O-pečlivky „mohou“ zajišťovat rotující těsnění, ale obvykle by neměly být první volbou pro nepřetržité rotující hřídelové těsnění

Nejprve upřesníme klíčový bod: pokud je O-kroužek instalován na koncovém krytu, přírubě, pouzdře, zátky a podobných místech a mezi těsnicími plochami nedochází k žádnému relativnímu pohybu, jedná se stále o statické těsnění; tento scénář je pro O-kroužky používán zcela správně. Co skutečně vyžaduje opatrnost, je:

Vnitřní průměr O-kroužku, který přiléhá přímo k rotující hřídeli, nebo vnější průměr, který se vzhledem k rotujícímu otvoru pohybuje smýkavě – tedy použití O-kroužku jako rotujícího dynamického těsnění.

Podstatou O-kroužku je těsnicí součást, která vytváří kontaktový tlak prostřednictvím „tlakové deformace“; jádrem těsnění rotujících hřídelí je „udržení olejového filmu za řízeného kontaktového tlaku, snížení třecího tepla a kompenzace opotřebení i osového běhu.“ Tyto dva návrhové principy nejsou zcela kompatibilní.

1. Největším problémem je třecí teplo

Když O-kroužek slouží k těsnění rotující hřídele, prochází hřídel přes vnitřní průměr O-kroužku a vnitřní povrch O-kroužku je dlouhodobě v kontaktu s rotující hřídelí. Návod Apple Rubber k návrhu O-kroužků jasně uvádí, že provozní podmínky s rotací způsobují u vnitřního průměru O-kroužku trvalé třecí teplo, protože samotný gumový elastomer má špatnou odolnost vůči teplu; pokud je rychlost tvorby tepla vyšší než rychlost jeho odvádění, může dojít k selhání O-kroužku.

Právě proto nestačí, když zákazníci ptají pouze na „rychlost rotace“ — je nutné posoudit jak průměr hřídele, tak rychlost rotace.

Například při otáčkách hřídele o průměru 30 mm 1000 ot/min je obvodová rychlost přibližně 1,57 m/s; při otáčkách hřídele o průměru 50 mm 1500 ot/min je obvodová rychlost přibližně 3,93 m/s. Čím větší je průměr hřídele, tím vyšší je třecí teplo při stejné rychlosti otáčení.

Parker vysvětlení společnosti k opotřebení dynamického těsnění O-kroužkem také upozorňuje na to, že dynamické těsnění O-kroužkem je snadno ovlivněno opotřebením a třením, přičemž tření souvisí s tlakem na styčné ploše a nárůstem teploty v těsnicí styčné zóně.

2. O-kroužky nemají konstrukční schopnost řízení olejového filmu pro „rotující ústí“

Těsnění s kostrou, radiální hřídelová těsnění, těsnění s ústím z PTFE a další rotační těsnicí díly mají za základní hodnotu nejen „zamezení uniku oleje“, ale i nepřetržité vytváření řiditelné styčné zóny prostřednictvím geometrie ústí, styčné síly a pružinové nebo předpínací konstrukce.

Data o technologii rotujících těsnění společnosti Freudenberg vysvětlují: po důkladném navrhování úhlu otevření těsnicího okraje vzniká olejová vrstva způsobená axiálním úhlem a radiálním rozložením síly pružného tyče, což vede k nesymetrickému rozložení kontaktního tlaku; díky mikrodeformaci okraje těsnicího okraje po provozním přiběhu vzniká efekt zpětného přečerpávání oleje nebo tzv. „mikročerpací“ efekt, který je pro funkci těsnění velmi důležitý.

O-kroužky jsou jednoduše kruhovým průřezem stlačeny na hřídel. Nemají žádný zvláštně navržený sklon olejového nebo vzdušného filmu, žádný efekt zpětného přečerpávání oleje ani geometrii pružně zatíženého těsnicího okraje. Výsledkem je: mazací vrstva se obtížněji stabilizuje, tření je méně řízené a kontaktní tlak se také snadno mění v závislosti na tlaku, teplotě, nesouososti a průběžných výkyvech hřídele.

To je také důvod, proč budou těsnění oleje, těsnění s ústním lemem, V-kroužky a mechanická těsnění koncových ploch nezávisle označována jako řešení pro rotující těsnění. Definice rotujících hřídelových těsnění společnosti Trelleborg je: komponenty používané k utěsnění kapalin u rotujících nebo kývavých částí, zároveň brání vnikání prachu, vody a jiných vnějších kontaminantů; její výrobní sortiment zahrnuje radiální olejová těsnění, radiální/hřídelová olejová těsnění, O-kroužkem aktivovaná PTFE rotující těsnění, V-kroužky a mechanická těsnění koncových ploch atd.

3. Nedostatečné mazání rychle zvyšuje opotřebení

Rotující těsnění není jednoduchou záležitostí „přilepení pryže na kov.“ Pokud dochází ke kontaktu a tření, je nutné mazání i odvod tepla.

Materiály Freudenberga pro těsnění rotujících hřídelí jasně zdůrazňují: míra dostatečného mazání těsnění je velmi důležitá pro životnost a spolehlivost; čím je mazání dostatečnější, tím je opotřebení nižší. Stejný materiál také ukazuje, že parametry ovlivňující radiální sílu a stav mazání mají vliv i na třecí ztráty těsnění.

Při použití O-kroužků pro rotující hřídele se často vyskytuje nesprávné přesvědčení, že „montáž s malým množstvím maziva stačí“. Ve skutečnosti mazivo aplikované při počáteční montáži řeší pouze startovací fázi a nemůže zaručit dlouhodobě stabilní olejovou vrstvu. Zejména při dlouhodobém provozu se O-kroužek snadno dostane do mezního mazání nebo dokonce do suchého tření.

4. Krut, valivý pohyb a „šroubovité poškození“ jsou typickými riziky dynamických těsnění O-kroužků

Průřez O-kroužku je kulatý a u dynamických těsnění je snadno ovlivněn nerovnoměrnou třecí silou, což vede k lokálnímu valivému pohybu a krutu. Analýza příčin šroubovitého poškození O-kroužků od firmy Parker zahrnuje: nesouosost součásti, excentricitu, drsnost povrchu, nedostatek maziva nebo jeho úplný nedostatek, příliš měkký materiál, nevhodný poměr průřezu k vnitřnímu průměru a nesprávné protažení při montáži atd.; preventivní opatření zahrnují snížení nesouososti a excentricity, snížení variability průřezu, zajištění vhodné kvality povrchu, použití tvrdšího materiálu a vhodného poměru průřezu k vnitřnímu průměru.

Tento problém je výraznější u rotačních hřídelí. Ideální stav je: O-kroužek pevně uložený ve drážce, relativní pohyb nastává pouze na vnitřním průměru O-kroužku. Ve skutečnosti však může dojít k tomu, že při nevhodném návrhu drážky, nevhodné drsnosti povrchu, nevhodné míře stlačení nebo nedostatečném mazání se O-kroužek „táhne po hřídeli“, zkroucuje se a částečně se ve drážce valí, což se nakonec projeví jako:

Apple Rubber zdůrazňuje zejména u rotačních O-kroužků, že u rotujících nebo oscilačních aplikací je nutné vyhnout se napínání O-kroužku na hřídeli; elastomer podléhající napínání a zahřívání může způsobit zmenšení, tj. Jouleův jev, čímž se zvyšuje teplota kontaktu a riziko poruchy.

5. Nesouměrnost, běh hřídele a excentricita mohou vést ke ztrátě kontroly tlaku kontaktu O-kroužku

Rotativní těsnění hřídel musí zvládat výtok hřídele, koaksiálnost, drsnost povrchu hřídele, tvrdost, radiální dynamickou výrobní chybu. Skeletové olejové těsnění mají obvykle geometrii rtěn a pružnou pomoc, schopné kompenzovat v určitém rozsahu radiální posun a udržovat těsnění. Freudenbergova data poukazují na to, že radiální síla těsnění pochází z síly poklesu a pružiny instalovaného stavu; návrh má snížit radiální sílu ke snížení tření a opotřebení, ale musí být také dostatečná k zajištění těsnění.

O-kroužky nemají speciální pružnou strukturu. Pokud je excentrická, je stlačení jedné strany příliš velké, což způsobuje tvorbu tepla a zvýšení opotřebení; druhá strana má nedostatečné stlačení, snadno uniká. Ochranný návrh společnosti Apple Rubber pro rotační O-kroužky také uvádí, že relativní pohyb by se měl vyskytovat pouze mezi vnitřním průměrem O-kroužku a otáčejícím se hřídelním hřídelním hřídelním hřídelním hřídelním hřídelním hří

6. Kdy lze na rotační těsnění použít O-kroužky?

Je to možné, ale podmínky musí být přísné a potvrzené testováním života. Mezi relativně vhodné scénáře patří:

Doporučení Apple Rubber pro návrh rotujících O-kroužků uvádějí opatření ke snížení rizika poruchy, například zvýšení průtoku kapaliny pro odvod tepla, výběr kvalitního samomazného materiálu, omezení tlaku, vyhnutí se extrémním teplotám a pokus o udržení mazací kapaliny co nejblíže. V jejich datech je uvedena hodnota 180 stop na minutu jako nadlimitní hodnota, která vyžaduje speciální konstrukční opatření pro mechanický návrh, aby se zabránilo tomuto konkrétnímu scénáři; tato hodnota odpovídá přibližně 0,91 m/s; tyto hodnoty je třeba chápat jako orientační údaje pro konkrétní návrh, nikoli jako univerzální limity pro všechny materiály a všechny konstrukční kombinace.

7. Kdy by neměly být O-kroužky prioritní volbou?

Následující situace doporučují přímo použít kostru těsnění oleje, V-kroužky, ústní těsnění, rotační těsnění z PTFE nebo mechanická těsnění:

8. Jak vybrat různá alternativní řešení?

Kovový rámeček olejového těsnění / radiální hřídelové těsnění

Vhodné pro většinu běžných rotujících hřídelí: převodovky, motory, čerpadla, kola, zemědělská technika, stavební stroje. Jeho výhodou je zralá konstrukce, ovladatelné náklady a standardizovaná montáž; poskytuje udržení oleje, ochranu proti prachu a relativně stabilní kontakt prostřednictvím ústí a pružinové údržby. Technický popis radiálních hřídelových těsnění společnosti Freudenberg uvádí, že důležitými požadavky na radiální hřídelová těsnění jsou spolehlivé těsnění, vysoká spolehlivost, kompatibilita s médii, nízké tření a snadná instalace.

V-kroužek

Použitelný pro ochranu proti prachu, odolnost proti bahnu a vodě, vodotěsnost, axiální těsnění na koncové ploše a ochranu proti vnějšímu znečištění. V-kroužky se obvykle otáčejí spolu s hřídelí a jejich ústí se axiálně dotýkají pevné koncové plochy; nejsou vhodné pro těsnění za vysokého tlakového rozdílu, ale jsou velmi vhodné pro pomocnou vnější ochranu nebo pomocné těsnění.

Ústní těsnění / PTFE rotační těsnění

Použitelné pro vysokorychlostní provoz, nízké tření, vysoké teploty, chemická prostředí, nízký únik nebo aplikace s omezeným prostorem. Zejména PTFE rotační těsnění s předpínáním O-kroužkem – v podstatě nejde o „holý O-kroužek přímo proti hřídeli“, ale O-kroužek poskytuje elastické předpínání a PTFE ústí je zodpovědné za vytvoření třecí síly s rotující hřídelí. Rotační těsnění Trelleborg skutečně zahrnují PTFE rotační těsnění s předpínáním O-kroužkem.

Mechanická uzavírka

Vhodné pro čerpadla, míchače, kompresory a jiná rotační zařízení, která vyžadují vyšší těsnění proti úniku, vyšší tlak, odolnost vůči korozivním médiím nebo dlouhodobý provoz. Těsnění je zajištěno prostřednictvím třecích ploch na koncových plochách, nikoli přímo gumovým kroužkem třením o rotující hřídel. O-kroužky lze použít uvnitř mechanických těsnění, avšak obvykle jako pomocná statická těsnění nebo kompenzační těsnění, nikoli obvykle jako hlavní rotační třecí těsnění.

9. Parametry, které je třeba vyžádat při dotazování nebo technickém potvrzování u zákazníků

Než posoudíte, zda lze O-kroužek použít pro rotační těsnění, je nutné alespoň potvrdit následující informace:

deset. Shrnutí hlavních názorů

O-kroužky nejsou neschopné rotativního těsnění, ale nejsou vhodné k použití jako primární těsnění rotativního hřídele. Hlavní rizika se soustředí na: tření, nedostatečné mazání, zvrácení/valení, opotřebení a škrábance, skoky hřídel způsobující nerovnoměrný kontakt, stálou deformaci z tlaku a nestabilní životnost.

V inženýrství je zdravější princip:

Statický pečeti s prioritou O-kroužek; kontinuální rotační hřídelky dávají přednost pečeti rtů, pečeti kostní oleje, V-kroužku nebo mechanickému pečeti; holé O-kroužky se používají pouze při nízkých rychlostech,