حلقه های اورینگ به عنوان وسیله ای برای آب بندی عمل می کنند و اساساً یک گذرگاه را می بندند تا از خروج یا از بین رفتن مایع، اعم از مایع یا گاز جلوگیری شود. O-ring یک حلقه دایره ای است که معمولاً از یک ماده الاستومری با سطح مقطع دایره ای ساخته می شود. مهر و موم با قرار دادن حلقه O در یک حفره، به نام غده ایجاد می شود. این غده برای فشرده سازی حلقه O عمل می کند و یک حالت پاکسازی صفر ایجاد می کند که به طور موثر جریان مایع را مسدود می کند. اثر آب بندی از طریق فشرده سازی محوری یا شعاعی O-ring ایجاد می شود. به منظور آب بندی قابل اطمینان، یک "خط مهر و موم" پیوسته باید در سطح مشترک بین حلقه O و سطح غده جفت گیری تشکیل شود. ایجاد این "خط مهر و موم" نتیجه ترکیبی از طراحی غده، سطح مقطع O-ring و سطح مناسب فشرده سازی مواد الاستومری است. حلقه های O الاستومری برخلاف اکثر سیستم های موادی که مهندسان با آنها کار می کنند عمل می کنند. برای دستیابی به عملکرد مناسب باید به طور قابل توجهی تغییر شکل دهد.
استفاده از O-rings طیف گسترده ای از گزینه های طراحی آب بندی را در اختیار طراحان قرار می دهد. حلقههای اورینگ را میتوان هم در موقعیتهای استاتیکی که در آن هیچ حرکتی بین قطعات جفتگیری وجود ندارد و هم در کاربردهای دینامیکی که قطعات ماشین نسبت به یکدیگر حرکت میکنند، استفاده کرد.
سه طرح اصلی آب بندی وجود دارد که از حلقه های O استفاده می کنند: آب بند میله ای، مهر و موم پیستون و مهر و موم صورت. هنگامی که یک غده ماده در قسمت داخلی دستگاه بریده می شود به طوری که حلقه O با استفاده از فشرده سازی شعاعی یک مهر و موم قطر داخلی باشد، آن را یک مهر و موم میله در نظر می گیرند. هنگامی که یک غده نر در قسمت داخلی دستگاه بریده می شود به طوری که حلقه O با استفاده از فشرده سازی شعاعی یک مهر و موم قطر بیرونی باشد، به عنوان مهر و موم پیستونی طبقه بندی می شود. هنگامی که مهر و موم از فشرده سازی محوری استفاده می کند، به عنوان مهر و موم صورت در نظر گرفته می شود. در هر یک از این طرحها، با در نظر گرفتن کاربردهای استاتیک و دینامیکی، جایگزینهای طراحی متعددی برای تأثیرگذاری بر مهر و موم بهینه برای کاربرد وجود دارد.
شماتیک هایی که سه نوع اساسی طراحی مهر و موم را بر اساس جهت نیروی آب بندی و جهت گیری غده نشان می دهد.
خرابی O-ring معمولاً به صورت نشت مایعی که برای آب بندی طراحی شده است ظاهر می شود. به منظور دستیابی به یک مهر و موم O-ring کافی در ابتدا و همچنین حفظ آن مهر و موم به طور موثر در طول عمر مفید رضایت بخش، مهم است:
از اصول طراحی غده مناسب پیروی کنید که امکان جابجایی مناسب تحت فشار و تحمل مناسب را فراهم می کند.
از حلقه O با اندازه مناسب برای برنامه و طراحی استفاده کنید.
مواد O-ring مناسب را بر اساس قرار گرفتن در معرض مکانیکی، حرارتی و شیمیایی پیش بینی شده انتخاب کنید.
شبیه سازی قبل از تولید و آزمایش واقعی را برای تأیید عملکرد انجام دهید.
روش های مونتاژ پذیرفته شده را برای نصب O-ring دنبال کنید.
حالت های شکست
به طور کلی، مهر و موم های O-ring به دلیل سادگی طراحی O-ring/Gland و انعطاف پذیری کلی مواد، قابل اعتماد هستند. با این حال، تحت تعدادی از شرایط شکست ممکن است رخ دهد. خرابی اورینگ می تواند از نشتی جزئی تا خرابی تجهیزات فاجعه بار باشد. صرف نظر از بزرگی، شکست O-ring را می توان از طریق تکنیک های بصری و تحلیلی مناسب تشخیص داد. حالت های رایج شکست O-ring عبارتند از:
نمایش فشار زدایی مواد منفجره در یک حلقه O لاستیک.
مجموعه فشرده سازی بیش از حد
رفع فشار انفجاری
آسیب نصب
سایش
پیچش مارپیچ
تخریب حرارتی
اثرات شیمیایی
فشرده سازی بیش از حد
هنگامی که O-ring به طور پیش از موعد از کار می افتد، معمولاً نتیجه ترکیبی از عوامل است و به یک علت منتسب نمی شود. مانند هر شکست دیگری، عواملی وجود دارند که بر عملکرد حاکم هستند. مخصوص حلقه های O، تعدادی از مشکلات احتمالی تحت هر یک از این عوامل وجود دارد:
طراحی: طراحی ناکافی غده و O-ring با اندازه نامناسب.
مواد: انتخاب مواد O-ring ضعیف بر اساس شرایط خدمات پیش بینی شده.
تولید: اور کیور لاستیکی، درمان زودرس، خط جداسازی بیش از حد، حفره ها یا آخال های مواد.
مونتاژ: جاگذاری که منجر به پیچش یا پارگی حلقه O می شود.
شرایط خدمات: قرار گرفتن در معرض حرارت بیش از حد، استرس یا فشار شدید اعمال شده، قرار گرفتن در معرض غیر منتظره در معرض عوامل شیمیایی تهاجمی.
تعدادی از ویژگی های کلیدی وجود دارد که به طور قابل توجهی بر عملکرد یک برنامه مهر و موم O-ring تأثیر می گذارد. کیفیت خواص آب بندی کوتاه مدت و دوام طولانی مدت و جلوگیری از خرابی یک سیستم O-ring بر اساس این عناصر است.
کشش
برای ایجاد یک مهر و موم موثر، قطر داخلی O-ring باید کوچکتر از قطر جزء جفت شونده باشد، به طوری که O-ring کمی کشیده شده و به خوبی جا می گیرد. کشش باید بین 1% تا 5% باشد که در اکثر کاربردها 2% تا 3% ایده آل است. هنگامی که یک حلقه O کشیده می شود، سطح مقطع آن کاهش یافته و صاف می شود. کشش مونتاژ شده بیش از 5٪ توصیه نمی شود زیرا فشار داخلی روی حلقه O باعث پیری سریع تر و کاهش عمر بیشتر مواد O-ring می شود. از طرف دیگر، کشش ناکافی منجر به شل شدن تناسب و افزایش احتمال نشتی می شود.
فشار دهید
فشار یک حلقه O به عنوان کاهش فشاری در ضخامت مقطع در نتیجه انحراف ناشی از پیکربندی غده تعریف می شود. تمایل یک حلقه O برای بازگشت به شکل غیر فشرده اولیه خود در صورت انحراف سطح مقطع، دلیل اصلی این است که چرا O-ring ها چنین مهر و موم های عالی را ایجاد می کنند. به همین دلیل، فشردن یکی از ملاحظات اصلی در طراحی مهر و موم حلقه O است. فشار توسط هندسه غده و سطح مقطع O-ring تعیین می شود. این نشان دهنده فشردگی قطری مقطع O-ring بین سطح پایین شیار و سطح دیگر قسمت جفت گیری در مجموعه غده است.
هنگامی که به عنوان یک آب بند استاتیک استفاده می شود، حداکثر فشار توصیه شده برای اکثر الاستومرها 3{3}}٪ است. خطر فشردن بیش از 30٪ وجود دارد زیرا استرس اضافی ناشی از آن ممکن است به زوال زودرس مهر و موم کمک کند. حداقل فشار برای همه مهر و موم ها، صرف نظر از سطح مقطع باید حدود 0.2 میلی متر باشد. فشار ناکافی ممکن است باعث نشت O-ring شود، بنابراین اکثر برنامه ها نمی توانند در شرایط فشردن "نه" یا "صفر" عملکرد قابل قبولی داشته باشند.
غده پر
پر شدن غده درصدی از حجم غده ای است که سطح مقطع یک حلقه اورینگ زمانی که در داخل غده در حالت نصب شده محدود می شود، جابجا می شود. با هم، سطح مقطع حلقه O و اندازه غده پر شدن غده را تعیین می کند. بیشتر کاربردهای O-ring seal نیاز به پر کردن غده بین 60 تا 85 درصد حجم موجود دارند که پر کردن بهینه معمولاً 75 درصد است که نشان دهنده 25 درصد فضای خالی است. ضروری است که حداقل 10 درصد فضای خالی در هر غده آب بندی الاستومری ایجاد شود. این تضمین می کند که O-ring تحت فشار بیش از حد قرار نمی گیرد و با شکل مورد نیاز برای ایجاد مهر و موم مطابقت دارد.
پایان سطح
به طور کلی توصیه می شود که مقدار زبری سطح از 32 میکرو اینچ (32 rms) در سطوح آب بندی برای آب بندی های ایستا بیشتر نشود. این به معنای سطح داخلی غده است. همچنین نوع زبری و وجود بی نظمی های مداوم مهم است. خراش ها و برجستگی هایی که روی حلقه O بریده می شوند می توانند باعث ایجاد مسیر نشتی شوند، زیرا O-ring ممکن است به اندازه کافی به این بی نظمی های سطحی نفوذ نکرده و مهر و موم کند.
مونتاژ
مونتاژ باید با دقت زیادی انجام شود تا حلقه O به درستی در شیار قرار گیرد و با بسته شدن مجموعه غده آسیبی نبیند. یکی از جنبه های مهم این امر، انبساط قطر داخلی است که برای رسیدن به شیار در طول مونتاژ لازم است. این انبساط نباید از 50٪ از طول نهایی ترکیب لاستیکی O-ring انتخاب شده تجاوز کند.
همچنین، مهم است که حلقه O نباید در هنگام مونتاژ پیچ خورده باشد. این می تواند استرس بیش از حد بر روی الاستومر O-ring ایجاد کند. علاوه بر این، حلقههای O هرگز نباید روی گوشههای تیز، رزوهها، شکافها، اسپلاینها، پورتها یا سایر لبههای تیز بدون محافظت فشار داده شوند. بسته شدن مجموعه غده نباید منجر به گیرکردن حلقه O در گوشه های شیار شود. بسته شدن غده باید با حرکت طولی مستقیم انجام شود. حرکت چرخشی یا نوسانی نامطلوب است زیرا ممکن است باعث جمع شدن، ناهماهنگی، و نیشگون گرفتن یا برش درزگیر شود.
مواد O-Ring
در انتخاب یک ماده O-ring، مهم است که چندین فاکتور را در نظر بگیرید، در درجه اول فشار اعمال شده، محدوده دمایی که درزگیر در آن کار می کند و سیال شیمیایی که باید آب بندی شود. به طور معمول، متعادل کردن الزامات متعددی که روی یک O-ring قرار داده شده است، می تواند دشوار باشد و منجر به مصالحه در بهترین حالت شود. بیشتر مواد مورد استفاده برای کاربردهای O-ring الاستومری هستند و ترکیبات لاستیک گرماسخت و الاستومرهای ترموپلاستیک مبتنی بر کوپلیمرهای بلوکی رایج ترین هستند. یکی از مزایای طراحی با حلقه های O این است که می توان آنها را از طیف گسترده ای از مواد الاستومری تولید کرد تا یک سیستم آب بندی عملکردی و بادوام ارائه دهد. اغلب، تعداد و تنوع معیارهای انتخاب مواد اغلب توسط طراحان سیستم نادیده گرفته می شود، که می تواند منجر به خرابی زودرس شود. در انتخاب مواد O-ring مناسب، باید به ملاحظات و ویژگی های مواد زیر توجه شود:
سازگاری شیمیایی
مقاومت حرارتی و تخریب
انعطاف پذیری در دمای سرد
مقاومت در برابر سایش و سایش
مجموعه فشرده سازی و کشش
آرامش استرس
مقاومت در برابر پارگی
ضریب انبساط حرارتی
تراکم پذیری و مدول تراکم
اغلب اوقات، انتخاب مواد O-ring تنها بر اساس سختی طول سنج انجام می شود، که می تواند یک پیش بینی ضعیف از خواص مکانیکی کوتاه مدت و بلند مدت مواد الاستومری باشد.
یکی دیگر از زمینه های نگرانی بالقوه زمانی است که حلقه های O همراه با اجزای پلاستیکی استفاده می شوند. مواد الاستومری، به ویژه لاستیک ها، اغلب با مقدار قابل توجهی نرم کننده و روغن ترکیب می شوند. چنین روغنهایی، بهویژه روغنهای مبتنی بر استر از جمله فتالاتها، آدیپاتها، تریملیتاتها، میتوانند به عنوان عوامل تهاجمی ترک استرس محیطی (ESC) عمل کنند.
کیفیت O-Ring
کیفیت O-ring تاثیر نسبتا زیادی بر عملکرد کلی سیستم آب بندی خواهد داشت. این شامل اختلاط مناسب ترکیب لاستیکی و قالب گیری ثابت O-ring است. خواص لاستیک مانند مجموعه فشرده سازی، مدول، سختی و استحکام کششی همگی مستقیماً تحت تأثیر عملیات اختلاط و قالب گیری قرار می گیرند. مهم است که سازگاری خوب حاصل شود. علاوه بر این، توصیه هایی در مورد سطح قابل قبول فلاش در خط جدایی وجود دارد. این معمولاً 0 است.005 اینچ عرض و 0.003 اینچ ارتفاع دارد. علاوه بر این، O-ring باید حداکثر خروج از مرکز 0.05 میلی متر را نشان دهد.
نتیجه گیری
اورینگ ها را می توان فناوری قدیمی در طراحی و ساخت قطعات و مجموعه ها دانست. طراحی و عملکرد آنها نسبتاً ساده است و از اوایل قرن نوزدهم به عنوان مهر و موم استفاده شده است. با این حال، این سادگی آنهاست که دلیل کارآمدی عملکرد آنها در کاربردهای آب بندی است. با تغییرات اساسی که در مهندسی، طراحی و ساخت طی 120 سال گذشته رخ داده است، O-ringها اساساً از نظر شکل و عملکرد بدون تغییر باقی مانده اند. اورینگ ها یک راه حل آب بندی ساده، در عین حال موثر و همه کاره بوده و هستند.