Come funzionano gli O-ring

Come funzionano gli O-ring

O-ring è uno dei tipi di guarnizioni più semplici e comuni per una vasta gamma di applicazioni statiche e dinamiche. Il design della scanalatura dell'O-ring è relativamente semplice: una tenuta economica e affidabile si ottiene seguendo le regole della forma della scanalatura sviluppata. La tendenza dell'O-ring a tornare alla sua forma originale quando la sezione trasversale è compressa è la ragione fondamentale per cui l'O-ring fa una buona tenuta.

Fondamentalmente, una guarnizione ad O-ring è costituita da una sezione trasversale circolare elastica in una scanalatura O-ring progettata, fornendo una compressione iniziale.

La forza richiesta per un O-ring compresso è il risultato della durezza e del diametro della sezione trasversale. La tensione dell'O-ring passa attraverso una sezione trasversale ridotta, che riduce il potenziale di compressione della tenuta della guarnizione dell'O-ring.

L'elasticità naturale dei composti di gomma fornisce una tenuta a pressione zero o molto bassa. Le prestazioni di tenuta possono essere migliorate aumentando l'estrusione radiale. Questo aumento dell'estrusione può avere un effetto avverso di tenuta dinamica a pressione più elevata.

L'estrusione radiale fornisce attrito tra l'O-ring e la scanalatura che lo mantiene in posizione. Progettato per deformarsi, il composto di gomma scorre verso l'alto nello spazio di estrusione, sigillandolo completamente contro le perdite fino a quando la pressione applicata non è sufficiente per superare l'attrito e la deformazione dell'O-ring nel piccolo spazio di estrusione (supponendo che la gomma abbia raggiunto il suo limite di flusso sotto pressione, un ulteriore aumento di forza si tradurrà in un fallimento attraverso il taglio o l'estrusione).

La scanalatura è progettata per fornire una forza iniziale su un albero tra il 7% e il 30% alla percentuale di tenuta. Questo La forza di compressione è solitamente perpendicolare all'intervallo della forza applicata. C'è un volume gratuito di slot su altri assi.

Quando viene applicata la pressione, l'O-ring si sposta verso il lato a bassa pressione della scanalatura. La pressione di tenuta viene trasferita sulla superficie per essere sigillata, che è in realtà superiore alla pressione del fluido esercitata da una quantità pari alla pressione di interferenza iniziale.

Aumentare lo stress di interferenza tra la guarnizione e la superficie di accoppiamento causata dalla pressione applicata. Sebbene questa situazione esista ancora, l'O-ring continuerà a propagarsi normalmente e in modo affidabile fino a centinaia di libbre di forza, supponendo che l'O-ring sia selezionato alla dimensione corretta e che la scanalatura sia lavorata alla dimensione appropriata.

Con l'aumento della pressione, la deformazione dell'anello sarà esagerata e infine spremere la parte dell'anello allo spazio di estrusione. Se il gioco di estrusione è troppo grande, la guarnizione che è completamente estrusa dall'alta pressione fallirà.

Quando la pressione viene rilasciata sul composto di gomma, l'elasticità di un O-ring ritorna alla sua forma naturale, preparandosi per un ciclo simile.

Questi materiali, alla loro normale temperatura operativa, sono quasi impossibili da comprimere e hanno un modulo elastico molto basso. La loro forma può essere cambiata (non il loro volume) e la compressione radiale applicata comporterà un aumento della lunghezza della guarnizione attraverso la scanalatura.

Questo aumento sarà maggiore a causa della gomma espansa e riscaldata a causa della compatibilità del fluido di tenuta e del materiale. Il serbatoio deve essere dimensionato correttamente per consentire la massima espansione del composto di gomma o il componente svilupperà sollecitazioni molto elevate.

Quando viene applicata una forza sufficiente, l'O-ring si sposterà verso il lato a bassa pressione fino alla sua superficie di contatto della scanalatura. Ulteriore pressione o forza spremerà l'O-ring deformato verso lo spazio. L'O-ring verrà inizialmente deformato a forma di "d". Questa deformazione aumenta la sezione trasversale iniziale dell'area di contatto della superficie del 70- 80%. L'area di contatto superficiale dell'O-ring ad alta pressione è circa il doppio di quella della geometria originale a pressione zero.

La possibilità di sigillare l'estrusione non si limita alle applicazioni dinamiche. Nelle applicazioni assiali statiche, la tensione del bullone di assemblaggio ad alta pressione può aprire lo spazio di estrusione abbastanza da consentire perdite.

Il limite di pressione interno è determinato dal gioco e dalla durezza dell'anello di tenuta (alcuni dati sono mostrati nella figura precedente). In pratica, gli spazi vuoti sono solitamente specificati per una data dimensione e applicazione dell'anello. Se si lavora a basse temperature, potrebbe essere necessario ridurre la profondità della ghiandola per compensare la contrazione dell'anello e fornire la compressione richiesta nelle dimensioni di contrazione.

A questa temperatura all'altra estremità dell'equilibrio, può essere preferibile aumentare leggermente la profondità della scanalatura per evitare un'estrusione superiore dell'anello alla temperatura di esercizio. Questo effetto può essere significativo a temperature estreme perché il coefficiente di espansione termica degli elastomeri è superiore a quello dei metalli.