruktion entsprechend dem Betriebsdruck geeignete druckfeste Gummimaterialien ausgewählt werden. Je höher der Arbeitsdruck, desto höher sollte die Härte und Druckfestigkeit des verwendeten Materials sein. Um die Druckfestigkeit des O-Ring-Materials zu verbessern, die Elastizität des Materials zu erhöhen (insbesondere die Elastizität des Materials bei niedriger Temperatur zu erhöhen) und den Druckverformungsrest des Materials zu verringern, ist es im Allgemeinen notwendig, die Formel zu verbessern des Materials und fügen einen Weichmacher hinzu. Wenn der O-Ring mit Weichmacher jedoch längere Zeit in das Arbeitsmedium eingetaucht ist, wird der Weichmacher allmählich vom Arbeitsmedium absorbiert, wodurch das Volumen des O-Rings schrumpft und möglicherweise sogar eine negative Kompression des O-Rings verursacht O-Ring (dh es entsteht ein Spalt zwischen dem O-Ring und der Oberfläche des abgedichteten Teils).
Daher sollten diese Schrumpfungen bei der Berechnung der Kompression des O-Rings und der Formgebung vollständig berücksichtigt werden. Der gepresste O-Ring sollte die erforderliche Größe behalten, nachdem er 5-10 Tage und Nächte im Arbeitsmedium eingeweicht wurde.
Der Druckverformungsrest von O-Ring-Werkstoffen ist temperaturabhängig. Wenn die Verformungsrate 40 Prozent oder mehr beträgt, tritt Leckage auf, daher sind die Wärmebeständigkeitsgrenzen verschiedener Gummimaterialien: Nitrilkautschuk 70 Grad C, EPDM-Gummi 100 Grad C, Fluorkautschuk 140 Grad C. Daher haben die Länder Vorschriften erlassen die bleibende Verformung von O-Ringen.
Bei O-Ringen aus gleichem Material hat bei gleicher Temperatur der O-Ring mit größerem Querschnittsdurchmesser einen geringeren Druckverformungsrest. Beim Öl ist die Situation anders. Da der O-Ring zu diesem Zeitpunkt nicht in Kontakt mit Sauerstoff ist, werden die oben erwähnten nachteiligen Reaktionen stark reduziert. Außerdem bewirkt es in der Regel eine gewisse Ausdehnung der Gummimischung, wodurch der temperaturbedingte Druckverformungsrest ausgeglichen wird. Daher wird die Hitzebeständigkeit in Öl stark verbessert. Am Beispiel von Nitrilkautschuk kann seine Arbeitstemperatur 120 Grad oder mehr erreichen.