O-ringe er det mest almindelige mekaniske design til tætning på grund af deres billige pris, enkle fremstilling, pålidelige funktion og enkle installationskrav. Selvom O-ringe er billige, vil hyppig udskiftning i nogle specifikke miljøer øge maskinens vedligeholdelsesomkostninger og påvirke udstyrets normale drift. Derfor er det nødvendigt at forstå O-ringenes egenskaber.
Ved -50 til -60 grad vil gummimaterialer, der ikke er modstandsdygtige over for lave temperaturer, fuldstændig miste deres begyndelsesspænding; selv for lavtemperaturbestandige gummimaterialer vil startspændingen på dette tidspunkt ikke være større end 25 procent af startspændingen ved 20 grader. Dette skyldes, at den indledende kompression af O-ringen afhænger af koefficienten for lineær udvidelse.
Forkert design og brug af O-ringen vil fremskynde dens skade og miste dens tætningsevne.
Eksperimenter har vist, at hvis designet af hver del af tætningsringanordningen er rimeligt, vil blot en forøgelse af trykket ikke forårsage skade på O-ringen. Under arbejdsforholdene med højt tryk og høj temperatur er hovedårsagen til O-ringskader den permanente deformation af O-ringsmaterialet, spaltebiddet forårsaget af, at O-ringen presses ind i tætningsspalten, og forvrængning af O-ringen under bevægelse.
Permanent deformation Da det syntetiske gummimateriale, der anvendes til O-ringens tætningsring, er et viskoelastisk materiale, vil den oprindeligt indstillede kompressionsmængde og tilbageslagsblokeringskapacitet blive permanent deformeret og gradvist tabt efter langvarig brug, hvilket til sidst resulterer i lækage.
Permanent deformation og tab af elastisk kraft er hovedårsagerne til, at O-ringe mister deres tætningsevne. Følgende er hovedårsagerne til permanent deformation.
Forholdet mellem kompressionsforhold og strækmængde og permanent deformation
De forskellige formuleringer af gummi, der bruges til at fremstille O-ringe, vil producere kompressionsspændingsafslapning i komprimeret tilstand. På dette tidspunkt vil trykspændingen falde med tidens stigning. Jo længere servicetid, jo større kompressionshastighed og strækning, jo større spændingsfald forårsaget af afslapning af gummispænding, så O-ringen er utilstrækkeligt elastisk og mister sin tætningsevne. Derfor er det tilrådeligt at forsøge at reducere kompressionsforholdet under de tilladte brugsbetingelser.
Forøgelse af tværsnitsstørrelsen af O-ringen er den nemmeste måde at reducere kompressionsforholdet på, men dette vil øge den strukturelle størrelse. Det skal bemærkes, at når folk beregner kompressionsforholdet, ignorerer de ofte reduktionen i sektionshøjde forårsaget af, at O-ringen bliver strakt under montering. Ændringen i tværsnitsarealet af en O-ring er omvendt proportional med ændringen i dens omkreds. På samme tid vil O-ringens tværsnitsform på grund af spændingens effekt også ændre sig, hvilket viser sig som et fald i dens højde. På grund af overfladespænding bliver den ydre overflade af O-ringen desuden fladere, dvs. højden af sektionen falder en smule. Dette er også en manifestation af O-ring kompression stress afslapning.
Graden af deformation af O-ringsektionen afhænger også af hårdheden af O-ringsmaterialet. Ved samme strækmængde vil O-ringen med høj hårdhed også have en større reduktion i tværsnitshøjden. Fra dette synspunkt bør materialer med lav hårdhed vælges så meget som muligt i henhold til brugsbetingelserne. Under påvirkning af væsketryk og spænding vil gummi O-ringen gradvist undergå plastisk deformation, og dens tværsnitshøjde vil falde tilsvarende, så den til sidst vil miste sin tætningsevne.
Forholdet mellem temperatur og O-rings afspændingsproces
Driftstemperaturen er en anden vigtig faktor, der påvirker den permanente deformation af O-ringen. Høje temperaturer vil fremskynde ældningen af gummimaterialer.
Jo højere driftstemperatur, jo større kompressionssæt for O-ringen. Når den permanente deformation er større end 40 procent, mister O-ringen sin tætningsevne og lækker. Den initiale spændingsværdi, der dannes i O-ringens gummimateriale på grund af kompressionsdeformation, vil gradvist falde og endda forsvinde med afspændingsprocessen og temperaturfaldet af O-ringen. For O-ringe, der arbejder ved minusgrader, kan deres indledende kompression være reduceret eller helt forsvundet på grund af et kraftigt temperaturfald. Ved -50 til -60 grad vil gummimaterialer, der ikke er modstandsdygtige over for lave temperaturer, fuldstændig miste deres begyndelsesspænding; selv for lavtemperaturbestandige gummimaterialer vil startspændingen på dette tidspunkt ikke være større end 25 procent af startspændingen ved 20 grader. Dette skyldes, at den indledende kompression af O-ringen afhænger af koefficienten for lineær udvidelse. Når du vælger den indledende kompression, er det derfor nødvendigt at sikre, at der stadig er tilstrækkelig tætningsevne efter spændingen falder på grund af afspændingsprocessen og temperaturfaldet. For O-ringe, der arbejder ved minusgrader, skal der lægges særlig vægt på genvindingsindekset og deformationsindekset for gummimaterialet.
Sammenfattende skal designet forsøge at sikre, at O-ringen har en passende arbejdstemperatur, eller vælge høj- og lavtemperaturbestandige O-ringsmaterialer for at forlænge levetiden.
Middel arbejdstryk og permanent deformation Arbejdsmediets tryk er hovedfaktoren, der forårsager den permanente deformation af O-ringen.
Arbejdstrykket for moderne hydraulisk udstyr stiger dag for dag. Langvarigt højtryk vil forårsage permanent deformation af O-ringen. Derfor bør passende trykbestandige gummimaterialer vælges i henhold til arbejdstrykket under design. Jo højere arbejdstrykket er, desto højere skal hårdheden og højtryksbestandigheden af det anvendte materiale være. For at forbedre trykmodstanden af O-ringmaterialet, øge materialets elasticitet (især øge materialets elasticitet ved lav temperatur) og reducere materialets kompressionssæt, er det generelt nødvendigt at forbedre formlen af materialet og tilsæt en blødgører. Men hvis O-ringen med blødgøringsmiddel er nedsænket i arbejdsmediet i lang tid, vil blødgøringsmidlet gradvist blive absorberet af arbejdsmediet, hvilket får O-ringens volumen til at krympe og kan endda forårsage negativ kompression af O-ring (dvs. der opstår et mellemrum mellem O-ringen og overfladen af den forseglede del).
Derfor skal disse krympninger tages i betragtning ved beregning af O-ringens kompression og design af formen. Den pressede O-ring skal bevare den nødvendige størrelse efter iblødsætning i arbejdsmediet i 5-10 dage og nætter.
Kompressionssættet af O-ringmaterialer er temperaturafhængigt. Når deformationshastigheden er 40 procent eller mere, vil der opstå lækage, så varmebestandighedsgrænserne for flere gummimaterialer er: nitrilgummi 70 grader C, EPDM-gummi 100 grader C, fluorgummi 140 grader C. Derfor har lande lavet regler vedr. den permanente deformation af O-ringe.
For O-ringe af samme materiale, ved samme temperatur, har O-ringen med større tværsnitsdiameter et lavere kompressionssæt. I olie er situationen anderledes. Da O-ringen ikke er i kontakt med oxygen på dette tidspunkt, reduceres de ovennævnte bivirkninger kraftigt. Derudover forårsager det normalt en vis udvidelse af gummiblandingen, så kompressionssæthastigheden forårsaget af temperaturen vil blive udlignet. Derfor er varmebestandigheden i olie væsentligt forbedret. Tager nitrilgummi som eksempel, kan dens arbejdstemperatur nå 120 grader eller højere.