O-ringen er en af de enkleste og mest almindelige tætningstyper til en lang række statiske og dynamiske applikationer. O-ringsrillens design er relativt ligetil - ved at følge veludviklede regler for rillegeometri opnås en økonomisk og pålidelig tætning. O-ringens tendens til at vende tilbage til sin oprindelige form, når tværsnittet er komprimeret, er en af hovedårsagerne til, at en o-ring er en fremragende tætning.
Hvordan bruger du en o-ring?
Enkelt sagt består en o-ringstætning af et elastomert cirkulært tværsnit i en designet o-ringsrille, hvilket giver en indledende kompression.
Den kraft, der kræves for at komprimere en o-ring, er et resultat af durometeret og tværsnitsdiameteren. O-rings strækning påvirker tætningskompressionen ved at reducere tværsnittet, hvilket reducerer o-ringens tætningspotentiale.
Ved nul eller meget lavt tryk giver gummiblandingens naturlige elasticitet tætningen. Forseglingens ydeevne kan forbedres ved at øge den diametrale squeeze. Denne stigning i klemme kan have negative virkninger i dynamiske tætningsapplikationer med højere tryk.
Det diametrale klem giver en friktionskraft mellem o-ringen og rillen, der holder den i den installerede position. Konstrueret til at deformere, flyder gummiblandingen op til ekstruderingsspalten og tætner den fuldstændigt mod lækage, indtil det påførte tryk er tilstrækkeligt nok til at overvinde friktionskræfterne og deformere o-ringen ind i det lille ekstruderingsgab (forudsat at gummiet har nået sin grænse for strømning under tryk, vil yderligere forøgelse af kraften resultere i svigt ved forskydning eller ekstrudering).
Rillen er designet til at give en indledende kraft på tætningen på tværs af en akse i området 7-30 procent. Denne trykkraft er normalt vinkelret på den kraft, der påføres, hvilket resulterer i frit volumen i rillen på den anden akse.
Hvad gør en o-ring?
Når der påføres tryk, vil o-ringen bevæge sig mod lavtrykssiden af rillen. Forseglingstrykket overføres til overfladen, der skal forsegles, som faktisk er højere end det påførte væsketryk i en mængde svarende til det indledende interferenstryk.
Forøgelse af det påførte tryk skaber interferensspænding mellem tætningen og de sammenkoblende overflader. Mens denne situation fortsætter, vil O-ringen fortsætte med at fungere normalt og pålideligt op til flere hundrede punds kraft, forudsat at den valgte O-ring er den korrekte størrelse, og rillen er bearbejdet til den korrekte størrelse.
Med stigende tryk vil ringdeformation blive overdrevet, hvilket i sidste ende vil ekstrudere en del af ringen ind i ekstruderingsspalten. Hvis ekstruderingsspalten er for stor, vil tætningen svigte, efter at den er helt ekstruderet fra højtrykket.
Når trykket slippes, resulterer gummiblandingens elasticitet i, at en o-ring vender tilbage til sin naturlige form, klar til lignende cyklusser.
Disse materialer er ved deres normale driftstemperatur praktisk talt umulige at komprimere og har et meget lavt elasticitetsmodul. Du kan ændre deres form (men ikke deres volumen), og det påførte diametrale klem vil medføre en forøgelse af tætningens længde hen over rillen.
Denne stigning vil være endnu større som følge af udvidelsen af gummi på grund af varme fra væsken, der forsegles, og materialernes forenelighed. Rillen skal være korrekt dimensioneret for at tillade maksimal udvidelse af gummiblandingen, ellers vil samlingen udvikle meget høje spændinger.
Når der påføres tilstrækkelig kraft, vil o-ringen bevæge sig mod lavtrykssiden, indtil den kommer i kontakt med siden af rillen. Yderligere tryk eller kraft vil deformere o-ringen mod ekstruderingsspalten. O-ringen vil til at begynde med deformeres til en "D"-form. Denne deformation vil øge overfladekontaktarealet 70-80 procent af det indledende tværsnit. Overfladekontaktarealet af en o-ring under højt tryk er omtrent det dobbelte af den oprindelige geometri ved nultryk.
Muligheden for tætningsekstrudering er ikke begrænset til dynamiske applikationer.
I en statisk aksial applikation kan strækning af monteringsbolte under højt tryk åbne ekstruderingsspalten nok til at tillade lækage.
Interne trykgrænser bestemmes af mellemrummet og o-ringens hårdhed (nogle data er givet i figuren ovenfor). I praksis er mellemrummet normalt specificeret for en given ringstørrelse og anvendelse. Hvis der arbejdes ved lave temperaturer, kan det være nødvendigt at reducere kirteldybden for at kompensere for sammentrækningen af ringen og give det nødvendige pres ved den sammentrukne størrelse.
I den anden ende af temperaturskalaen kan det være tilrådeligt at øge rilledybden lidt for at undgå at klemme ringen for meget ved arbejdstemperaturer. Denne effekt kan være betydelig ved ekstreme temperaturer, fordi den termiske udvidelseskoefficient for elastomerer er højere end for metaller.
Nedenfor er en indledende deformation af en o-ring i en rille-o-ring. Ud fra hvad vi kan se, ser det ud til, at o-ringen oplever systemtryk.
