Aneluri O „pot” asigura etanșarea rotativă, dar de obicei nu ar trebui să fie prima alegere pentru etanșarea continuă a arborelui rotativ

Să clarificăm mai întâi un punct esențial: dacă inelul O Anelul O este montat pe o capă de închidere, o flanșă, un carcasă, un dop sau o poziție similară și nu există nici o mișcare relativă între fețele de etanșare, atunci avem încă o etanșare statică; acest scenariu este utilizat corect și frecvent pentru inelele O. Ceea ce necesită de fapt precauție este:

Diametrul interior al inelului O care înconjoară direct arborele rotativ, sau diametrul exterior care are alunecare relativă față de alezajul rotativ — adică utilizarea inelului O ca etanșare dinamică rotativă.

Esenta unui inel O este o piesa de etansare care genereaza presiune de contact prin "deformare prin comprimare"; nucleul etansarilor pentru axe rotative este "mentinerea unui film de ulei sub o presiune de contact controlata, reducerea caldurii generate de frecare si compensarea uzurii si a excentricitatii axului." Aceste doua logici de proiectare nu se potrivesc in totalitate.

1. Cea mai mare problema este caldura generata de frecare

Cand un inel O realizeaza etansarea unei axe rotative, axa trece prin diametrul interior al inelului O, iar suprafata interioara a inelului O este in contact permanent cu axa care se roteste. Instructiunile de proiectare pentru inele O ale Apple Rubber precizeaza clar ca o conditie de functionare rotativa supune diametrul interior al inelului O unei frecvente continue de caldura prin frecare, deoarece elastomerul de cauciuc are o rezistenta termica slaba; daca viteza de generare a caldurii este mai mare decat viteza de disipare, inelul O poate ceda.

De aceea, nu este suficient ca clientii sa intrebe doar "cat de rapid se roteste axa" — trebuie analizati atat diametrul axului, cat si viteza de rotatie.

De exemplu, atunci când un arbore cu diametrul de 30 mm se rotește la 1000 rpm, viteza de suprafață este aproximativ 1,57 m/s; atunci când un arbore cu diametrul de 50 mm se rotește la 1500 rpm, viteza de suprafață este aproximativ 3,93 m/s. Cu cât diametrul arborelui este mai mare, cu atât căldura generată prin frecare este mai mare la aceeași viteză de rotație.

Parker explicația lui privind uzura garniturilor din O-ring pentru etanșări dinamice subliniază, de asemenea, faptul că garniturile din O-ring pentru etanșări dinamice sunt ușor afectate de uzură și frecare, iar frecarea este legată de presiunea exercitată pe suprafața de contact și de creșterea temperaturii în zona de contact pentru etanșare.

2. Garniturile din O-ring nu au o capacitate de control al filmului de ulei, niciun design pentru o „buza rotativă"

Etanșările cu carcasa metalică, etanșările radiale pentru arbori, etanșările cu buze din PTFE și alte componente de etanșare rotative au ca valoare esențială nu doar „împiedicarea scurgerii uleiului", ci și formarea continuă a unei zone de contact controlabile prin geometria buzei, forța de contact și structura cu arc sau preîntindere.

Tehnologia de etanșare rotativă Freudenberg explică: după ce unghiul de deschidere al buzei este proiectat cu atenție, pelicula de ulei formată de unghiul axial și distribuția forței radiale a tijei elastice creează o distribuție asimetrică a presiunii de contact; prin deformarea microscopica post-rulare a marginii buzei se obține un efect de returnare a uleiului sau „pompare microscopica”, care este foarte important pentru funcția de etanșare.

O-ringurile au pur și simplu secțiunea circulară comprimată pe arbore. Acestea nu au un unghi de înclinare special proiectat pentru ulei sau aer, nici efect de returnare a uleiului, nici geometrie elastică încărcată a marginii buzei. Rezultatul este: pelicula de lubrifiant este mai dificil de stabilizat, frecarea este mai puțin controlată, iar presiunea de contact fluctuează ușor în funcție de presiune, temperatură, nesfericitate și saltul arborelui.

Aceasta este, de asemenea, motivul pentru care siguranțele din ulei, siguranțele cu buze, inelele în V și siguranțele mecanice cu față frontală vor fi desemnate independent ca soluții de etanșare rotativă. Definiția Trelleborg privind siguranțele rotative pentru arbore este: componente utilizate pentru etanșarea fluidelor la părțile rotative sau oscilante, în timp ce blochează intrarea prafului, a apei și a altor contaminanți externi; gama sa de produse include siguranțe radiale din ulei, siguranțe radiale/pentru arbore din ulei, siguranțe rotative din PTFE activate cu inel O, inele în V și siguranțe mecanice cu față frontală, etc.

3. Lubrifierea insuficientă amplifică rapid uzura

Etanșarea rotativă nu este o simplă chestiune de «cauciuc lipit de metal». Atâta timp cât există frecare prin contact, este necesară lubrifierea și disiparea căldurii.

Materialele pentru etanșări rotative ale arborelui de la Freudenberg subliniază clar: gradul în care etanșarea este suficient de unctată este foarte important pentru durata de viață și fiabilitate, iar cu cât ungerea este mai abundentă, cu atât uzura este mai redusă; același material indică, de asemenea, că parametrii care influențează forța radială și starea de ungere afectează, de asemenea, consumul de frecare al etanșării.

Când inelele O sunt utilizate pentru arbori rotativi, o concepție greșită frecventă este «montarea cu puțină grăsime este suficientă». De fapt, aplicarea inițială a grăsimii poate rezolva doar faza de pornire, dar nu poate garanta un film de ulei stabil pe termen lung. În special în timpul funcționării pe termen lung, inelul O poate intra ușor în regim de ungere limită sau chiar în frecare uscată.

4. Răsucirea, rularea și «defecțiunea în spirală» sunt riscuri tipice ale etanșărilor dinamice cu inel O

Secțiunea transversală a inelului O este circulară și, în etanșările dinamice, este ușor afectată de forțele neuniforme de frecare, ceea ce duce la rulare și răsucire locală. Analiza Parker privind cauzele defecțiunii în spirală a inelului O include: formă neregulată a piesei, excentricitate, finisaj grosolan al suprafeței, lipsa lubrifiantului sau insuficiența acestuia, material prea moale, raport necorespunzător între secțiunea transversală și diametrul interior, precum și întindere incorectă la montare etc.; măsurile preventive includ reducerea neregularității formei și a excentricității, reducerea variației secțiunii transversale, asigurarea unei calități adecvate a suprafeței, utilizarea unui material mai dur și a unui raport rezonabil între secțiunea transversală și diametrul interior.

Această problemă este mai pronunțată la arborele rotativ. Starea ideală este: garnitura O fixată în canelură, iar mișcarea relativă apare doar la diametrul interior al garniturii O. În realitate, însă, dacă proiectarea canelurii, rugozitatea suprafeței, mărimea comprimării sau lubrifierea sunt inadecvate, garnitura O poate „aluneca de-a lungul arborelui”, se poate răsuci și poate rula parțial în canelură, manifestându-se în final astfel:

Apple Rubber subliniază în special, în proiectarea garniturilor O pentru rotație, faptul că aplicațiile rotative sau oscilante trebuie să evite întinderea garniturii O pe arbore; elastomerul supus întinderii și căldurii poate suferi o contracție, adică efectul Joule, ceea ce duce la creșterea temperaturii de contact și la creșterea riscului de defectare.

5. Neregularitatea formei circulare, devierea axială a arborelui și excentricitatea pot conduce la pierderea controlului presiunii de contact a garniturii O

Siguranțele rotative pentru arbore trebuie să suporte excentricitatea arborelui, coaxialitatea, rugozitatea suprafeței arborelui, duritatea acestuia și eroarea radială dinamică de fabricație. Siguranțele cu schelet ulei sunt, în mod obișnuit, dotate cu geometrie de labioasă și asistență prin arc, fiind capabile să compenseze, într-un anumit domeniu, deplasarea radială și să mențină etanșarea. Datele Freudenberg subliniază faptul că forța radială a siguranței provine din forța de coborâre în starea montată și din arc; proiectarea are ca scop reducerea forței radiale pentru a diminua frecarea și uzura, dar aceasta trebuie să fie, totuși, suficientă pentru a asigura etanșarea.

O-ring-urile nu au această structură specială cu încărcare prin arc. În cazul excentricității, compresia pe o parte este prea mare, provocând generarea de căldură și creșterea uzurii; pe cealaltă parte, compresia este insuficientă, ceea ce duce ușor la scurgeri. Proiectarea de protecție a O-ring-urilor rotative de la Apple Rubber menționează, de asemenea, că mișcarea relativă trebuie să apară doar între diametrul interior al O-ring-ului și arborele în rotație, iar acest lucru trebuie evitat prin controlul concentricității arborelui, al finisării suprafeței arborelui și al stării suprafeței canalului.

6. Când pot fi utilizate O-ring-urile ca etanșări rotative?

Este posibil, dar condițiile limită trebuie să fie stricte și, de preferință, confirmate prin teste reale de durată. Scenariile relativ potrivite includ:

Recomandările de proiectare a inelului O rotativ Apple Rubber enumeră măsuri pentru a reduce riscul de defecțiune, cum ar fi creșterea debitului de fluid pentru a disipa căldura, alegerea unui material auto-lubrifiant de calitate, limitarea presiunii, evitarea temperaturilor extreme și Datele sale menționează 180 de picioare de suprafață pe minut ca valoare superioară care necesită măsuri speciale de proiectare pentru proiectarea mecanică pentru a preveni acest scenariu specific de setare; această valoare corespunde aproximativ 0,91 m/s; aceste valori trebuie înțelese ca orientări pentru proiectarea specifică, nu

7. Când nu ar trebui să fie inelele O prioritatea principală?

Următoarele situații recomandă trecerea directă la etanșări cu carcasa metalică, inele V, etanșări cu buze, etanșări rotative din PTFE sau etanșări mecanice:

8. Cum se aleg diversele soluții alternative?

Segmen de etanșare cu carcasa / segmen de etanșare radial pentru arbore

Potrivit pentru cele mai comune arbori rotativi: reductoare, motoare, pompe, nave de roată, mașini agricole, echipamente de construcții. Avantajul său constă în maturitatea structurală, costuri controlabile, instalare standardizată și asigurarea reținerii uleiului, protecției împotriva prafului și unei contacte relativ stabile prin menținerea buzei și a arcului. Descrierea tehnică a Freudenberg privind segmenii de etanșare radiali pentru arbore subliniază faptul că obținerea unei etanșări fiabile, fiabilitatea ridicată, compatibilitatea cu mediile, frecarea redusă și instalarea ușoară sunt cerințe importante pentru aceste segmeni.

V-Ring

Potrivit pentru prevenirea prafului, rezistența la noroi și apă, etanșarea la apă, etanșarea axială pe fața frontală și protecția împotriva contaminării externe. V-Ring-urile se rotesc de obicei împreună cu arborele, iar buza este în contact axial cu o față frontală fixă; nu sunt potrivite pentru presiuni diferențiale ridicate, dar sunt foarte potrivite pentru protecție externă auxiliară sau etanșare auxiliară.

Etanșare cu buză / Etanșare rotativă din PTFE

Potrivit pentru aplicații cu viteză ridicată, frecare redusă, temperaturi ridicate, medii chimice, scurgere redusă sau spațiu limitat. În special etanșările rotative din PTFE cu inel O sub presiune, care nu reprezintă esențial „inelul O gol în contact direct cu arborele”, ci un inel O care furnizează o forță elastică de precărcare, iar buza din PTFE este responsabilă de formarea frecării cu arborele în rotație. Gama de produse Trelleborg pentru etanșări rotative include și etanșări rotative din PTFE cu inel O sub presiune.

Sigiliu Mecanic

Potrivit pentru pompe, agitatoare, compresoare și alte echipamente rotative care necesită cerințe superioare privind etanșarea, presiunea, mediile corozive sau funcționarea pe termen lung. Asigură etanșarea prin perechi de fețe de frecare, nu prin intermediul unui inel de cauciuc care acționează direct asupra arborelui în rotație. Inelele O pot fi utilizate în interiorul etanșărilor mecanice, dar de obicei ca etanșări statice auxiliare sau etanșări de compensare, nu ca etanșări principale de frecare rotativă.

9. Parametrii care trebuie solicitați la întrebări sau la confirmarea tehnică cu clienții

Înainte de a evalua dacă un inel O poate fi utilizat pentru etanșarea rotativă, trebuie cel puțin să confirmați următoarele informații:

10. Rezumatul punctelor de vedere esențiale

Garniturile O nu sunt incapabile să asigure etanșarea în mișcare de rotație, dar nu sunt potrivite să fie considerate implicit ca principală garnitură de etanșare pentru arborele în rotație. Principalele riscuri asociate se concentrează pe: căldura generată prin frecare, lubrifierea insuficientă, răsucirea/rostogolirea, uzură și zgârieturi, saltul arborelui care provoacă un contact neuniform, deformarea permanentă prin comprimare și durata de viață instabilă.

Principiul ingineresc mai riguros este:

Etanșarea statică – prioritar garnituri O; arborii în rotație continuă – prioritar garnituri cu buze, garnituri cu carcasa metalică, garnituri în V sau etanșări mecanice; garniturile O fără suport sunt utilizate doar în scenarii cu viteză scăzută, presiune scăzută, lubrifiere suficientă și riscuri verificabile.