O-gyűrűk „képesek” forgó tömítést végezni, de általában nem ajánlottak folyamatos forgó tengelytömítésre

Először is tisztázzunk egy kulcsfontosságú kérdést: ha az O-gyűrű o-gyűrűt egy végfedél, flans, ház, dugó vagy hasonló helyen szerelik fel, és nincs relatív mozgás a tömítési felületek között, akkor továbbra is statikus tömítésről van szó; ebben a forgatókönyvben az O-gyűrűk használata teljesen megfelelő. Amire valóban figyelni kell:

Az O-gyűrű belső átmérője közvetlenül a forgó tengelyt öleli körül, vagy külső átmérője relatív csúszással érintkezik a forgó furattal – tehát az O-gyűrűt forgó dinamikus tömítésként használják.

Egy O-gyűrű lényege egy tömítőelem, amely „összenyomódási deformáció” révén érintkezési nyomást hoz létre; a forgó tengelytömítések központi eleme „vezérelt érintkezési nyomás mellett olajfilmben való fenntartás, a súrlódási hő csökkentése és a kopás, valamint a tengely eltérésének kiegyenlítése.” Ez a két tervezési logika nem teljesen illeszkedik egymáshoz.

1. A legnagyobb probléma a súrlódási hő

Amikor egy O-gyűrű forgó tengelytömítésre szolgál, a tengely áthalad az O-gyűrű belső átmérőjén, és az O-gyűrű belső felülete hosszú ideig érintkezik a forgó tengellyel. Az Apple Rubber O-gyűrű-tervezési útmutatója egyértelműen kimondja, hogy forgó üzemkörülmények között az O-gyűrű belső átmérője folyamatos súrlódási hőnek van kitéve, mivel a gumielasztomer maga gyenge hőállóságú; ha a hőtermelés sebessége meghaladja a hőelvezetés sebességét, az O-gyűrű meghibásodhat.

Ezért azoknak a vevőknek, akik csak azt kérdezik: „milyen gyorsan forog a tengely”, az nem elég – a tengely átmérőjét és a forgási sebességet egyaránt vizsgálni kell.

Például egy 30 mm átmérőjű tengely 1000 fordulat/perc-es forgási sebességnél kb. 1,57 m/s felületi sebességet ér el; egy 50 mm átmérőjű tengely 1500 fordulat/perc-es forgási sebességnél kb. 3,93 m/s felületi sebességet ér el. Ugyanazon forgási sebesség mellett a tengely átmérőjének növekedésével a súrlódási hő is nő.

Parker! az O-gyűrű dinamikus tömítésének kopására vonatkozó magyarázata szintén rámutat arra, hogy a dinamikus tömítéshez használt O-gyűrűk különösen érzékenyek a kopásra és a súrlódásra, amely utóbbi összefüggésben áll a kontaktfelület nyomásával és a tömítési kontaktzóna hőmérséklet-emelkedésével.

2. Az O-gyűrűk nem rendelkeznek olajfilm-szabályozási képességgel – a „forgó ajak” tervezésére nincs megfelelő képességük.

A vázolajtömítések, radiális tengelytömítések, PTFE-ajakos tömítések és más forgó tömítőelemek alapértéke nem csupán az „olaj lezárása”, hanem a lip geometriáján, a kontakt erőn, valamint a rugó- vagy előfeszítési szerkezeten keresztül folyamatosan kialakított, szabályozható kontaktzóna.

Freudenberg forgó tömítési technológiájának adatai szerint: miután a szájnyílás szöge gondosan meg lett tervezve, az axiális szög és a rugós rúd sugárirányú erőeloszlása által kialakított olajfilm aszimmetrikus érintkezési nyomáseloszlást eredményez, és a száj széle utólagos bejáratás utáni mikrodeformációja visszavezető olajhatást vagy „mikro-szivattyúzó” hatást eredményez, amely rendkívül fontos a tömítés funkciójához.

Az O-gyűrűk egyszerűen körkörös keresztmetszetükkel nyomódnak a tengelyre. Nincs bennük különlegesen megtervezett olajlejtési szög, levegőlejtési szög, visszavezető olajhatás vagy rugalmas terhelésű szájszél-geometria. Az eredmény: a kenőfilm nehezebben stabilizálódik, a súrlódás kevésbé irányítható, és az érintkezési nyomás is könnyen ingadozik a nyomás, a hőmérséklet, a kerekesség hiánya és a tengely ugrálása miatt.

Ez az oka annak is, hogy az olajtömítések, ajak-tömítések, V-gyűrűk és mechanikus végfelületi tömítések különállóan kerülnek meghatározásra forgó tömítési megoldásként. A Trelleborg forgó tengelytömítésekre vonatkozó meghatározása a következő: olyan alkatrészek, amelyek folyadék tömítésére szolgálnak forgó vagy lengő részeknél, miközben megakadályozzák a port, a vizet és egyéb külső szennyeződéseket a belső térbe jutásban; termékpalettájuk közé tartoznak a sugárirányú olajtömítések, a sugárirányú/tengelyolaj-tömítések, O-gyűrű által aktivált PTFE forgó tömítések, a V-gyűrűk és a mechanikus végfelületi tömítések stb.

3. Elégtelen kenés gyorsan fokozza a kopást

A forgó tömítés nem egyszerűen „gumi tapadása fémen”. Amíg érintkezés és súrlódás van, szükség van kenésre és hőelvezetésre.

Freudenberg forgó tengelytömítő anyagainak egyértelműen kiemelt jelentősége van: a tömítés megfelelő kenése rendkívül fontos az élettartam és a megbízhatóság szempontjából, és minél teljesebb a kenés, annál kisebb a kopás; ugyanaz az anyag azt is mutatja, hogy a sugárirányú erőt és a kenési állapotot befolyásoló paraméterek szintén hatással vannak a tömítés súrlódási veszteségére.

Amikor O-gyűrűket használnak forgó tengelyek tömítésére, gyakori tévhit, hogy „egy kis zsírral történő szerelés elegendő”. Valójában a kezdeti zsírozás csak a beindulási szakaszra nyújt megoldást, de nem garantálja a hosszú távú, stabil olajfilmet. Különösen hosszú távú üzemelés során az O-gyűrű könnyen határfolyadék-kenésbe, sőt akár száraz súrlódásba kerül.

4. A csavarodás, a gördülés és a „csavarfeltevő hiba” tipikus kockázatok dinamikus O-gyűrű tömítéseknél

Az O-gyűrű keresztmetszete kerek, és dinamikus tömítéseknél könnyen érinti az egyenetlen súrlódási erő, ami helyi gördülést és csavarodást eredményez. A Parker elemzése szerint az O-gyűrű csavarfeltevő hibájának okai közé tartozik: a részlet nem kerek, excentrikus, durva felületminőség, nincs kenés vagy hiányzik a kenőanyag, az anyag túl puha, a keresztmetszet-belső átmérő arány nem megfelelő, valamint helytelen összeszerelési nyúlás stb.; megelőző intézkedések közé tartozik a nem kerek és excentrikus részek csökkentése, a keresztmetszet-ingadozás csökkentése, a megfelelő felületminőség biztosítása, kemebb anyag használata és megfelelő keresztmetszet-belső átmérő arány.

Ez a probléma különösen jelentős forgó tengelyeknél. Az ideális állapot az, hogy az O-gyűrű a hornyban rögzítve van, és csak az O-gyűrű belső átmérőjénél történik relatív mozgás. A gyakorlatban azonban, ha a horony tervezése, a felület érdessége, a tömörítés mértéke vagy a kenés nem megfelelő, az O-gyűrű „a tengellyel együtt csúszhat”, torzulhat, és részben begördülhet a hornyba, végül a következőképpen jelenik meg:

Az Apple Rubber külön hangsúlyt fektet a forgó O-gyűrűk tervezésére: forgó vagy lengő alkalmazásoknál elkerülni kell az O-gyűrű nyújtását a tengelyen; a nyújtott állapotban lévő, hőnek kitett elasztomer összehúzódhat – ez a Joule-hatás –, ami növeli a kontaktus hőmérsékletét és a meghibásodás kockázatát.

5. A nem kör alakúság, a tengely runout és az excentricitás vezethet az O-gyűrű érintési nyomásának ellenőrzésének elvesztéséhez

A forgó tengelytömítéseknek kezelniük kell a tengely excentricitását, koaxialitását, a tengelyfelület érdességét, keménységét és a sugárirányú dinamikus gyártási hibát. A vázolt olajtömítések általában ajakgeometriával és rugóerővel rendelkeznek, amelyek bizonyos határok között képesek kiegyenlíteni a sugárirányú elmozdulást és fenntartani a tömítést. A Freudenberg adatok szerint a tömítés sugárirányú erője a felszerelt állapotból származó lehajló erőből és a rugóból származik; a tervezés célja a sugárirányú erő csökkentése a súrlódás és a kopás csökkentése érdekében, ugyanakkor elegendőnek kell lennie a tömítés biztosításához.

Az O-gyűrűk nem rendelkeznek ilyen külön, rugóterheléses szerkezettel. Ha excentrikus a beépítés, akkor az egyik oldalon túlzottan nagy a nyomás, ami hőfejlődést és megnövekedett kopást eredményez; a másik oldalon pedig elégtelen a nyomás, így könnyen szivárgás léphet fel. Az Apple Rubber forgó O-gyűrűk védelmi tervezéséről szóló dokumentuma is kitér arra, hogy a relatív mozgásnak kizárólag az O-gyűrű belső átmérője és a forgó tengely között kell bekövetkeznie, és ezt a tengely koncentricitásának, felületi minőségének és a hornyok felületi állapotának szabályozásával kell elkerülni.

6. Mikor használhatók O-gyűrűk forgó tömítésként?

Lehetséges, de a határfeltételek szigorúak, és – ha lehetséges – valós élettartam-tesztekkel kell igazolni. Viszonylag alkalmas alkalmazási körök például:

Az Apple Rubber forgó O-gyűrű tervezési ajánlásai felsorolnak intézkedéseket a meghibásodási kockázat csökkentésére, például a folyadékáramlás növelését a hő elvezetésére, minőségi önkényeztető anyag kiválasztását, a nyomás korlátozását, extrém hőmérséklet elkerülését és a kenőfolyadék minél közelebbi tartását. Az adatok 180 láb/perc felületi sebességet említenek, amely feletti érték speciális tervezési intézkedéseket igényel a mechanikai tervezésben, hogy ezt a konkrét beállítási forgatókönyvet megelőzzék; ez az érték körülbelül 0,91 m/s-nak felel meg; ezeket az értékeket úgy kell érteni, mint iránymutatást a konkrét tervezéshez, nem pedig univerzális határértékként minden anyagra és minden szerkezeti kombinációra.

7. Mikor ne válasszunk O-gyűrűt elsődleges megoldásként?

Az alábbi helyzetekben ajánlott közvetlenül a csontvázas olajtömítések, V-gyűrűk, ajakos tömítések, PTFE forgó tömítések vagy mechanikus tömítések alkalmazása:

8. Hogyan válasszunk különböző alternatív megoldásokat?

Vázas olajtömítés / sugárirányú tengelytömítés

Megfelel a leggyakoribb forgó tengelyeknek: fogaskerekes hajtóművek, motorok, szivattyúk, kerékagyak, mezőgazdasági gépek, építőipari gépek. Előnyei: kiforrott szerkezet, ellenőrizhető költség, szabványosított felszerelés, olajvisszatartás, porvédettség és a száj- és rugókarbantartás által biztosított viszonylag stabil érintkezés. A Freudenberg radiaális tengelytömítésekről szóló műszaki leírása szerint megbízható tömítés elérése, nagyon megbízható működés, közegkompatibilitás, alacsony súrlódás és könnyű felszerelés fontos követelmények radiaális tengelytömítéseknél.

V-gyűrű

Porvédésre, sármos víz elleni védelemre, vízállóságra, tengelyirányú végfelületi tömítésre és külső szennyeződések elleni védelemre alkalmas. A V-gyűrűk általában a tengellyel együtt forognak, és ajka tengelyirányban érintkezik egy rögzített végfelülettel; nem alkalmas nagy nyomáskülönbség elviselésére, de kiválóan használható kiegészítő külső védelemre vagy kiegészítő tömítésre.

Ajakszerű tömítés / PTFE forgó tömítés

Nagyon magas sebességű, alacsony súrlódású, magas hőmérsékletű, vegyi anyagokkal érintkező, alacsony szivárgást igénylő vagy korlátozott helyigényű alkalmazásokra alkalmas. Különösen az O-gyűrűvel feszített PTFE forgó tömítések esetében – lényegében nem az „egyszerű O-gyűrű érintkezik közvetlenül a tengellyel”, hanem az O-gyűrű biztosítja az rugalmas előfeszítést, míg a PTFE ajak felelős a forgó tengellyel való súrlódás kialakításáért. A Trelleborg forgó tömítés termékvonalában valóban szerepelnek O-gyűrűvel feszített PTFE forgó tömítések.

Gépi zár

A "szűrő" vagy "szűrő" berendezés nem használható a "szűrő" vagy "szűrő" berendezéshez. A záró a végfelület súrlódási párjain keresztül történik, nem pedig a forgó tengely ellen közvetlenül húzó gumi gyűrűn keresztül. Az O-gyűrűket mechanikus tömítések belsejében is használhatják, de általában segédstatikus tömítésként vagy kompenzációs tömítésként, nem általában fő forgási súrlódási tömítésként.

9. A vásárlóktól kérdőíveket vagy műszaki megerősítést kérve fel kell tüntetni azokat a paramétereket, amelyekről a vásárlóknak tájékoztatást kell kérniük.

A O-gyűrűt a forgattyú tömítéshez használható-e-nek ítélkezése előtt legalább a következő információkat kell megerősíteni:

tíz. Alapvető szempontok összefoglalója

Az O-gyűrűk nem képesek forgási tömítésre, de nem alkalmasak az elsődleges forgási tengely tömítésének alapjául szolgálni. A fő kockázatok a következőkre összpontosítanak: súrlódási hő, nem megfelelő kenés, görbülés/görbülés, kopás és karcolás, egyenlőtlen érintkezést okozó tengelyugrás, tömörítéses állandó deformáció és instabil élet.

A mérnöki tudomány legmegfelelőbb alapelve:

A statikus tömítés elsőbbségű O-gyűrű; a folyamatos forgó tengelyek elsőbbséget élveznek a száj tömítés, a csontváz olajszűrítés, a V-gyűrű vagy a mechanikus tömítés tekintetében; a meztelen O-gyűrűket csak alacsony sebesség