33-99 Nr. Strada Mufu, Districțul Gulou, Nanjing, China [email protected] | [email protected]

ENTRATI ÎN LEGĂTURĂ CU NOI

Bibliotecă

Prima pagină /  Bibliotecă

Frecarea, forța de demarare și fenomenul de „stick-slip” la garniturile O-ring cu etanșare dinamică

Jul.23.2026

6e61e89a84aec6d2befe081c0284f16(0dfc82e63e).png

Dinamic Anelul O echilibrează forța de etanșare, frecarea, filmul lubrifiant, scurgerea și durata de funcționare. Etanșările statice se concentrează în principal pe menținerea stresului de contact pe termen lung, după comprimare; etanșările dinamice trebuie să suporte, de asemenea, mișcarea relativă, astfel încât intră în joc forța de deblocare, frecarea în timpul funcționării, fenomenul de aderență-alunecare/deformare lentă, generarea de căldură, uzură și degradarea filmului lubrifiant.

Un inel O trebuie comprimat suficient pentru a asigura etanșarea, dar cu cât comprimarea este mai mare, cu atât frecarea și uzura sunt mai intense.

The Parker Manualul privind inelele O grupează factorii principali care influențează frecarea etanșărilor dinamice în trei categorii: factori legați de piesa de etanșare (formă geometrică, toleranțe de fabricație, precomprimare, duritatea materialului, coeficientul de frecare uscată/umedă, umflare și comportament la temperaturi scăzute); factori legați de mediul de lucru (formarea filmului lubrifiant, vâscozitatea și dependența acesteia de temperatură); și factori legați de condițiile de funcționare (presiunea de lucru, viteza de frecare, rugozitatea suprafeței metalice de contact, toleranțele de prelucrare, sarcina radială și condițiile de introducere ale pistonului/axului).

1. Din ce provine forța de frecare?

Frecarea dinamică a inelului O poate fi simplificată astfel: Ff ≈ μ × N, unde N ≈ N(preîncărcarea prin comprimare) + N(presiunea mediului) + N(nemisalierii/introducerii). Cu alte cuvinte, frecarea nu este determinată doar de material — ea este determinată împreună de coeficientul de frecare μ și de forța de contact N.

1.1 Frecarea datorată preîncărcării prin comprimare

După instalarea inelului O în canelură, acesta este comprimat radial sau axial, generând o presiune inițială de contact pentru etanșare. Această presiune este avantajoasă pentru o etanșare statică, dar devine o sursă de frecare în cazul unei etanșări dinamice. Cu cât este mai mare gradul de comprimare, cu atât este mai mare suprafața de contact și mai mare presiunea pe linia de etanșare — în general, atât frecarea la pornire, cât și cea în timpul funcționării cresc. Tabelul parametrilor cu frecare redusă al firmei Parker enumeră, de asemenea, în mod clar următoarele direcții pentru reducerea frecării: „reducerea comprimării inelului O, reducerea secțiunii transversale, reducerea durității, reducerea presiunii, utilizarea lubrifiantului și reducerea rugozității suprafeței de rulare”. Totuși, există un compromis ingineresc în acest caz: o comprimare prea mică implică riscul de scurgeri, iar o comprimare prea mare determină o forță mai mare de demarare, generarea de căldură și uzură crescută.

1.2 Frecarea datorată presiunii mediului

În cilindrii hidraulici, cilindrii pneumatici și actuatori, garnitura inelară (O-ring) nu este pur și simplu montată sub compresie — presiunea sistemului împinge în plus garnitura inelară către suprafața de etanșare, crescând astfel presiunea de contact. Pentru Aneluri O , frecarea crește în mod obișnuit odată cu creșterea presiunii; manualul Parker menționează, de asemenea, faptul că frecarea garniturii inelare crește odată cu presiunea de lucru. Prin urmare, o problemă comună în cilindrii hidraulici de înaltă presiune este următoarea: cu cât presiunea este mai mare, cu atât etanșarea este mai sigură, dar frecarea, căldura și uzura devin, de asemenea, mai pronunțate.

1.3 Frecarea datorată vâscoelasticității materialului

Cauciucul nu este un material rigid, ci un material vâscoelastic. În timpul contactului de alunecare, acesta suferă adeziune la suprafață, deformare elastică locală, pierdere prin histerezis și întârziere microscopica datorată forțelor de forfecare/compresie și revenirii. Aceasta înseamnă că frecarea inelului O nu provine doar din „răzuirea” suprafeței, ci și din pierderea de energie în interiorul corpului de cauciuc în timpul ciclului de deformare-revenire. Duritatea, sistemul de umpluturi, tratamentul suprafeței, polaritatea materialului și compatibilitatea cu mediile influențează toate comportamentul de frecare.

2. Forța de deblocare: De ce este pornirea inițială atât de dificilă?

Forța de ieșire din repaus, denumită și frecare de ieșire din repaus sau frecare statică, este problema pe care clienții de etanșări dinamice o observă cel mai ușor, manifestându-se, în mod tipic, astfel: creșteri bruște ale presiunii în cilindrul hidraulic la momentul pornirii; cilindrul pneumatic pare vizibil blocat la prima mișcare; poziționarea actuatorului începe în mod neregulat; prima mișcare după o perioadă de oprire este deosebit de grea; sistemele servo prezintă vibrații sau depășiri la poziționare. Manualul Parker face distincția între «frecarea statică care trebuie depășită la începutul mișcării» și «frecarea dinamică care apare în timpul procesului de mișcare» și subliniază faptul că frecarea statică este deosebit de importantă în aplicațiile cu mișcare alternativă sau de tip cilindru.

2.1 Frecarea de ieșire din repaus este mai mare decât frecarea în regim de funcționare

După ce inelul O rămâne în stare staționară un anumit timp, stratul de lubrifiant dintre suprafețele aflate în contact este comprimat treptat datorită precomprimării, iar suprafețele din cauciuc și metal se apropie tot mai mult, ajungând într-o stare de frecare sau frecare limită. Cu cât durata stării staționare este mai lungă, cu atât stratul de ulei devine mai subțire, aderența mai pronunțată, iar forța de ieșire din stare de repaus (breakout force) mai mare. Manualul Parker subliniază faptul că frecarea statică de ieșire din stare de repaus a elastomerului este, în mod tipic, semnificativ mai mare decât frecarea dinamică; cu cât durata stării staționare este mai lungă, cu atât uleiul este expulsat mai ușor de pe suprafața de etanșare în contact, iar frecarea de ieșire din stare de repaus poate atinge niveluri de frecare limită — ajungând chiar la de câteva ori valoarea frecării în regim de funcționare.

2.2 Principalele cauze ale unei forțe mari de ieșire din stare de repaus

Factor de influență

Efect asupra forței de ieșire din stare de repaus

Compresiune excesivă

Presiune de contact mai mare, frecare de ieșire din stare de repaus mai mare

Canalul prea îngust

Inelul O nu se poate deforma corespunzător, presiune de contact anormală

Abatere a durității materialului

Presiune de contact ridicată, flexibilitate scăzută la viteze joase

Suprafață a materialului cu caracter stick

Adere la suprafața metalică, se agravează după staționare

Lubrifiere insuficientă

Proporție mai mare de frecție de frontieră

Timp lung de staționare

Filmul de ulei este comprimat și aderența se consolidează

Temperatură ridicată

Viscozitatea mediului scade, iar filmul de ulei este ușor interupt

Suprafața este prea rugoasă

Tăierea, uzurarea inelului O

Suprafața este prea netedă

În special în aplicațiile pneumatice, nu favorizează menținerea unui film lubrifiant

Nepotrivire între tijă și alezaj

Supra-comprimare locală, creștere locală a frecării

3. Frecarea în funcționare: Nu este întotdeauna cu cât mai mică, cu atât mai bună

Frecarea în funcționare reprezintă rezistența generată de inelul O în timpul mișcării continue alternativ-rectilinii. Aceasta afectează direct eficiența cilindrului, viteza de răspuns a actuatorului, stabilitatea la viteze joase, generarea de căldură, durata de viață a etanșării, consumul de energie și precizia de comandă. Dificultatea asociată frecării în funcționare: o frecare redusă implică adesea un risc crescut de scurgere; o etanșare mai strânsă determină o frecare și o uzură mai mari. Manualul Parker subliniază, de asemenea, clar faptul că reducerea forței de contact ridică riscul de scurgere, astfel încât frecarea redusă și capacitatea ridicată de etanșare necesită, de obicei, un compromis.

3.1 Frecare limită, frecare mixtă și lubrifiere fluidă

Starea de frecare

Caracteristici

Risc

Frecare limită

Strat foarte subțire de ulei, contact microscopically extensiv între cauciuc și metal

Frecare de pornire ridicată, uzură

Frecare mixtă

Strat localizat de ulei, contact direct localizat

Comun în etanșările dinamice

Ungere cu fluid

Suprafețele de contact sunt continuu separate de un film de ulei

Frecare scăzută, dar risc crescut de scurgere

Manualul Parker utilizează curba Stribeck pentru a descrie frecarea la etanșare: de la pornirea statică, aceasta se află în mod tipic în regimul de frecare limită, iar scurgerile cresc semnificativ atunci când intră în regimul de frecare mixtă; ungerea pură cu fluid asigură o frecare relativ stabilă la nivelul etanșării, iar ungerea continuă reduce în mod semnificativ riscul de scurgere. În descrierea tipică din manual, coeficientul de frecare limită este de aproximativ 0,3, iar în regimul de frecare mixtă acesta poate scădea la aproximativ 0,06–0,08, deși valoarea specifică depinde de raportul de ungere și de condițiile de funcționare.

3.2 Efectul vitezei asupra frecării

La viteze reduse de mișcare alternativă, este dificil de format un film lubrifiant, iar frecarea rămâne în zona limită sau mixtă, ceea ce face mai probabilă rezistența la pornire, fenomenul de alunecare intermitentă (creep) și uzura. Pe măsură ce viteza crește, formarea filmului lubrifiant devine mai ușoară, iar coeficientul de frecare poate scădea; manualul Parker subliniază faptul că o viteză crescută a pistonului este, în general, favorabilă reducerii frecării, deoarece o viteză mai mare favorizează formarea mai ușoară a unui film lubrifiant eficient — totuși, frecarea absolută depinde în continuare de structura și materialul etanșărilor, de presiune și de gradul de îndepărtare a filmului de ulei. Totuși, viteza nu este cu cât mai mare, cu atât mai bună. La viteze ridicate, chiar dacă coeficientul de frecare scade, puterea de frecare poate totuși crește: Pheat = Ff × v. Astfel, problemele comune în condiții de mișcare alternativă la viteză redusă sunt teama de alunecarea intermitentă (creep), iar la viteză ridicată, problema principală este generarea de căldură și uzura.

4. Probleme de alunecare intermitentă (stick-slip) și de alunecare lentă (creep)

Alunecarea intermitentă (stick-slip), denumită în mod obișnuit alunecare-stick, creep, tremurătură sau instabilitate la viteză redusă, nu este pur și simplu «frecare mare» — este un fenomen dinamic prin care forța de frecare variază în mod nesabil cu viteza, suprapusă cu elasticitatea sistemului.

Manifestări tipice: cilindrul pneumatic tremură în timpul funcționării la viteză redusă; cilindrul hidraulic se extinde în mod discontinuu la viteză redusă; actuatorul de poziționare se blochează inițial, apoi efectuează brusc o săritură; controlul micro-poziționării cilindrului servo este nesabil; apar tremurături periodice în condiții de viteză redusă și sarcină ridicată; la inversarea sensului de mișcare apar, din când în când, impacturi vizibile.

4.1 Trei condiții necesare pentru apariția alunecării intermitente (stick-slip)

Manualul Parker indică trei condiții necesare pentru apariția alunecării intermitente: frecarea statică depășește în mod continuu frecarea dinamică; viteza de deplasare este inferioară vitezei corespunzătoare punctului minim al coeficientului de frecare; puterea este transmisă printr-un corp elastic, așa cum este cazul comun la cilindrii hidraulici cu o coloană de ulei compresibilă.

În termeni de inginerie: mai întâi se blochează, iar presiunea sistemului sau deformarea elastică continuă să crească; odată ce frecarea statică este depășită, frecarea scade brusc și piesa în mișcare avansează rapid; apoi viteza scade și piesa revine în starea de blocare. Acesta este ciclul „blocat-înainte-blocat-înainte”.

4.2 De ce fluajul este mai probabil la viteză redusă

La viteze scăzute, pelicula de lubrifiant nu este suficient de groasă, iar suprafața de etanșare se află mai frecvent în zona de frecare limită. În acest moment, frecarea statică și cea dinamică diferă semnificativ. Sistemele pneumatice sunt afectate în mod deosebit. Manualul Parker subliniază faptul că condițiile de lubrifiere ale etanșărilor pneumatice sunt mai puțin favorabile decât cele ale etanșărilor hidraulice; dacă se utilizează un lubrifiant grăsos, pelicula de lubrifiant nu poate fi reîmprospătată continuu, ca în cazul alimentării cu ulei, ci este îndepărtată treptat prin mișcarea alternativă. Pentru cilindrii pneumatici cu viteză redusă, dacă viteza este redusă prin strangularea debitului de aer, riscul de fenomenul stick-slip este și mai mare; muchiile ascuțite ale etanșărilor și o rugozitate neadecvată a suprafeței metalice agravează, de asemenea, această problemă.

4.3 Natură deformării lente (creep) nu este «prea lentă», ci o «curbă instabilă a frecării»

Viteza redusă în sine nu este problema. Problema constă în formarea insuficientă a filmului de lubrifiere la viteze reduse, în frecarea statică mult mai mare decât frecarea dinamică, într-o pantă nefavorabilă a curbei frecare-viteză, precum și în elasticitatea sistemului. Astfel, atunci când un client spune «cilindrul pneumatic se deplasează cu încetineală la viteză redusă», răspunsul nu poate fi doar «adăugați mai multă grăsime». Este necesar, de asemenea, să verificați: compresia garniturii O este excesivă; materialul este prea rigid sau are o suprafață lucioasă; suprafața alezajului cilindrului este prea aspră sau prea lucioasă; lubrifierea cu ulei a fost neglijată timp îndelungat; tija pistonului este decentrată; alimentarea cu aer depinde de o strangulare severă pentru a obține viteză redusă; diametrul alezajului cilindrului este mare, dar sarcina este mică și neuniformă; este necesară trecerea la o garnitură X-ring, Y-ring, U-cup sau la o garnitură combinată de joasă frecare.

5. Filmul de lubrifiere: punctul cheie de echilibru pentru etanșările dinamice

Sigilările dinamice nu sunt nici fricțiune complet uscată, nici dependente de un film de ulei foarte gros. Starea ideală este, de obicei, un film lubrifiant subțire, stabil și bine aderent.

Manualul Parker indică faptul că starea optimă este un film lubrifiant relativ subțire, cu o aderență suficientă; dacă filmul lubrifiant este îndepărtat, etanșarea poate rămâne totuși foarte strânsă, dar uzura crește mai rapid; dacă filmul lubrifiant este prea gros, acesta poate provoca scurgeri nedorite.

5.1 Film lubrifiant prea subțire

Când filmul lubrifiant este prea subțire: forța de pornire crește; riscul de fenomenul stick-slip crește; uzura suprafeței de cauciuc se intensifică; creșterea temperaturii locale se accentuează; zona de contact a inelului O la buza de etanșare devine lucioasă și se rupe; cilindrul poate emite un șuierat sau vibrații. Cauzele frecvente includ cantitate insuficientă de lubrifiant, vâscozitate scăzută a mediului, temperatură ridicată, rugozitate superficială nepotrivită, comprimare prea mare în stare statică și perioadă prelungită de staționare.

5.2 Film lubrifiant prea gros

Când pelicula de lubrifiere este prea groasă: frecarea poate scădea, dar uleiul crește la suprafața tijei; pelicula de ulei este evacuată în timpul mișcării alternative; scurgerile exterioare sau ceața de ulei cresc; sistemul pneumatic poate contamina mediul înconjurător; cilindrul hidraulic poate prezenta scurgeri la tija. Așadar, afirmația «mai multă lubrifiere este întotdeauna mai bine» nu este valabilă — ceea ce etanșările dinamice necesită este o peliculă de ulei controlabilă, nu un aprovizionament nelimitat cu ulei.

e73931b35ef4dc05a05958f11a5f4fb(946fce6310).png

6. Căldura: Un amplificator al problemelor de frecare

Generarea căldurii prin frecare poate fi înțeleasă cu o relație simplă: Pcaldură = Ff × v. La viteze scăzute, căldura generată pe unitate de timp poate să nu fie mare, dar frecarea la limită și fenomenul de alunecare-intermitență (stick-slip) sunt pronunțate; la viteze mari, coeficientul de frecare poate scădea, dar viteza de alunecare este ridicată, iar rata generării căldurii poate totuși fi mare. Generarea căldurii declanșează o reacție în lanț: vâscozitatea mediului scade (manualul Parker menționează, de asemenea, că, în condiții de temperatură ridicată și vâscozitate scăzută, pelicula de lubrifiant poate deveni și mai subțire, iar frecarea poate crește suplimentar, deoarece lubrifierea este perturbată mai ușor), cauciucul se îmblânzește sau se întărește (materiale diferite — NBR, FKM, EPDM, HNBR — au mecanisme diferite de îmbătrânire în funcție de mediu și temperatură), setarea la compresiune crește (capacitatea de revenire a etanșării scade, ceea ce poate duce ulterior la scurgeri), uzura crește (oboseala suprafeței, desprinderea de particule, zgârieturile și fisurile devin mai evidente), unguentul lubrifiant îmbătrânește (în special în sistemele pneumatice sau cu lubrifiere redusă) și controlul sistemului se deteriorează (frecarea variază în funcție de temperatură, provocând derapaje ale răspunsului în actuatorii servo și de precizie). Pentru clienți, generarea căldurii nu este o defecțiune izolată — este rezultatul combinat al unui dezechilibru între frecare, lubrifiere, material, viteză și presiune.

7. Uzură: Gâtul de sticlă al duratei de viață a garniturilor dinelare dinamice

Garniturile dinelare utilizate în etanșări dinamice alternative se uzează, de obicei, mai repede decât cele statice. Manualul Parker subliniază faptul că frecarea cauzează uzură; aceasta este dificil de previzionat cu precizie, dar determină direct durata de viață a garniturii dinelare și frecvența întreținerii. Componentele de etanșare din multe condiții de funcționare nu se bazează, de fapt, pe lubrifierea fluidă pe termen lung, ci funcționează în zona de frecare mixtă; astfel, rezistența la uzură depinde în mare măsură de material, de lubrifierea mediului și de rugozitatea suprafeței de contact.

7.1 Forme comune de uzură/defecțiune

Tip de uzură/defecțiune

Apariție

Cauză comună

Uzura uniformă

Suprafața de contact devine plană și lucioasă

Uzură dinamică normală, compresie excesivă

Uzură prin zgâriere

Suprafață cu zgârieturi direcționale

Suprafață aspră a tijei/cilindrului, contaminare cu particule, lipsă de ulei

Uzura adhesivă

Suprafață lipicioasă, rupere localizată

Temperatură ridicată, material și mediu incompatibile, frecție ridicată

Uzură prin oboseală

Fisurare superficială, desprindere de particule

Mișcare reciprocă la viteză ridicată, presiune pulsatorie, oboseală a materialului

Extrudare cu îndoitură

Margine uzurată, muchie bursată

Joc excesiv, presiune ridicată, duritate insuficientă

Răsucire spiralată

Inel O răsucit, înfășurare localizată

Proiectare slabă a canalului, lubrifiere slabă, direcție instabilă

Uzură prin îmbătrânire termică

Întărire, fisurare, fragilizare

Temperatură ridicată pe termen lung, căldură generată prin frecare, atac al mediului

Pentru clienții cilindrilor hidraulici și pneumatici, distincția cea mai importantă este următoarea: este vorba de o deficiență a materialului de etanșare sau condițiile de suprafață, lubrifiere sau ghidare ale sistemului au provocat uzura? Multe probleme legate de service-ul post-vânzare nu sunt cauzate de faptul că materialul inelului O este în sine „defect” — ci de faptul că condițiile de funcționare ale etanșării dinamice au depășit deja domeniul de aplicabilitate specific inelului O obișnuit.

8. Rugozitatea suprafeței: Atât prea mare, cât și prea mică rugozitate pot constitui probleme

Suprafața de contact a etanșării dinamice nu poate fi evaluată doar pe baza parametrului Ra. Forma vârfurilor și a golurilor suprafeței, aria de rezistență la sarcină și metoda de prelucrare sunt, de asemenea, factori importanți. Manualul Parker precizează că suprafețele de contact ale etanșărilor dinamice necesită, în general, o finisare mai fină decât cele ale etanșărilor statice, recomandând o rugozitate de referință a suprafeței de contact de Rt ≤ 2,5 μm și Ra = 0,25–0,5 μm, luându-se în considerare, de asemenea, aria de rezistență la sarcină și forma vârfurilor; suprafețele obținute prin rectificare, tragere sau alte procedee de deformare plastică la rece nu trebuie să prezinte vârfuri ascuțite, iar golurile pot funcționa ca rezervoare potențiale de lubrifiant, contribuind astfel la îmbunătățirea comportamentului de etanșare dinamică.

8.1 Suprafață prea rugoasă

O suprafață prea rugoasă va: tăia cauciucul; destabiliza pelicula de ulei; crește proporția de frecare mixtă; intensifica uzura abrazivă; reduce durata de viață a etanșării.

8.2 Suprafață prea netedă

O suprafață prea netedă nu este întotdeauna bună nici ea — în special în condiții pneumatice și cu lubrifiere redusă. Polizarea excesivă poate duce la o capacitate scăzută de reținere a filmului lubrifiant, la aderarea mai ușoară a cauciucului la suprafața metalică și la creșterea frecării de pornire și a fenomenului de alunecare intermitentă (stick-slip).

Așadar, suprafețele dinamice de etanșare ar trebui să urmărească: lipsa vârfurilor, o suprafață portantă suficientă și capacitatea de a reține o cantitate microscopica de film lubrifiant — nu o finisare în oglindă fără discernământ.

9. Diferențe între cilindrii hidraulici, cilindrii pneumatici și actuatorii

9.1 Cilindrii hidraulici

Cilindrii hidraulici folosesc, în general, ulei ca mediu, oferind condiții de lubrifiere mai bune decât sistemele pneumatice, dar presiunea este ridicată, iar presiunea de contact la etanșare este mare.

Probleme tipice: frecția crește la presiune înaltă; rezistența la pornire este ridicată după oprirea sistemului; cilindrul servo pentru viteze joase prezintă derapaj; scurgere de ulei sau infiltrație la capătul tijei; generare de căldură la mișcarea alternativă cu viteză ridicată; deteriorare cauzată de particule de contaminare; jocul excesiv provoacă extrudare și mărunțire. Cerințele pe care trebuie să le îndeplinească un O-ring hidraulic nu se reduc doar la «rezistența la ulei» — ele includ, de asemenea, frecția, deformarea permanentă sub compresie, rezistența la extrudare, rezistența la uzură, revenirea la temperaturi scăzute și compatibilitatea cu aditivii din uleiul hidraulic.

9.2 Cilindri pneumatici

Cel mai mare problemă pentru cilindrii pneumatici este lubrifierea insuficientă — multe sisteme pneumatice moderne urmăresc funcționarea fără ulei sau cu cantitate minimă de ulei, astfel încât O-ring-ul rămâne mult timp într-o stare de frecție limită/mixtă.

Probleme tipice: derapaj la viteză redusă; forță de pornire statică; frecare uscată a feței de etanșare; ungerea fiind îndepărtată treptat; aderență după staționare prelungită; instabilitatea mișcării microcilindrilor. Manualul Parker observă că condițiile de ungere ale etanșărilor pneumatice sunt mai exigente decât cele ale etanșărilor hidraulice; ungerea cu grăsime nu se reîmprospătează în mod continuu, iar filmul lubrifiant este îndepărtat de-a lungul marginii etanșării pe măsură ce are loc deplasarea.

9.3 Actuatori și sisteme servo

Actuatorii acordă o atenție deosebită preciziei de comandă. O etanșare obișnuită poate satisface cerința „fără scurgeri”, dar nu neapărat cerințele „frecare redusă, histerezis redus, derapaj redus”.

Cerințe tipice: forță redusă de deblocare; forță de frecare stabilă; diferență mică a frecării în mișcarea alternativă; derivă mică a frecării sub influența schimbărilor de temperatură; deplasare microscopica controlabilă; absența fenomenului de alunecare-stick. Acest tip de client, în general, nu poate folosi ca etanșare dinamică principală doar un inel O obișnuit — poate fi necesară o etanșare dintr-un material cu frecare redusă, un inel O cu înveliș, un inel X, o etanșare compozită din PTFE sau o etanșare specială pentru piston/barbă.

10. Măsuri de proiectare și selecție

10.1 Reducerea compresiei, fără a sacrifica etanșarea

Compresia inelelor O pentru etanșarea dinamică ar trebui, în general, să fie mai conservatoare decât cea pentru etanșarea statică; o compresie excesivă crește forța de desprindere și uzura.

Recomandări ingineresti: nu copiați mecanic raporturile de compresie pentru etanșarea statică; controlați adâncimea și lățimea canalelor; evitați canale prea înguste, care nu lasă inelului O spațiu suficient pentru deformare; în scenariile cu presiune ridicată, luați în considerare utilizarea simultană a unui inel de sprijin, în loc să măriți exclusiv compresia; sistemele cu cerințe ridicate privind frecarea trebuie să acorde prioritate testării frecării sau verificării prin eșantioane.

10.2 Selectarea durității adecvate

O duritate scăzută poate oferi o frecare mai redusă și o adaptare mai uniformă, dar rezistență mai slabă la extrudare; o duritate ridicată oferă o rezistență mai mare la extrudare, dar poate crește presiunea de contact și forța de desprindere.

Condiția de funcționare

Direcția durității

Presiune scăzută, frecare scăzută, mișcare precisă

Se poate lua în considerare o duritate mai scăzută

Presiune ridicată, joc mare, cerință ridicată de rezistență la extrudare

Este necesară o duritate mai mare sau un inel de sprijin

Deplasare lentă evidentă

Nu se trebuie crește în mod nechibzuit duritatea

Uzură evidentă la viteză ridicată

Trebuie analizate împreună rezistența la uzură a materialului și răcirea/ungerea

Pneumatic, cu puțin ulei

Se pune accent pe suprafața cu frecare redusă și capacitatea de reținere a lubrifiantului

10.3 Optimizarea materialului

Material

Sigilare dinamică – accent

NBR

Comun în uleiul hidraulic, cost redus, dar cu capacitate limitată la temperaturi ridicate și în prezența ozonului

HNBR

Proprietăți superioare de rezistență la căldură, ulei și solicitări mecanice față de NBR; pot fi utilizate în sisteme hidraulice mai agresive

FKM

Rezistență la temperaturi ridicate și bună rezistență chimică, dar elasticitatea la temperaturi scăzute și frecvența de frecare necesită evaluare

EPDM

Potrivit pentru apă, abur și unele lichide de frână, dar nu este potrivit pentru uleiuri minerale

PU

Rezistent la uzură și la extrudare, frecvent utilizat în etanșări hidraulice, dar în general nu reprezintă o înlocuire directă pentru garniturile O-standard

Etanșare compozită din PTFE

Fricțiune redusă, bună rezistență la fluaj, dar necesită în general un element elastomer activator

10.4 Învelișuri de suprafață și tratamente antifricțiune

Pentru problemele legate de forța de desprindere, rezistența la asamblare, fenomenul stick-slip și blocarea automată la asamblare, se recomandă aplicarea unui înveliș superficial pentru inelele O sau un tratament superficial cu coeficient redus de frecare. Materialul Seal-Glide al firmei Trelleborg indică faptul că tratamentul superficial poate reduce frecarea la asamblare și în timpul funcționării, poate diminua tendința de apariție a fenomenului stick-slip și poate îmbunătăți lubrifierea, fără a modifica în mod semnificativ geometria garniturii; acest material este, de asemenea, compatibil cu EPDM, NBR, HNBR, FKM, FFKM, VMQ și alte elastomere.

În termeni ingineri, aceste metode pot fi grupate astfel: înveliș din PTFE; înveliș cu lubrifiant în film uscat; tratament superficial de tip silicon/ceară; tratament de grafitizare; modificare superficială prin ionizare sau la scară nanometrică; compuși formulați cu coeficient redus de frecare.

Notă: aplicarea unui înveliș nu reprezintă o soluție universală. În condiții de presiune ridicată și uzură intensă, durabilitatea învelișului, aderența acestuia, compatibilitatea cu mediile de lucru și deformarea la asamblare trebuie verificate.

10.5 Nu impuneți utilizarea unui inel O atunci când nu este necesar

Un inel O standard are o structură simplă, cost scăzut și o bună universalitate, dar nu este cea mai bună soluție pentru fiecare scenariu de etanșare dinamică.

Luați în considerare o structură alternativă atunci când apar următoarele situații: deplasare lentă pe termen lung; cerință ridicată de precizie de poziționare; presiune excesivă de pornire; generare ridicată de căldură în mișcarea alternativă; uzură frecventă; extrudare sau îndesare sub presiune ridicată; fluctuații mari ale frecării; clientul cere simultan scurgere redusă și frecare redusă.

Solție alternativă

Direcție de aplicație

Inel X / Inel Quad

Mai stabil decât un inel O, cu o capacitate superioară de rezistență la răsucire

Inel U / Inel Y

Frecvent utilizat în etanșări pentru tije/pistoane în mișcare alternativă, cu buze de etanșare mai controlabile

Inel Glyd

Inel glisant din PTFE + inel O de energizare, frecare redusă, rezistență la fenomenul de alunecare-stick-slip

Sigiliu de tip pas

Frecvent utilizat în etanșări hidraulice pentru tije, frecare redusă, scurgere redusă

Sigilă pneumatică dedicată

Design cu buza de frecție scăzută, potrivit pentru sistemele pneumatice cu ulei redus sau fără ulei

Sigilă cu arc din PTFE

Etanșare la temperaturi înalte, rezistentă la produse chimice și cu frecție scăzută

11. Tabel de diagnosticare a defecțiunilor

Simptomul clientului

Cauză posibilă

Punct de inspecție

Direcția de îmbunătățire

Presiune ridicată de pornire

Frecție statică ridicată, ruperea peliculei de ulei, comprimare excesivă

Rugozitatea suprafeței, comprimarea, materialul/acoperirea

Îmbunătățirea lubrifierii, reducerea compresiei, modificarea finișului suprafeței

Migrație la viteză scăzută

Mișcare alternativă de alunecare și blocare (stick-slip), elasticitate insuficientă a sistemului sau lubrifiere insuficientă

Viteză, alimentare cu aer/ulei, structură de etanșare

Schimbarea la o garnitură pneumatică specializată, îmbunătățirea caracteristicilor de pornire, îmbunătățirea structurii de etanșare

Frecare statică în cilindru

Funcționare cu cantitate redusă de ulei, uleiul fiind îndepărtat prin răzuire

Forma suprafeței tijei/cilindrului

Aplicarea unui strat de acoperire, îmbunătățirea rugozității suprafeței de alunecare

Generarea de căldură la viteză ridicată

Putere de frecție ridicată, disipare slabă a căldurii

Viteză, frecvență de deplasare, creștere a temperaturii

Reducerea frecției, îmbunătățirea materialelor, optimizarea răcirii/lubrifierii

Uzură neuniformă a inelului O

Compresie excesivă, frecție mixtă pe termen lung

Suprafața de contact, duritate, viteză

Reducerea compresiei, înlocuirea materialului

Creștere la suprafață

Suprafață aspră a tijei/cilindrului, particule contaminante

Rugozitatea suprafeței tijei/cilindrului

Prelucrare prin polizare, rectificare/lăpuire, filtrare, menținerea curățeniei la montaj

Mâncare la margine

Extrudare la presiune înaltă, joc mare

Joc de extrudare, duritate, inel de sprijin

Adăugați inel de sprijin, creșteți duritatea, reduceți jocul

Lipire după oprirea funcționării

Aderența materialului, dispersia peliculei de ulei

Compatibilitatea cu mediul, temperatură, timpul de oprire

Schimbați materialul, aplicăți un strat de acoperire, îmbunătățiți lubrifierea

Creștere progresivă a scurgerii

Uzură, eroare de canelură, deformare plastică

Dimensiunea canelurii, setarea la compresie

Reglați canelura, înlocuiți materialul, efectuați o inspecție

Fluctuație anormală a frecării

Segmențul de etanșare răsucit, distribuție neuniformă a lubrifiantului

Direcția de montare, starea suprafeței

Îmbunătățiți încărcarea, îmbunătățiți ghidarea, controlați coaxialitatea

12. Concluzia principală

Problema frecării la segmențele dinamicale de etanșare în formă de inel O este, în esență, rezultatul interacțiunii a cinci factori: material + compresie + suprafață + film lubrifiant + condiții de funcționare. Factorii cel mai frecvent neglijați sunt filmul lubrifiant și frecarea de pornire. Ceea ce mulți clienți percep ca fiind «blocare, alunecare, generare de căldură, uzură» are adesea următoarele cauze reale: compresie excesivă; proiectarea canelurii orientată prea mult spre o etanșare statică; rugozitate de suprafață necorespunzătoare; lubrifiere insuficientă la viteze joase; diferență prea mare între frecarea statică și cea dinamică; rigiditate insuficientă a sistemului; utilizarea unui inel O standard într-o aplicație care necesită, de fapt, un inel O de etanșare dinamică cu frecare redusă.