
Dinamický O-ring tesnenia vyvážajú tesniaciu silu, trenie, mazaciu vrstvu, úniky a životnosť. Statické tesnenia sa zameriavajú predovšetkým na to, či sa po stlačení udrží kontaktové napätie po dlhú dobu; dynamické tesnenia musia okrem toho zvládnuť relatívny pohyb, preto tu vstupujú do hry aj sila potrebná na prekonanie začiatočného odporu, prevádzkové trenie, jav „stick-slip“ (zasekanie a následné posunutie) / pomalý posun, tvorba tepla, opotrebovanie a rozpad mazacej vrstvy.
O-krúžok musí byť dostatočne stlačený, aby zabezpečil tesnenie, avšak čím je stlačenie väčšie, tým je väčšie trenie a opotrebovanie.
Rúry Parker Príručka pre O-krúžky zoskupuje hlavné faktory ovplyvňujúce trenie dynamického tesnenia do troch kategórií: faktory súvisiace s tesniacou súčiastkou (geometrický tvar, výrobné tolerancie, predstlačenie, tvrdosť materiálu, koeficient suchého/mokrého trenia, nádych a správanie pri nízkych teplotách); faktory prostredia (tvorba mazacej vrstvy, viskozita a jej závislosť od teploty); a faktory prevádzkových podmienok (prevádzkový tlak, rýchlosť trenia, drsnosť povrchu protiľahlej kovovej plochy, strojnícke tolerancie, radiálna záťaž piestového hriadeľa a podmienky vedenia do tesnenia).
Dynamické trenie tesniaceho krúžku O sa dá zjednodušiť nasledovne: Ff ≈ μ × N, kde N ≈ N(predtlač pri stlačení) + N(tlak média) + N(nesúhlasnosť/zavádzanie). Inými slovami, trenie nie je určené len materiálom – rozhodujú o ňom spoločne koeficient trenia μ a kontaktná sila N.
Po inštalácii O-krúžku do drážky sa stlačí radiálne alebo axiálne, čím vznikne počiatočný tlak kontaktu pri tesnení. Tento tlak je výhodný pre statické tesnenie, avšak v dynamickom tesnení sa stáva zdrojom trenia. Čím je väčšia veľkosť stlačenia, tým je väčšia kontaktná plocha a vyšší tlak na tesniacej línii – štartovacie aj prevádzkové trenie sa zvyčajne zvyšujú. V Parkerovej tabuľke nízkeho trenia sú tiež jasne uvedené nasledujúce smery zníženia trenia: „znížiť stlačenie O-krúžku, znížiť prierez, znížiť tvrdosť, znížiť tlak, použiť mazivo, znížiť drsnosť bežnej povrchovej plochy“. Avšak tu vzniká technický kompromis: príliš malé stlačenie môže spôsobiť únik; príliš veľké stlačenie vedie k vyššej sile odtrhnutia, vyššej teplote a väčšiemu opotrebeniu.
V hydraulických valcoch, pneumatických valcoch a aktuátoroch sa O-krúžok neinštaluje jednoducho stlačením – tlak v systéme ďalej tlačí O-krúžok smerom k tesniacej ploche, čím sa zvyšuje kontaktový tlak. Pre O-rings , sa trenie zvyčajne zvyšuje so zvyšujúcim sa tlakom; podľa príručky firmy Parker sa trenie O-krúžku tiež zvyšuje so prevádzkovým tlakom. Preto je bežným problémom v hydraulických valcoch vysokého tlaku nasledovné: čím je vyšší tlak, tým spoľahlivejšie je tesnenie, avšak trenie, teplo a opotrebovanie sa tiež výraznejšie zvyšujú.
Guma nie je tuhý materiál, ale viskoelastický materiál. Počas klzania sa vyskytuje povrchová adhézia, lokálna elastická deformácia, hysterézna strata a oneskorenie mikrostrihu/komprimovania a odskoku. To znamená, že trenie O-krúžku nevzniká iba kvôli povrchovej „odškrabávaniu“, ale tiež kvôli stratám energie v tele gumy počas cyklu deformácie a obnovy. Tvrdosť, systém plnív, úprava povrchu, polarita materiálu a kompatibilita prostredia všetky ovplyvňujú správanie pri trení.
Odtrhová sila, nazývaná tiež odtrhové trenie alebo statické trenie, je problém, ktorý si zákazníci dynamických tesnení najľahšie všimnú, a zvyčajne sa prejavuje nasledovne: skokové zvýšenie tlaku v hydraulickom valci v okamihu štartu; pneumatický valec sa pri prvom pohybe jasne „zasekne“; polohovanie aktuátorov začína nerovnomerne; prvý pohyb po období vypnutia je obzvlášť náročný; servosystémy vykazujú pri polohovaní chvenie alebo prekročenie cieľovej polohy. Referenčná príručka firmy Parker rozlišuje „statické trenie, ktoré je potrebné prekonať pri začiatku pohybu“, od „dynamického trenia počas samotného pohybu“ a upozorňuje, že statické trenie je obzvlášť dôležité v reciprokých alebo valcových aplikáciách.
Po tom, čo O-krúžok zostane v pokoji po určitú dobu, sa mazivý film medzi kontaktujúcimi sa povrchmi postupne vytláča predbežným stlačením a povrchy gumy a kovu sa k sebe približujú do stavu trenia alebo hranicného trenia. Čím je doba pokoja dlhšia, tým je olejový film tenší a adhézia výraznejšia, a tým vyššia je sila potrebná na prekonanie statického trenia (breakout force). Podľa príručky spoločnosti Parker je statické trecie prekonávacie (break-out) trenie elastoméru zvyčajne výrazne vyššie ako dynamické trenie; čím je doba pokoja dlhšia, tým ľahšie sa olej vytláča z povrchu tesniaceho kontaktu a trecia sila potrebná na prekonanie statického trenia sa môže priblížiť úrovni hranicného trenia – dokonca dosiahnuť niekoľkokrát vyššiu hodnotu ako bežné prevádzkové trenie.
Vplyvový faktor |
Vplyv na prekonávacie (breakout) trenie |
Nadmerným stlačením |
Vyšší kontaktový tlak, vyššie prekonávacie (breakout) trenie |
Drážka príliš úzka |
O-krúžok sa nemôže rozumne deformovať, abnormálny kontaktový tlak |
Nesprávna tvrdosť materiálu |
Vyšší kontaktový tlak, zlá flexibilita pri nízkych rýchlostiach |
Lepivý povrch materiálu |
Pripevá sa k povrchu kovu, po státí sa zhoršuje |
Nedostatočné mazanie |
Vyšší podiel hranicového trenia |
Dlhá doba státia |
Mazivý film sa vytlačí von, adhézia sa posilní |
Vysoká teplota |
Viskozita média klesne, mazivý film sa ľahko preruší |
Povrch je príliš drsný |
Rezanie, opotrebovanie O-krúžku |
Povrch je príliš hladký |
Obzvlášť v pneumatických aplikáciách nie je vhodné na udržanie mazivého filmu |
Nesúlad medzi zástrčkou a valcom |
Lokálna nadmerná kompresia, lokálne zvýšenie trenia |
Prevádzkové trenie je odpor, ktorý O-krúžok vyvoláva počas nepretržitého striedavého pohybu. Priamo ovplyvňuje účinnosť valca, rýchlosť reakcie aktuátora, stabilitu pri nízkych rýchlostiach, tvorbu tepla, životnosť tesnenia, spotrebu energie a presnosť riadenia. Zložitosť prevádzkového trenia: nižšie trenie často znamená vyššie riziko úniku; tesnejšie tesnenie zvyšuje trenie a opotrebovanie. Príručka spoločnosti Parker tiež jasne uvádza, že zníženie kontaktnej sily zvyšuje riziko úniku, preto sa nízke trenie a vysoká tesniaca schopnosť často musia vzájomne vyvážiť.
Stav trenia |
Charakteristiky |
Risko |
Hraničné trenie |
Veľmi tenká olejová vrstva, rozsiahle mikrokontakty gumy a kovu |
Vysoké počiatočné trenie, opotrebovanie |
Zmiešané trenie |
Lokalizovaná olejová vrstva, lokálne priame kontakty |
Bežné pri dynamických tesneniach |
Tekutinové mazanie |
Kontaktné plochy sú neustále oddelené olejovou vrstvou |
Nízke trenie, ale vyššie riziko úniku |
Parkerov príručka používa Stribeckovu krivku na popis trenia pri tesnení: od statického štartu sa zvyčajne nachádza v oblasti hraničného trenia a únik sa výrazne zvyšuje pri prechode do zmiešaného trenia; čisté tekutinové mazanie dosahuje relatívne stabilné trenie v tesnení a nepretržité mazanie výrazne zníži riziko úniku. V typickom opise v príručke je koeficient hraničného trenia približne 0,3 a pri zmiešanom trení môže klesnúť na približne 0,06–0,08, hoci konkrétna hodnota závisí od pomeru mazania a prevádzkových podmienok.
Pri nízkych rýchlostiach reciprokého pohybu je ťažké vytvoriť mazaciu vrstvu, a teda trenie prevažne prebieha v hraničnej alebo zmiešanej oblasti, čo zvyšuje pravdepodobnosť odporu pri štarte, creepu a opotrebenia. So zvyšujúcou sa rýchlosťou sa mazacia vrstva ľahšie vytvára a koeficient trenia môže klesnúť; podľa Parkerovho technického sprievodcu sa zvyšovanie rýchlosti pohybu piesta všeobecne prejavuje znížením trenia, pretože vyššia rýchlosť umožňuje ľahšie vytvoriť účinnú mazaciu vrstvu – absolútne trenie však stále závisí od konštrukcie tesnenia, materiálu, tlaku a stupňa odberu mazivej vrstvy. Rýchlosť však nie je čím vyššia, tým lepšia. Pri veľmi vysokých rýchlostiach sa aj napriek poklesu koeficientu trenia môže stále zvyšovať výkon trenia: Ptepla = Ff × v. Typickými problémami pri nízkorýchlostnom reciproknom pohybe sú teda obavy z creepu, zatiaľ čo pri vysokých rýchlostiach sú hlavnou obavou tvorba tepla a opotrebenie.
Stick-slip, často označovaný aj ako sticking-slipping, creep, jitter alebo nízko-rýchlostná nestabilita, nie je jednoducho „veľké trenie“ – ide o dynamický jav, pri ktorom sa sila trenia nestabilne mení v závislosti od rýchlosti a navyše sa prekrýva s elasticitou systému.
Typické prejavy: pneumatický valec vibruje pri nízkorýchlostnom chode; hydraulický valec sa pri nízkej rýchlosti pohybuje nesúvisle; aktuátor pri presnom nastavovaní pozície najprv zasekne a potom náhle skočí; mikro-polohovanie servovalca je nestabilné; pri nízkej rýchlosti a vysokom zaťažení sa vyskytuje periodický jitter; pri zmenách smeru sa občas vyskytujú zreteľné nárazy.
Podľa príručky firmy Parker existujú tri nevyhnutné podmienky výskytu javu stick-slip: statické trenie nepretržite prevyšuje dynamické trenie; rýchlosť pohybu je nižšia ako rýchlosť zodpovedajúca minimu koeficientu trenia; výkon sa prenáša cez elastické teleso, čo sa bežne vyskytuje u hydraulických valcov s stlačiteľným olejovým stĺpcom.
Z inžinierskeho hľadiska: najprv sa zasekne, tlak v systéme alebo elastická deformácia sa postupne hromadia; keď sa prekoná štatické trenie, trenie náhle klesne a pohyblivá časť sa rýchlo presunie dopredu; potom sa rýchlosť zníži a opäť sa vstúpi do stavu zaseknutia. Toto je cyklus „zaseknutie–náraz–zaseknutie–náraz“.
Pri nízkej rýchlosti je mazací film nedostatočne hrubý a tesniaca plocha sa nachádza častejšie v oblasti hranicového trenia. V tomto prípade sa štatické a dynamické trenie veľmi líšia. Tento jav je najvýraznejší u pneumatických systémov. Podľa príručky firmy Parker sú podmienky mazania pneumatických tesnení menej priaznivé ako u hydraulických tesnení; ak sa používa mazanie tukom, mazací film sa nemôže neustále dopĺňať tak, ako pri dodávke oleja, a postupne sa odstraňuje pri vratných pohyboch. Pri pneumatických valcoch s nízkou rýchlosťou sa riziko zaseknutia a poskakovania (stick-slip) ešte zvyšuje, ak sa rýchlosť zníži škrtiacim uzavretím prívodu vzduchu; ostré okraje tesnenia a nevhodná drsnosť povrchu kovových častí tento problém tiež zhoršujú.
Nízka rýchlosť sama o sebe nie je problém. Problémom je nedostatočné vytváranie mazacej vrstvy pri nízkej rýchlosti, statické trenie je oveľa väčšie ako dynamické trenie, nepriaznivý sklon krivky trenie-rýchlosť a navyše pružnosť systému. Preto keď zákazník hovorí: „Pneumatický valec sa pohybuje pošmykmi pri nízkej rýchlosti“, odpoveď nemôže byť len: „Pridajte viac maziva.“ Je potrebné tiež skontrolovať: je stlačenie O-krúžku príliš veľké; je materiál príliš tvrdý alebo má lesklý povrch; je povrch valcového vývrtu príliš drsný alebo príliš lesklý; už dlhšie chýba olejové mazanie; je pohyblivý piestový hriadeľ vychýlený zo stredovej osi; dosahuje sa nízka rýchlosť príliš prudkým škrtiacim regulátorom prívodu vzduchu; je priemer valcového vývrtu veľký, ale záťaž malá a nerovnomerná; či nie je potrebné prejsť na X-krúžok, Y-krúžok, U-kruhové tesnenie alebo kombinované tesnenie s nízkym trením.
Dynamické tesnenia nie sú ani úplne suché trenie, ani závislé od veľmi hrubej olejovej vrstvy. Ideálny stav je zvyčajne tenká, stabilná a dobre prilnavá mazacia vrstva.
Podľa Parkerovho referenčného manuálu je optimálnym stavom relatívne tenká mazacia vrstva s dostatočnou príľnavosťou; ak je mazacia vrstva odškrabnutá, tesnenie môže zostať stále veľmi tesné, avšak opotrebovanie sa zvyšuje rýchlejšie; ak je mazacia vrstva príliš hrubá, môže spôsobiť nežiaduce úniky.
Keď je mazacia vrstva príliš tenká: zvyšuje sa vyberacia sila; zvyšuje sa riziko lepenia a šmyku; intenzita opotrebovania povrchu gumy sa zvyšuje; zvyšuje sa lokálne zvýšenie teploty; kontaktová plocha O-krúžku na tesniacej hranke zosvetľuje a trhá sa; valec môže vykazovať piskľavý alebo chvejúci sa chod. Bežné príčiny zahŕňajú nedostatok maziva, nízku viskozitu média, vysokú teplotu, nevhodnú drsnosť povrchu, nadmernú predkompresiu a dlhú dobu nečinnosti.
Ak je mazací film príliš hrubý: trenie sa môže znížiť, avšak množstvo oleja na povrchu závodu sa zväčší; olejový film sa počas posuvného pohybu odnáša; zvyšuje sa vonkajší únik oleja alebo olejová hmla; pneumatický systém môže znečistiť prostredie; hydraulický valec môže vykazovať únik oleja cez závod. Preto tvrdenie „viac mazania je vždy lepšie“ neplatí – dynamické tesnenia potrebujú ovládateľný olejový film, nie neobmedzené dodávky oleja.

Vznik trením vyvolanej tepla sa dá pochopiť pomocou jednoduchého vzťahu: Ptepla = Ff × v. Pri nízkej rýchlosti sa množstvo tepla vyrobeného za jednotku času nemusí zdať veľké, avšak hranicové trenie a jav „stick-slip“ (prilepenie a následné preklzanie) sú výrazné; pri vysokej rýchlosti sa koeficient trenia môže znížiť, avšak rýchlosť posúvania je vysoká a rýchlosť vzniku tepla stále môže byť veľká. Vznik tepla spúšťa reťazovú reakciu: viskozita média klesá (podľa príručky firmy Parker pri vysokoteplotných podmienkach s nízkou viskozitou sa mazací film ďalej ztenčuje a trenie sa môže ešte viac zvýšiť, keď sa mazanie ešte ľahšie preruší), gumové materiály sa zmäknú alebo ztvrdnú (rôzne materiály – NBR, FKM, EPDM, HNBR – majú odlišné mechanizmy starnutia v závislosti od prostredia a teploty), kompresná deformácia sa zvyšuje (schopnosť tesniaceho prvku sa vrátiť do pôvodného stavu klesá, čo môže v budúcnosti viesť k úniku), opotrebovanie sa zvyšuje (únavové poškodenie povrchu, odpadávanie častíc, drhnutie, trhliny sa stávajú zreteľnejšie), mazivo (tuk) stárne (najmä v pneumatických alebo málo mazaných systémoch) a riadenie systému sa zhoršuje (trenie sa mení v závislosti od teploty, čo spôsobuje posun v odozve servopohonov a presných aktuátorov). Pre zákazníkov nie je vznik tepla izolovanou poruchou – je to spoločný výsledok nerovnováhy medzi trením, mazaním, materiálom, rýchlosťou a tlakom.
Tesniace krúžky O používané v reciprokých dynamických tesneniach sa zvyčajne opotrebujú skôr ako statické tesnenia. Podľa príručky firmy Parker spôsobuje opotrebovanie trenie; predpovedanie opotrebovania je ťažké, avšak priamo určuje životnosť tesniaceho krúžku O a frekvenciu údržby. Tesniace časti v mnohých prevádzkových podmienkach sa v skutočnosti dlhodobo nezaoberajú kvapalinovým mazaním, ale namiesto toho pracujú v oblasti zmiešaného trenia, preto odolnosť voči opotrebovaniu závisí predovšetkým od materiálu, mazivosti média a drsnosti povrchu súčiastok v kontakte.
Typ opotrebovania/zlyhania |
Vzor |
Bežná príčina |
Rovnomerné opotrebovanie |
Kontaktný povrch sa stane plochý a lesklý |
Normálne dynamické opotrebovanie, nadmerná kompresia |
Škrabanie |
Povrch s orientovanými rýhami |
Rudý alebo valcový povrch s vysokou drsnosťou, kontaminácia časticami, nedostatok oleja |
Adhézne opotrebovanie |
Lepkavý povrch, lokálne trhliny |
Vysoká teplota, neslučiteľný materiál a médium, vysoké trenie |
Únavové opotrebovanie |
Povrchové praskliny, odštiepovanie častíc |
Rýchla reciproká pohybová činnosť, pulzujúci tlak, únavové poškodenie materiálu |
Vytláčanie a okusovanie |
Okraj opotrebovaný, zhrubnutý |
Príliš veľká medzera, vysoký tlak, nedostatočná tvrdosť |
Špirálové skrútenie |
O-krúžok skrútený, lokálne zvinutý |
Zlá konštrukcia drážky, zlé mazanie, nestabilný smer pohybu |
Teplotné starnutie a opotrebovanie |
Zkáženie, praskanie, krehkosť |
Dlhodobá vysoká teplota, teplo trenia, útok prostredia |
Pre zákazníkov hydraulických a pneumatických valcov je najdôležitejšie rozlíšenie: Je to nedostatok tesniaceho materiálu alebo spôsobil opotrebenie povrch systému, mazanie alebo vedenie? Mnoho problémov po predaji nie je spôsobených tým, že materiál O-krúžku je „zlý“ – skôr je to tak, že podmienky prevádzky dynamického tesnenia už prekročili použiteľný rozsah bežného O-krúžku.
Dynamickú tesniacu dotykovú plochu nemožno posúdiť iba pomocou parametrov Ra. Dôležitý je tvar vrcholov a údolia povrchu, nosná plocha a metóda obrábania. Podľa príručky spoločnosti Parker vyžadujú dynamické tesniace dotykové plochy zvyčajne jemnejšiu úpravu povrchu ako statické tesniace plochy; odporúča sa referenčná drsnosť dotykovej plochy Rt ≤ 2,5 μm a Ra 0,25–0,5 μm, pričom je potrebné zohľadniť aj nosnú plochu a tvar vrcholov; povrchy vytvorené broušením, ťahaním a podobnými studenými technológiami nesmú mať ostré vrcholy a údolia môžu slúžiť ako potenciálne rezervoáry maziva, čo pomáha zlepšiť dynamické tesnenie.
Príliš drsný povrch spôsobuje: poškodenie gumy; destabilizáciu olejového filmu; zvýšenie podielu zmiešaného trenia; zvýšenie abrazívneho opotrebovania; skrátenie životnosti tesnenia.
Príliš hladký povrch nie je vždy ani dobrý – najmä za pneumatických podmienok a pri nízkom mazaní. Nadmerné leštenie môže viesť k zhoršenej schopnosti udržiavať mazaciu vrstvu, k lepšiemu prilnavosti gumy na kovovom povrchu a k zvýšeniu počiatočného trenia a javu „lepenia a šmyku“.
Dynamické tesniace povrchy by teda mali dosiahnuť: žiadne vrcholy, dostatočnú nosnú plochu a schopnosť udržať mikro-množstvo mazivej vrstvy – nie slepé zrkadlové leštenie.
Hydraulické valce zvyčajne používajú olejové prostredie, čo zabezpečuje lepšie podmienky mazania v porovnaní s pneumatickými systémami, avšak tlak je vysoký a tlaková sila v mieste tesnenia je veľká.
Typické problémy: trenie sa zvyšuje pri vysokom tlaku; po vypnutí je vysoký odpor pri prekonávaní statického trenia; servovalcový valec pri nízkych rýchlostiach plazí; únik oleja alebo prosakovanie na konci tyče; vznik tepla pri rýchlych reciprokých pohyboch; poškodenie kontaminujúcimi časticami; nadmerná medzera spôsobuje extrúziu a požeranie materiálu. Požiadavky, ktoré musí splniť hydraulické O-krúžkové tesnenie, nie sú len „odolné voči oleju“ – zahŕňajú aj trenie, kompresnú deformáciu, odolnosť proti extrúzii, odolnosť proti opotrebeniu, odskok pri nízkych teplotách a kompatibilitu so špecifickými prísadami do hydraulického oleja.
Najväčším problémom pre pneumatické valce je nedostatočné mazanie – mnoho moderných pneumatických systémov sa snaží dosiahnuť bezolejový alebo minimálne olejový prevádzkový režim, takže O-krúžkové tesnenie dlhodobo pracuje v oblasti hraničného/miešaného trenia.
Typické problémy: pohyb pri nízkej rýchlosti (creep); štartovacia adhézia; suché trenie tesniacej plochy; postupné odškrabávanie maziva; lepenie po dlhšom státí; nestabilita mikrohydraulického valca. Podľa príručky firmy Parker sú podmienky mazania pneumatických tesnení náročnejšie ako u hydraulických tesnení; mazanie tukom sa nepretržite neobnovuje a mazací film sa počas pohybu odškrabáva pozdĺž okraja tesnenia.
Pri aktuátoroch sa kladie zvláštny dôraz na presnosť riadenia. Všeobecné tesnenie môže spĺňať požiadavku „bez úniku“, avšak nie nutne aj požiadavky „nízke trenie, nízka hystereza, nízky creep“.
Typické požiadavky: nízka sila na prekonanie počiatočného odporu; stabilná sila trenia; malý rozdiel v sile trenia pri reverzných pohyboch; malý posun sily trenia pri zmene teploty; ovládateľné mikro-posuny; žiadne lepenie a šklbanie (stick-slip). Títo zákazníci zvyčajne nemôžu používať ako hlavné dynamické tesnenie bežné O-krúžky – vyžadujú sa materiály s nízkym trením, O-krúžky s povlakovým povrchom, X-krúžky, kompozitné tesnenia z PTFE alebo špeciálne piestové/tyčové tesnenia.
Stlačenie dynamického tesniaceho O-krúžku by sa zvyčajne malo uplatňovať opatrnejšie ako pri statických tesneniach; príliš vysoké stlačenie zvyšuje odtrhovú silu a opotrebovanie.
Inžinierske odporúčania: nepreberajte mechanicky kompresné pomery pre statické tesnenia; presne kontrolujte hĺbku a šírku drážky; vyhýbajte sa príliš úzkej drážke, ktorá nedáva O-krúžku priestor na deformáciu; v prípadoch vysokého tlaku zvážte súčasné použitie podpornej krúžkovitej podložky namiesto samotného zvyšovania stlačenia; systémy s vysokými požiadavkami na trenie by mali prioritu dať skúškam trenia alebo overeniu vzoriek.
Nižšia tvrdosť môže poskytnúť lepšie trenie a hladšiu prispôsobivosť, avšak slabšiu odolnosť voči extrúzii; vyššia tvrdosť zabezpečuje vyššiu odolnosť voči extrúzii, avšak môže zvýšiť kontaktný tlak a odtrhovú silu.
Prevádzkový stav |
Smer tvrdosti |
Nízky tlak, nízke trenie, presný pohyb |
Môže sa uvažovať o nižšej tvrdosti |
Vysoký tlak, veľká medzera, vysoký požiadavok na odolnosť voči extrúzii |
Vyžaduje sa vyššia tvrdosť alebo podporovacie krúžky |
Zjavné pomalé plazenie pri nízkych rýchlostiach |
Nesmie sa slepo zvyšovať tvrdosť |
Zjavné opotrebenie pri vysokých rýchlostiach |
Je potrebné brať do úvahy odolnosť materiálu proti opotrebeniu a chladenie/mazanie spoločne |
Pneumatické systémy s malým množstvom oleja |
Zameranie sa na povrch s nízkym trením a schopnosť udržiavať mazivo |
Materiál |
Zameranie sa na dynamické tesnenie |
NBR |
Bežné v hydraulickom oleji, nízka cena, ale obmedzená odolnosť voči vysokým teplotám a ozónu |
HNBR |
Leššia tepelná, olejová a mechanická odolnosť ako NBR, vhodné pre náročnejšie hydraulické systémy |
FKM |
Vysoká odolnosť voči teplote, dobrá chemická odolnosť, avšak je potrebné vyhodnotiť pružnosť pri nízkych teplotách a trenie |
EPDM |
Vhodné pre vodu, paru a niektoré brzdové kvapaliny, nie je vhodné pre minerálne oleje |
PU |
Odolné proti opotrebovaniu a extrúzii, bežné v hydraulických tesniacich kruhoch, avšak zvyčajne nie je priamou náhradou štandardných O-krúžkov |
Tesniaci prvok zo zloženého materiálu PTFE |
Nízke trenie, dobrá odolnosť proti creepu, avšak zvyčajne vyžaduje elastomérový energizátor |
Pri problémoch s odtrhovou silou, odporom pri montáži, javom šmyk-klz a automatickom zaseknutí pri montáži zvážte povrchové povlakovanie O-krúžku alebo povrchovú úpravu s nízkym trením. Materiál Seal-Glide od spoločnosti Trelleborg uvádza, že povrchová úprava môže znížiť trenie pri montáži a prevádzke, znížiť tendenciu k javu šmyk-klz a zlepšiť mazivosť bez výraznej zmeny geometrie tesnenia; tento materiál je tiež vhodný pre EPDM, NBR, HNBR, FKM, FFKM, VMQ a iné elastoméry.
Z inžinierskeho hľadiska sa tieto metódy dajú zoskupiť nasledovne: povlakovanie PTFE; povlakovanie suchým mazivom; povrchová úprava na báze kremíka/vosku; grafitovanie; ionizačná alebo nanoškálová povrchová modifikácia; zmes s nízkym trením.
Poznámka: povlakovanie nie je univerzálnym riešením. Pri vysokotlakových a vysokopotrebovaných podmienkach je potrebné overiť trvanlivosť povlaku, jeho adhéziu, kompatibilitu so strediskom a deformáciu pri montáži.
Štandardný O-krúžok má jednoduchú štruktúru, nízku cenu a dobrú univerzálnosť, avšak nie je najlepším riešením pre každý dynamický tesniaci scenár.
Zvážte alternatívnu štruktúru v prípadoch, keď nastanú nasledovné javy: dlhodobé pomalé deformovanie (creep); vysoká požiadavka na presnosť polohy; nadmerný tlak pri začiatku pohybu (breakout pressure); vysoké tepelné zaťaženie pri reciproknom pohybe; časté opotrebovanie; vytláčanie a poškodenie materiálu pod vysokým tlakom (extrusion nibbling); veľké kolísanie trenia; zákazník vyžaduje súčasne nízku únikovosť a nízke trenie.
Alternatívne riešenie |
Smer použitia |
X-krúžok/Quad krúžok |
Stabilnejší ako O-krúžok, lepšia odolnosť proti torznému namáhaniu |
U-krúžok/Y-krúžok |
Bežne sa používa pri tesnení pohyblivých tyčí a piestov, lepšie ovládateľná tesniaca hrana |
Glyd Ring |
PTFE posúvacie krúžky + O-krúžok ako energizátor, nízke trenie, odolnosť proti javu „stick-slip“ |
Step seal |
Bežne sa používa pri hydraulických tesneniach tyčí, nízke trenie, nízka únikovosť |
Špeciálna pneumatická tesniaca páska |
Nízkotrecia nábojová konštrukcia, vhodná pre pneumatické systémy s nízkym obsahom oleja alebo bez oleja |
PTFE tesniaca páska so závitovou pružinou |
Tesnenie odolné vo vysokých teplotách a chemikáliách, s nízkym trením |
Príznaky z hľadiska zákazníka |
Možná príčina |
Kontrolný bod |
Smer zlepšenia |
Vysoký štartovací tlak |
Vysoké statické trenie, porušenie olejovej vrstvy, nadmerná kompresia |
Roughness povrchu, kompresia, materiál/náter |
Zlepšiť mazanie, znížiť kompresiu, zmeniť povrchovú úpravu |
Plazivý pohyb pri nízkych rýchlostiach |
Jav „drhnutie-klzanie“, nedostatočná pružnosť alebo mazanie systému |
Rýchlosť, dodávka vzduchu/oleja, konštrukcia tesnenia |
Prejsť na špeciálne pneumatické tesnenie, zlepšiť vlastnosti pri prekonávaní statického trenia, zlepšiť konštrukciu tesnenia |
Statické trenie valca |
Prevádzka s malým množstvom oleja, mazivo sa odškrabáva |
Tvar povrchu zástrčky/valca |
Pridať povlak, zlepšiť drsnosť bežného povrchu |
Vznik tepla pri vysokých rýchlostiach |
Vysoký výkon trenia, zlá odvod tepla |
Rýchlosť, frekvencia pohybu, nárast teploty |
Znížiť trenie, zlepšiť materiály, optimalizovať chladenie/mazanie |
Nerovnomerné opotrebovanie tesniaceho krúžku O |
Príliš veľká kompresia, dlhodobé zmiešané trenie |
Kontaktná plocha, tvrdosť, rýchlosť |
Znížiť kompresiu, vymeniť materiál |
Poškriabanie povrchu |
Rough povrch tyče/valca, kontaminujúce častice |
Roughness povrchu tyče/valca |
Obrusovať, brúsiť/lapovať, filtrovať, udržiavať čistotu pri montáži |
Hryznutie hranami |
Vysokotlaké extrúzie, veľká čistina |
Extrúzna medzera, tvrdosť, záložný prsteň |
Pridajte záložný prsteň, zvýšte tvrdosť, znížte čistotu |
Zostáva po vypnutí |
Adhézia materiálu, rozptýlenie olejového filmu |
Kompatibilita médií, teplota, čas vypnutia |
Zmena materiálu, povlak, zlepšenie mazania |
Postupný rast úniku |
Opotrebovanie, chyba drážky, kompresný súbor |
Rozmery drážky, kompresný súbor |
Nastavte drážku, vymeniť materiál, skontrolovať |
Anomálne kolísanie trenia |
Krútené tesnenie, nerovnomerné rozloženie maziva |
Smer inštalácie, stav povrchu |
Zlepšiť zaťaženie, zlepšiť riadenie, riadiť koaxualitu |
Problém trenia dynamických O-ringových tesní je v podstate spojením piatich faktorov: materiál + kompresia + povrch + mazivý film + prevádzkový stav. Najľahšie prehliadané faktory sú mazivý film a trenie pri výtržnom trvaní. To, čo mnohí zákazníci považujú za "zavesenie, plazenie sa, vytváranie tepla, opotrebovanie", má často tieto skutočné príčiny: nadmerné stlačovanie; dizajn drážky, ktorý je zaujatý myslením statického tesnenia; nevhodná hrubosť povrchu; nedostatočné ma