33-99 č. Mufu E cesta, okres Gulou, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]

Kontaktujte nás

Knihovňa

Domovská stránka /  Knižnica

Trenie, sila potrebná na prekonanie počiatočného odporu (breakout force) a jav „zaseknutie a posun“ (stick-slip) pri dynamických tesniacich kruhoch O-ring

Jul.23.2026

6e61e89a84aec6d2befe081c0284f16(0dfc82e63e).png

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).

1. Odkiaľ vzniká trecia sila?

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.

1.1 Trenie spôsobené predtlačou pri stlačení

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.

1.2 Trenie spôsobené tlakom média

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.

1.3 Trenie spôsobené viskoelastickosťou materiálu

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.

2. Odtrhová sila: Prečo je počiatočné spustenie také náročné?

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.

2.1 Odtrhové trenie je vyššie ako bežné (pohybové) trenie

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.

2.2 Hlavné príčiny vysokého prekonávacieho (breakout) trenia

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

3. Prevádzkové trenie: Nižšie nie je vždy lepšie

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.

3.1 Hraničné trenie, zmiešané trenie a kvapalné mazanie

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.

3.2 Vplyv rýchlosti na trenie

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.

4. Problémy so štiepením a creepom

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.

4.1 Tri podmienky výskytu javu stick-slip

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“.

4.2 Prečo sa creep pravdepodobnejšie vyskytuje pri nízkej rýchlosti

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.

4.3 Podstata creepu nie je „príliš pomalá“, ale „nestabilná krivka trenia"

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.

5. Mazacia vrstva: Kľúčový bod rovnováhy pre dynamické tesnenia

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.

5.1 Príliš tenká mazacia vrstva

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.

5.2 Príliš hrubá mazacia vrstva

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.

e73931b35ef4dc05a05958f11a5f4fb(946fce6310).png

6. Teplota: Zosilňovač problémov s trením

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.

7. Opotrebovanie: Kritický bod životnosti dynamických tesniacich krúžkov O

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.

7.1 Bežné formy opotrebovania/zlyhania

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.

8. Drsnosť povrchu: Príliš drsný aj príliš hladký povrch môžu byť problémom

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.

8.1 Povrch je príliš drsný

Príliš drsný povrch spôsobuje: poškodenie gumy; destabilizáciu olejového filmu; zvýšenie podielu zmiešaného trenia; zvýšenie abrazívneho opotrebovania; skrátenie životnosti tesnenia.

8.2 Povrch je príliš hladký

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.

9. Rozdiely medzi hydraulickými valcami, pneumatickými valcami a aktuátormi

9.1 Hydraulické valce

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.

9.2 Pneumatické valce

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.

9.3 Aktuátory a servosystémy

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.

10. Návrh a výber protiopatrení

10.1 Znížte stlačenie, ale neobetujte tesnenie

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.

10.2 Vyberte vhodnú tvrdosť

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

10.3 Optimalizácia materiálu

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

10.4 Povrchové povlaky a úpravy na zníženie trenia

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.

10.5 Nepoužívajte O-krúžok, ak to nie je nevyhnutné

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

11. Tabuľka diagnostiky porúch

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

12. - Čo? Základný záver

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