Wstęp Technika uszczelnieniowa -Prädifa Należąca do firmy Corporation dywizja Engineered Materials Group jest światowym liderem w dziedzinie projektowania, opracowywania i wytwarzania systemów uszczelnień, tłumików drgań, systemów ekranowania zakłóceń elektromagnetycznych oraz materiałów rozpraszających ciepło. Dzięki doświadczeniu w dziedzinie materiałów i projektowania, badań i technologii przetwarzania, a także zaawansowanym zakładom produkcyjnym grupa Engineered Materials Group może oferować szeroką gamę standardowych i nowych rozwiązań systemowych. Te ostatnie powstają w wyniku ścisłej współpracy rozwojowej z klientami zgodnie z mottem firmy : Engineering Your Success. Asortyment produktów działu produkuje pierścienie O-Ring oraz formowane elementy specjalne dla motoryzacji, przemysłu chemicznego i biochemicznego, napędów hydraulicznych, chłodnictwa i klimatyzacji, przemysłu petrochemicznego, medycznego, lotniczego, produkcji półprzewodników oraz wielu innych gałęzi przemysłu. Ponadto w skład oferty produktowej wchodzą: Pierścienie oporowe Parbak Wytłaczane elementy precyzyjne Produkty medyczne Zestawy pierścieni o-ring Smary montażowe Kleje i uszczelniacze Powłoki powierzchniowe ParCoat Materiały Materiały według indywidualnej specyfikacji zamawiającego wymagają zastosowania specjalnych procedur mieszania składników. Z tego względu firma wytwarza mieszanki kauczuków i polimeryzuje materiały termoplastyczne na miejscu. Gama materiałów opracowywanych i wytwarzanych przez firmę obejmuje związki przeznaczone do eksploatacji w temperaturach od bardzo niskich do -60 C (silikony), po bardzo wysokie do +320 C (Parofluor /FKM). Firma oferuje materiały zgodne z wymaganiami dotyczącymi określonych zastosowań, w tym materiały charakteryzujące się wysoką odpornością na działanie agresywnych substancji chemicznych. Podręcznik pierścieni o-ring firmy Z podręcznika pierścieni o-ring firmy od kilkudziesięciu lat chętnie korzystają projektanci systemów uszczelnień. Zawiera on obszerny zestaw informacji na temat własności najważniejszych elastomerów stosowanych w uszczelnieniach, przykładowe zastosowania pierścieni o-ring, konstrukcje uszczelnień statycznych oraz opisy warunków mogących powodować uszkodzenia pierścieni o-ring. Ponadto podręcznik zawiera przegląd międzynarodowych wymiarów i norm oraz dane dotyczące zgodności z płynami, gazami i ciałami stałymi. 3
Program bezpieczeństwa firmy Uwaga zakres odpowiedzialności użytkownika Zarówno informacje zawarte w niniejszym dokumencie, jak i pozostałe informacje pochodzące od firmy Corporation, jej podmiotów zależnych oraz autoryzowanych dystrybutorów prezentują opcjonalne produkty lub systemy w celu głębszego zapoznania się z nimi przez użytkowników o odpowiedniej wiedzy technicznej. Kierując się własnymi analizami i testami, użytkownik w pełni odpowiada za ostateczny dobór systemu oraz jego elementów, a także za przestrzeganie wszelkich wymagań dotyczących wydajności, trwałości, konserwacji, bezpieczeństwa i ostrzeżeń w konkretnych zastosowaniach. Użytkownik musi przeanalizować wszelkie aspekty danego zastosowania, przestrzegać stosownych norm branżowych oraz postępować według informacji dotyczących produktu zawartych w aktualnym katalogu produktów oraz we wszelkich materiałach udostępnianych przez firmę, jej podmioty zależne lub autoryzowanych dystrybutorów. O ile firma, jej podmioty zależne lub autoryzowani dystrybutorzy dostarczają opcje komponentów lub systemów na podstawie danych lub specyfikacji dostarczonych przez użytkownika, o tyle użytkownik jest odpowiedzialny za ustalenie, że te dane i specyfikacje są odpowiednie i wystarczające w odniesieniu do wszystkich zastosowań oraz dających się w odpowiedzialny sposób przewidzieć sposobów użytkowania elementów lub systemów. Zakres zastosowań Uszczelnienia można wykorzystywać wyłącznie w granicach parametrów zastosowań podanych w naszych dokumentach w zakresie ich zgodności z mediami wchodzącymi w kontakt z uszczelnieniami, ciśnieniem, temperaturą oraz okresem przechowywania. Stosowanie lub użytkowanie uszczelnień poza określonymi granicami parametrów zastosowań, a także błędny dobór innych materiałów może skutkować śmiercią, a także szkodami w stosunku do środowiska i/lub urządzeń oraz obiektów. Informacje zawarte w naszych publikacjach oparto na fachowej wiedzy zgromadzonej przez dziesięciolecia doświadczeń w zakresie produkcji i stosowania uszczelnień. Pomimo tego doświadczenia, nieznane nam czynniki wynikające z rzeczywistego stosowania uszczelnień mogą znacznie wpływać na ogólną przydatność tych informacji, w związku z czym nie należy traktować zaleceń zawartych w niniejszej publikacji jako ogólnie wiążących. Dane dotyczące ciśnienia roboczego, temperatury roboczej i prędkości powierzchniowej podane w poszczególnych kolumnach odzwierciedlają wartości maksymalne i są ze sobą wzajemnie powiązane. W skrajnych warunkach pracy zaleca się, aby jednocześnie nie stosować wszystkich wartości maksymalnych. W przypadku wymagań specjalnych (dotyczących ciśnienia, temperatury, prędkości itp.) prosimy o kontakt z naszymi doradcami, którzy mogą zalecić odpowiednie materiały i/lub rozwiązania. Kompatybilność uszczelnień i mediów roboczych/środków czyszczących W związku z ogromnym zróżnicowaniem parametrów roboczych mających wpływ na urządzenia wchodzące w kontakt z płynami, a także ich oddziaływaniem na uszczelnienia, bezwzględnie koniecznym jest, aby producenci takich urządzeń zatwierdzali uszczelnienia pod kątem ich przydatności funkcjonalnej i operacyjnej w rzeczywistych warunkach pracy. Ponadto, mając na uwadze nieustannie rosnącą liczbę nowych dostępnych mediów stosowanych jako oleje hydrauliczne, środki smarne i środki czyszczące, szczególną uwagę należy zwrócić na aspekt zgodności z używanymi obecnie w uszczelnieniach elastomerami. Dodatki zawarte w mediach podstawowych, których celem jest poprawa pewnych cech użytkowych, mogą wpływać na kompatybilność materiałów uszczelniających. Z tego względu koniecznym jest, aby wszystkie produkty wyposażone w nasze uszczelnienia zostały przed ich seryjnym użyciem poddane badaniom w naszym zakładzie lub przeszły testy u klienta pod kątem zgodności z zatwierdzonymi lub określonymi przez niego mediami roboczymi lub środkami czyszczącymi. Uprzejmie prosimy o zastosowanie się do tej wskazówki, gdyż co do zasady jako producent uszczelnień nie jesteśmy w stanie przeprowadzić symulacji dla każdych warunków towarzyszących ostatecznemu zastosowaniu ani znać składu stosowanych przez klienta mediów roboczych i środków czyszczących. Modyfikacje projektu Zastrzegamy sobie prawo do zmian konstrukcyjnych bez uprzedniego powiadomienia. Prototypy i próbki Prototypy i próbki wykonywane są przy użyciu eksperymentalnych form. Późniejsza produkcja seryjna może się różnić pod względem technologii produkcji od wykonania prototypów, chyba że wcześniej uzgodniono inaczej. Dostawa i obsługa Gwarancja dostawy (dostępność form) dotycząca poszczególnych wymiarów produktów z naszej oferty zostaje ograniczona do 7 lat. Uszkodzone formy, w tym pozycje standardowe, można wymienić wyłącznie w przypadku uzasadnionego żądania. Większość produktów o wymiarach podanych w tym katalogu jest zwykle (ale nie zawsze) dostępna w magazynie. W przypadku produkcji mniejszych ilości, stosowania specjalnych materiałów, a także w przypadku specjalnych procedur produkcyjnych zastrzegamy sobie prawo do naliczenia proporcjonalnej części kosztów wynikających ze zmian ustawień maszyn. Wszystkie dostawy i usługi podlegają naszym warunkom. Systemy jakości Nasze zakłady produkcyjne przeszły proces certyfikacji zgodnie z normą ISO 9001, i/lub ISO/TS 16949. Prawa autorskie Wszelkie prawa zastrzeżone przez firmę Corporation. Z fragmentów tekstu można korzystać wyłącznie po uzyskaniu zgody. Zastrzegamy sobie prawo do wprowadzania zmian. Ważność Niniejsze wydanie zastępuje wszelkie wcześniejsze dokumenty. 4
Spis treści 1 Wprowadzenie.......................................................7 2 Sposoby montażu...................................................9 2.1 Definicja konstrukcji............................................9 2.2 Uszczelnienia statyczne.......................................9 2.2.1 Uszczelnienia statyczne promieniowe................. 10 2.2.2 Uszczelnienia statyczne osiowe........................ 11 2.2.3 Uszczelnienia statyczne rowek trapezowy............ 12 2.3 Uszczelnienia dynamiczne.................................. 12 2.3.1 Uszczelnienia dynamiczne układy hydrauliczne...... 13 2.3.2 Uszczelnienia dynamiczne układy pneumatyczne.... 14 2.4 Paski napędowe.............................................. 15 2.5 Instrukcje dotyczące konstrukcji i montażu............... 19 2.5.1 Ścięcia........................................................ 19 2.5.2 Przesuw w poprzek nawierconych gniazd................ 19 2.5.3 Zanieczyszczenia i materiały czyszczące................. 19 2.5.4 Wydłużanie................................................... 20 2.5.5 Skręcanie..................................................... 20 2.5.6 Ostre krawędzie............................................. 20 2.5.7 Narzędzia ułatwiające montaż............................. 20 3 Zalecenia konstrukcyjne......................................... 21 3.1 Uszczelnienia statyczne..................................... 21 3.1.1 Ściskanie i wymiary konstrukcyjne........................ 21 3.1.2 Uszczelnienie statyczne tłoka.............................. 22 3.1.3 Statyczne uszczelnienie tłoczyska......................... 26 3.1.4 Statyczne uszczelnienie kołnierzowe...................... 30 3.2 Uszczelnienie dynamiczne.................................. 34 3.2.1 Układy hydrauliczne ściskanie i wymiary konstrukcyjne............................................... 34 3.2.2 Układy hydrauliczne dynamiczne uszczelnienie tłoka...35 3.2.3 Układy hydrauliczne dynamiczne uszczelnienie tłoczyska..................................................... 37 3.2.4 Układy pneumatyczne ściskanie i wymiary konstrukcyjne............................................... 39 3.2.5 Układy pneumatyczne dynamiczne uszczelnienie tłoka... 40 3.2.6 Układy pneumatyczne dynamiczne uszczelnienie tłoczyska..................................................... 42 3.2.7 Układ pneumatyczny uszczelnienie dynamiczne w układzie swobodnym.................................... 44 4 Pierścienie o-ring i pierścienie oporowe Parbak........... 47 4.1 Wymiar pierścienia o-ring................................... 47 4.2 Pierścienie o-ring do połączeń gwintowanych........... 52 4.2.1 Połączenia gwintowane ISO 6149-1 do metrycznych łączników rurowych oraz połączenia ISO 11926-1 z gwintem UNF z podtoczeniem stożkowym............ 52 4.2.2 Złączka gwintowana DIN 3865 z czołową powierzchnią uszczelniającą 24 do otworów DIN 3861 typu W...... 52 4.2.3 Złączki gwintowane SAE J 514 APR 80, gwinty śrub SAE J 475 (ISO R 725)..................................... 53 4.2.4 Złączki gwintowane MS 33649, otwór prosty z gwintem MIL-S-8879.................................................. 54 4.2.5 Uszczelki o-ring do elementów MS 33656, złączki zaciskowe................................................... 54 4.3 Pierścienie oporowe Parbak............................... 55 4.3.1 Wprowadzenie............................................... 55 5 Inne produkty i akcesoria........................................ 63 5.1 Formowane elementy kauczukowe......................... 63 5.2 Smary montażowe............................................ 63 5.3 Zestawy pierścieni o-ring.................................... 64 5.3.1 Zestaw pierścieni o-ring nr 2............................... 64 5.3.2 Zestaw pierścieni o-ring nr 4............................... 66 5.3.3 Zestaw pierścieni o-ring nr 6............................... 66 5.3.4 Zestaw pierścieni o-ring nr 7............................... 67 5.4 Stożek pomiarowy i taśma pomiarowa do pierścieni o-ring... 68 5.5 Narzędzia montażowe do pierścieni o-ring............... 68 5.6 ParCoat delikatny montaż pierścieni o-ring.......... 68 6 Materiały elastomerowe uszczelek............................ 71 6.1 Informacje ogólne............................................. 71 6.2 Przegląd materiałów uszczelnień........................... 71 6.2.1 Tworzywa termoplastyczne (plastomery)................. 71 6.2.2 Elastomery................................................... 71 6.2.3 Elastomery termoplastyczne (TPE)........................ 73 6.2.4 Duroplasty (duromery)...................................... 73 6.3 Elastomery podstawowe.................................... 74 6.3.1 Kauczuk akrylonitrylowo-butadienowy (NBR)............ 74 6.3.2 Kauczuk butadienowy (BR)................................. 74 6.3.3 Kauczuk butylowy (IIR)...................................... 74 6.3.4 Kauczuk chlorobutylowy (CIIR)............................ 75 6.3.5 Kauczuk chloroprenowy (CR).............................. 75 6.3.6 Kauczuk z polietylenu chlorosulfonowego (CSM)........ 75 6.3.7 Kauczuk epichlorohydrynowy (CO, ECO)................. 75 6.3.8 Kauczuk etylenowo-akrylowy (AEM)...................... 76 6.3.9 Kauczuk etylenowo-propylenowy (EPM, EPDM)......... 76 6.3.10 Kauczuk fluorowy (FKM).................................. 76 6.3.11 Kauczuk fluorosilikonowy (FVMQ)........................ 77 6.3.12 Kauczuk nitrylowo-butadienowy uwodorniony (HNBR)....77 6.3.13 Kauczuk perfluorowy (FFKM)............................. 77 6.3.14 Kauczuk poliakrylowy (ACM)............................. 77 6.3.15 Poliuretan termoplastyczny (TPU)........................ 78 6.3.16 Kauczuk silikonowy (LSR, Q, MQ, VMQ)................ 78 6.3.17 Kauczuk styrenowo-butadienowy (SBR)................ 78 6.4 Dobór materiału............................................... 79 6.5 Dobór materiałów zgodnie z normami SAE i ASTM...... 81 6.6 Materiały....................................................... 83 6.7 Certyfikaty..................................................... 87 6.7.1 Materiały do instalacji gazowych i urządzeń konsumenckich............................................. 87 6.7.2 Zawory tlenowe.............................................. 87 6.7.3 Materiały do instalacji służących do przygotowania, przechowywania i dystrybucji wody pitnej............... 87 6.7.4 Materiały dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego.... 87 5
Spis treści 7 Zastosowania...................................................... 89 7.1 Przemysł motoryzacyjny..................................... 89 7.1.1 Silnik.......................................................... 89 7.1.2 Układ hamulcowy........................................... 89 7.1.3 Układ paliwowy.............................................. 89 7.1.4 Skrzynia biegów............................................. 90 7.1.5 Układy klimatyzacji.......................................... 90 7.1.6 Zmniejszenie emisji dzięki uzdatnianiu spalin............ 90 7.2 Biomedycyna.................................................. 90 7.3 Procesy chemiczne........................................... 90 7.4 Przyjazne dla środowiska płyny hydrauliczne............ 90 7.5 Systemy solarne.............................................. 91 7.6 Energia geotermalna......................................... 91 7.7 Skrajne temperatury.......................................... 91 7.7.1 Wysokie temperatury....................................... 91 7.7.2 Niskie temperatury.......................................... 92 7.8 Zastosowania w układach gazowych...................... 94 7.9 Produkcja półprzewodników................................ 94 7.10 Technologie chłodzenia i klimatyzacji, gazy pędne..... 94 7.11 Przemysł spożywczy i farmaceutyczny................... 96 7.12 Przemysł lotniczy............................................ 96 7.13 Energetyka jądrowa......................................... 96 7.14 Przemysł naftowy i gazownictwo......................... 96 7.15 Technika sanitarna i grzewcza............................. 97 7.16 Uszczelki podciśnieniowe.................................. 97 7.17 Materiały odporne na rozwój grzybów................... 98 8 Terminologia dotycząca uszczelnień.......................... 99 8.1 Ogólne kryteria wyboru...................................... 99 8.2 Ścieranie....................................................... 99 8.3 Starzenie....................................................... 99 8.4 Próby na starzenie............................................ 99 8.5 Współczynnik rozszerzalności cieplnej.................... 99 8.6 Odkształcenia trwałe przy ściskaniu......................100 8.7 Szczelność, szczelność techniczna.......................101 8.8 Indeks zgodności elastomerów (ECI).....................101 8.9 Własności elektryczne elastomerów......................103 8.10 Korozja.......................................................103 8.10.1 Korozja spowodowana siarką w wolnej postaci.......103 8.10.2 Korozja spowodowana powstawaniem kwasu solnego... 103 8.10.3 Korozja elektrochemiczna................................103 8.11 Szybkość dyfuzji gazu.....................................104 8.12 Twardość....................................................105 8.13 Zjawisko Gough-Joule a...................................106 8.14 Przechowywanie, czas przechowywania i czyszczenie elastomerów................................................. 106 8.15 Zmniejszenie przekroju poprzecznego w wyniku wydłużania..................................................107 8.16 Wykończenie powierzchni czołowej powierzchni uszczelniającej..............................................107 8.17 Tarcie i zużycie..............................................109 8.17.1 Tarcie.......................................................109 8.17.2 Zużycie.....................................................112 8.17.3 Związek między tarciem, zużyciem a uszczelnieniem... 112 8.18 Wydłużenie krańcowe.....................................113 8.19 Wytrzymałość na rozciąganie.............................113 8.20 Relaksacja naprężeń.......................................113 8.21 Odporność na uderzenia..................................113 8.22 Promieniowanie.............................................113 8.23 Siła odkształcenia przekroju poprzecznego............114 8.24 Ściśnięcie przekroju poprzecznego pierścienia o-ring... 115 8.25 Zmiana objętości...........................................117 8.26 Odporność na zrywanie...................................117 8.27 Odkształcenia trwałe przy rozciąganiu..................117 9 Kryteria jakości...................................................119 9.1 Jakość.........................................................119 9.2 Kryteria oceny pierścieni o-ring............................119 10 Analiza uszkodzeń..............................................121 10.1 Wymagania dotyczące pierścieni o-ring................121 10.2 Wypychanie w szczelinę działanie nacisku..........121 10.3 Uszkodzenie spowodowane odkształceniami trwałymi przy ściskaniu................................................. 122 10.4 Skręcone pierścienie o-ring, wady związane ze skręceniem..................................................123 10.5 Rozprężanie wybuchowe..................................124 10.6 Cieranie......................................................124 10.7 Błędy montażowe..........................................124 11 Załącznik.........................................................127 11.1 Normy........................................................127 11.1.1 Normy pierścieni o-ring..................................127 11.1.2 Pozostałe normy..........................................128 11.2 Lista rozmiarów.............................................129 11.3 Tabela zgodności z mediami..............................133 11.4 Subject Index...............................................158 6
1 Wprowadzenie 1 Uszczelka pierścieniowa o-ring Uszczelka pierścieniowa o-ring zabezpiecza przed niepożądanym ubytkiem płynu lub gazu. Pierścień o-ring ma okrągły przekrój poprzeczny. Jest on obudowany dławnicą. Połączenie tych elementów, czyli pierścienia o-ring i dławnicy, stanowi uszczelkę o-ring. Pierścienie o-ring są przeważnie wykonane z kauczuku syntetycznego. Uszczelnienie jest uzyskiwane dzięki ściskaniu osiowemu lub promieniowemu. Ponieważ materiały wchodzące w skład kauczuku są nieściśliwymi cieczami o dużej lepkości i wysokim napięciu powierzchniowym, pierścienie o-ring odkształcają się w wyniku działania ciśnienia w instalacji (patrz rysunek poniżej). Powoduje to także zwiększenie stopnia ściśnięcia powierzchni uszczelki. Dławnica pierścienia o-ring Rys. 1.1 Odkształcenie pierścienia o-ring w wyniku ciśnienia w instalacji Uszczelnienie statyczne Uszczelnienie statyczne jest określane jako uszczelnienie, w którym sąsiadujące powierzchnie są nieruchome względem siebie (z wyjątkiem niewielkich ruchów spowodowanych ciśnieniem płynu). Do przykładów uszczelnień statycznych należą między innymi: uszczelki pod łbem śruby lub nitu, w połączeniu rurowym, pod pokrywą lub korkiem. Pierścienie o-ring mają opinię najlepszego uszczelnienia statycznego, jakie kiedykolwiek powstało. Być może ich główna zaleta polega na ich odporności na nieumiejętne działanie użytkownika. W przypadku pierścieni o-ring nie jest konieczne ich dokręcanie, a podczas pierwszego montażu w punktach uszczelnienia i późniejszych napraw wykluczone jest prawdopodobieństwo błędu ludzkiego. Pierścień o-ring nie wymaga stosowania wysokiego momentu dokręcania w celu uzyskania dokładnego uszczelnienia. Dokładniejsze informacje na ten temat można znaleźć w punkcie 3.1. Uszczelnienie dynamiczne W zastosowaniach dynamicznych uszczelniane elementy poruszają się względem siebie. Do występujących rodzajów ruchu można zaliczyć ruch tłokowy, oscylacyjny lub obrotowy. Pierścienie o-ring zamontowane na tłokach lub tłoczyskach w siłownikach hydraulicznych mają na celu zapewnienie wzajemnego uszczelnienia dynamicznego i są najskuteczniejsze w przypadku zastosowania w krótkich tłoczyskach o względnie małej średnicy. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w punkcie 3.2. Materiały stosowane w pierścieniach o-ring W przypadku wyboru materiału pierścienia o-ring należy uwzględnić wiele czynników. Do najważniejszych z nich należą: zakresy ciśnienia i temperatury, a także rodzaj przesyłanych mediów. Materiał mający styczność z paliwem może być nieodpowiedni w przypadku linii do napełniania butelek, ponieważ w pewnych warunkach materiał ten może wpływać na smak i zapach napojów. Na materiał przystosowany do działania pary wodnej może niekorzystnie działać alkohol lub płyn zapobiegający zamarzaniu w układach chłodzenia wodnego stosowanych w pojazdach. Biorąc pod uwagę szereg wymagań dotyczących pierścieni o-ring, ostateczny wybór materiału stanowi w najlepszym przypadku optymalny kompromis. Dokładniejsze informacje na ten temat można znaleźć w punkcie 6. Zalety pierścieni o-ring 1. Szeroki zakres zastosowań (ciśnienia, tolerancje, temperatury, media) 2. Efekt uszczelnienia dzięki samouszczelnieniu i ściskaniu 3. Brak konieczności dokręcania 4. Brak wysokiego momentu dokręcania 5. Konstrukcja o niewielkich rozmiarach 6. Brak konieczności rozkładania w rowkach 7. Proste obliczenie dotyczące rowków 8. Łatwa eksploatacja i montaż 9. Konstrukcja pierścienia o-ring zapewniająca oszczędności w eksploatacji 7
1 Wprowadzenie 8
2 Sposoby montażu 2.1 Definicja konstrukcji Pierścieni o-ring można używać w zastosowaniach statycznych, takich jak pokrywy czy sworznie. Jeśli uszczelniane części maszyny poruszają się względem siebie, pierścień o-ring pełni rolę uszczelnienia dynamicznego. Konstrukcje uszczelnień definiuje się w następujący sposób: Jeśli dławnica obejmująca jest wycięta w zewnętrznej części maszyny, jest ona traktowana jako uszczelnienie tłoczyska. Jeśli dławnica obejmowana jest wycięta w wewnętrznej części maszyny, jest ona traktowana jako uszczelnienie tłoka. W przypadku ściskania osiowego jest ono traktowane jako uszczelnienie czołowe. Rys. 2.1 Dławnica obejmująca ( uszczelnienie tłoczyska ): pierścień o-ring ze ściskaniem promieniowym Rys. 2.2 Dławnica obejmowana ( uszczelnienie tłoka ): pierścień o-ring ze ściskaniem promieniowym 2.2 Uszczelnienia statyczne Pierścienie o-ring są przydatne szczególnie w zastosowaniach statycznych, ponieważ powstałe pod wpływem ciśnienia odkształcenie skutkuje lepszym uszczelnieniem. Skuteczność uszczelnienia jest zależna od prawidłowo skonstruowanej dławnicy oraz wyboru materiału. W każdym zastosowaniu należy dobierać pierścień o-ring o największym możliwym przekroju poprzecznym, na jaki pozwalają ograniczenia konstrukcyjne. Ogólnie przyjmuje się, że obwodu pierścienia o-ring nie należy rozciągać podczas montażu powyżej 6% ani ściskać więcej niż od 1 do 3% (mierzonego po średnicy wewnętrznej pierścienia o-ring). Twardość pierścienia o-ring dobiera się w zależności od wartości nacisku, tolerancji (i powiązanych szerokości szczelin) oraz wykończenia powierzchni uszczelnianych elementów. Należy także wziąć pod uwagę wydłużenie sprężyste metalu pod wpływem nacisku (np. pokryw, kołnierzy, ścian siłowników lub połączeń śrubowych). Z tego względu może wystąpić nadmierny luz, który powinien zostać wypełniony przez pierścień o-ring. Punkt uszczelnienia zależy także od obróbki mechanicznej. Ekonomiczne metody obróbki mogą wymagać większych wartości tolerancji, co z kolei powoduje zwiększenie szerokości szczelin. W celu ochrony promieniowo odkształconych pierścieni o-ring przed spodziewanym wyciąganiem można zastosować pierścienie oporowe. Lista rozmiarów pierścieni oporowych Parbak uwzględnia pierścienie oporowe z elastomerów pasujące do pierścieni o-ring o rozmiarach od 2-004 do 2-475 (więcej informacji na ten temat można znaleźć w punkcie Pierścienie oporowe Parbak ). W przypadku materiałów silikonowych dozwolony rozmiar szczeliny wynosi 50% rozmiaru dopuszczalnego dla materiałów elastomerowych, ponieważ materiały te mają bardzo słabe własności wyciskania i odporności na zrywanie. Wysokie wahania ciśnienia oraz wynikający z nich ruch względny części maszyny sprzyjają zużyciu pierścienia o-ring. Ponadto wydłużenie sprężyste poszczególnych elementów może powodować zwiększenie szczeliny. W przypadku zaobserwowania zużycia uszczelnienia statycznego zalecamy uszlachetnienie wykończenia powierzchni lub zastosowanie pierścieni o-ring Ultrathan (poliuretanowych) (zobacz Katalog Uszczelnień Hydraulicznych lub Katalog Uszczelnień Pneumatycznych ). 2 Rys. 2.3 Uszczelnienie czołowe: pierścień o-ring odkształcony osiowo 9
2 Sposoby montażu r 1 b +0,2 30 r 2 B 15 do 20 A t Ściskanie [%] 20 Od 5 f7 C Od 10 H8 Od 6 H9 10 B zaokrąglone i bez wypływów Z 0 do 5 0 1,78 2,62 3,53 5,33 6,99 Przekrój poprzeczny d 2 pierścienia o-ring [mm] Rys. 2.6 Dławnica w elemencie zewnętrznym Rys. 2.4 Wykres dopuszczalnej wartości ściskania w funkcji przekroju poprzecznego d 2 uszczelnienie statyczne d 2 2.2.1 Uszczelnienia statyczne promieniowe d 1 Rys. 2.7 Średnica wewnętrzna d 1, przekrój poprzeczny d 2 r 2 b +0,2 r 1 B B Od 9 f7 Od 3 h9 t 0 do5 Rys. 2.5 Dławnica w elemencie wewnętrznym Z zaokrąglone i bez wypływów A C Od 4 H8 15 do 20 d 2 t 1) b +0,20 z r 1 r 2 1,50 1,10 1,90 1,5 0,2-0,4 0,1-0,3 1,78 1,40 2,40 1,5 0,2-0,4 0,1-0,3 2,00 1,50 2,60 1,5 0,2-0,4 0,1-0,3 2,50 2,00 3,20 1,5 0,2-0,4 0,1-0,3 2,62 2,10 3,60 1,5 0,2-0,4 0,1-0,3 3,00 2,30 3,90 2,0 0,4-0,8 0,1-0,3 3,53 2,90 4,80 2,0 0,4-0,8 0,1-0,3 4,00 3,25 5,20 2,0 0,4-0,8 0,1-0,3 5,00 4,10 6,50 3,0 0,4-0,8 0,1-0,3 5,33 4,50 7,20 3,0 0,4-0,8 0,1-0,3 6,00 5,00 7,80 3,0 0,4-0,8 0,1-0,3 6,99 5,90 9,60 3,6 0,8-1,2 0,1-0,3 8,00 6,80 10,40 4,0 0,8-1,2 0,1-0,3 9,00 7,70 11,70 4,5 0,8-1,2 0,1-0,3 10,00 8,70 13,00 4,5 0,8-1,2 0,1-0,3 12,00 10,60 15,60 4,5 0,8-1,2 0,1-0,3 1) Tolerancje obliczono na podstawie wartości d 3 h9 + d 4 H8 lub d 5 f7 + d 6 H9. Rozmiary wg normy DIN ISO 3601 są preferowane i oznaczone pogrubioną czcionką. Tab. 2.1 Wymiary dławnicy odkształcenie promieniowe 10
2 Sposoby montażu Powierzchnia Ciśnienie Chropowatość wykończenia powierzchni, strefa kontaktu (procentowo) t p > 50 % 2 A powierzchnia styku A powierzchnia styku B podstawa i boki rowka B podstawa i boki rowka C wykończenie powierzchni fazy krawędzi prowadzącej R a [µm] R max. bez wahań 1,60 6,30 z wahaniami 0,80 3,20 bez wahań 3,20 12,50 z wahaniami 1,60 6,30-3,20 12,50 Tab. 2.2 Chropowatość wykończenia powierzchni uszczelnienie statyczne Zalecenia konstrukcyjne znajdują się w części 3. 2.2.2 Uszczelnienia statyczne osiowe Przekrój poprzeczny pierścienia o-ring jest odkształcony w kierunku osiowym. Ponieważ pierścień o-ring wykonuje ruch względny pod wpływem ciśnienia, ważne jest uwzględnienie kierunku nacisku: Jeśli ciśnienie działa od wewnątrz, pierścień o-ring powinien stykać się z zewnętrzną powierzchnią dławnicy (optymalna wartość ściśnięcia wynosi od 1 do 3% obwodu pierścienia). Jeśli ciśnienie działa od zewnątrz, pierścień o-ring powinien stykać się z wewnętrzną powierzchnią dławnicy (optymalna wartość rozciągnięcia wynosi do 6% obwodu pierścienia). Rys. 2.9 Nacisk od zewnątrz Rys. 2.10 d 1 d 2 r 2 r 1 h +0,1 B A B b O d 7 0 bo 5 H 11 d 2 h +0,10 b +0,20 r 1 r 2 1,50 1,10 1,90 0,20-0,40 0,20-0,40 1,78 1,30 2,40 0,20-0,40 0,20-0,40 2,00 1,50 2,60 0,20-0,40 0,20-0,40 2,50 2,00 3,20 0,20-0,40 0,20-0,40 2,62 2,10 3,60 0,20-0,40 0,20-0,40 3,00 2,30 3,90 0,40-0,80 0,20-0,40 3,53 2,80 4,80 0,40-0,80 0,20-0,40 4,00 3,25 5,20 0,40-0,80 0,20-0,40 5,00 4,00 6,50 0,40-0,80 0,20-0,40 5,33 4,35 7,20 0,40-0,80 0,20-0,40 6,00 5,00 7,80 0,40-0,80 0,20-0,40 6,99 5,75 9,60 0,80-1,20 0,20-0,40 8,00 6,80 10,40 0,80-1,20 0,20-0,40 9,00 7,70 11,70 0,80-1,20 0,20-0,40 10,00 8,70 13,00 0,80-1,20 0,20-0,40 12,00 10,60 15,60 0,80-1,20 0,20-0,40 Rys. 2.8 Nacisk od wewnątrz Rozmiary wg normy DIN ISO 3601 są preferowane i oznaczone pogrubioną czcionką. Tab. 2.3 Wymiary dławnicy prostokątnej odkształcenie osiowe 11
2 Sposoby montażu Powierzchnia Ciśnienie Chropowatość wykończenia powierzchni, strefa kontaktu (procentowo) t p > 50 % A powierzchnia styku A powierzchnia styku B podstawa i boki rowka B podstawa i boki rowka R a [µm] R max. bez wahań 1,60 6,30 z wahaniami 0,80 3,20 bez wahań 3,20 12,50 z wahaniami 1,60 6,30 Tab. 2.4 Chropowatość wykończenia powierzchni uszczelnienie statyczne Powierzchnia Ciśnienie Chropowatość wykończenia powierzchni, strefa kontaktu (procentowo) t p > 50 % A powierzchnia styku A powierzchnia styku B podstawa i boki rowka B podstawa i boki rowka R a [µm] R max. bez wahań 1,60 6,30 z wahaniami 0,80 3,20 bez wahań 3,20 12,50 z wahaniami 1,60 6,30 Tab. 2.6 Chropowatość wykończenia powierzchni uszczelnienie statyczne Zalecenia konstrukcyjne znajdują się w części 3. 2.2.3 Uszczelnienia statyczne rowek trapezowy Kształt rowka trapezowego jest konieczny do utrzymywania pierścienia o-ring we właściwym położeniu, np. podczas obróbki powierzchni, albo otwierania lub zamykania narzędzi lub maszyn. W przeciwnym wypadku pierścień o-ring mógłby wypaść z dławnicy. Obróbka dławnicy jest trudna i kosztowna. d = średnia średnica dławnicy Szerokość dławnicy jest mierzona przed stępieniem krawędzi. Promień r 2 jest dobrany tak, aby pierścień o-ring nie został uszkodzony podczas montażu i nie został zablokowany w szczelinie w wyniku działania dużej siły nacisku. Rys. 2.11 Dławnica z rowkiem trapezowym d 2 2.3 Uszczelnienia dynamiczne Liczba parametrów mających wpływ na własności i okres eksploatacji uszczelnień dynamicznych lub tłokowych jest dużo większa w porównaniu z uszczelnieniami statycznymi. Do tej kategorii należą uszczelnienia tłokowe i obrotowe stosowane w układach hydraulicznych i pneumatycznych. Ze względu na konieczność zapewnienia odporności na tarcie odkształcenie przekroju poprzecznego pierścienia o-ring jest mniejsze niż w przypadku uszczelnień statycznych. Pierścienie o-ring w zastosowaniach hydraulicznych i pneumatycznych umożliwiają stosowanie małych dławnic. W takich przypadkach pierścienie o-ring najlepiej pasują do małych skoków i średnic. Pierścienie o-ring stosowane przy dużych skokach i średnicach mogą być również używane pod warunkiem ich odpowiedniego dopasowania. Należy jednak koniecznie uwzględnić na wczesnym etapie projektowania wszystkie czynniki mające wpływ na działanie uszczelnienia. Twardość materiału dobiera się zgodnie z ciśnieniem roboczym i innymi wymaganiami mechanicznymi. Najczęściej stosuje się pierścienie o-ring o twardości od 70 do 80 w skali Shore a A. W przypadku wystąpienia ryzyka wytłaczania (np. gdy uszczelnienia dynamiczne podlegają dużemu naciskowi) należy zamontować dwa pierścienie oporowe. W przypadku nowych konstrukcji należy uwzględnić następujące czynniki: d 1 Rys. 2.12 Średnica wewnętrzna d 1, przekrój poprzeczny d 2 d 2 h b +0,10 r 2 r 1 1,78 1,25 +0,05 1,40 0,10-0,30 0,4-0,6 2,62 2,05 +0,05 2,10 0,10-0,30 0,6-0,8 3,53 2,80 +0,05 2,85 0,10-0,30 0,8-1,0 5,33 4,55 +0,08 4,35 0,10-0,30 1,0-1,3 6,99 5,85 +0,08 5,85 0,10-0,30 1,3-1,6 Tab. 2.5 Wymiary dławnicy z rowkiem trapezowym Wpływ czynników chemicznych podczas kontaktu mediów z elastomerem Wpływ na uszczelkę występujących warunków roboczych, takich jak duży zakres temperatur czy zmiany z wysokiej na niską temperaturę Kierunek działania ciśnienia: czy tłok porusza się w kierunku przeciwnym do kierunku działania ciśnienia i sprzyja wypychaniu o-ringu w przypadku braku pierścienia oporowego lub tłok porusza się w kierunku zgodnym z kierunkiem działania ciśnienia i to ono powoduje wypychanie o-ringu? Potencjalna mimośrodowość elementów maszyny, która może spowodować jednostronne powiększenie szczeliny w miejscu uszczelnienia zwiększając ryzyko wypchnięcia o-ringu 12
2 Sposoby montażu Odporność materiału na wypchnięcie może się zmniejszyć w wyniku wzrostu temperatury spowodowanego tarciem Metalowe cząstki mogą powodować nacięcia i wyciek w przypadku styku z obszarem uszczelnienia Materiał obcy może dostać się do układu i spowodować wyciek w chwili naniesienia cząsteczek podczas powrotu tłoczyska do siłownika Wartości szczytowe ciśnienia mogą być znacznie większe od ciśnienia w instalacji (należy zastosować pierścień oporowy) Cienka warstwa smaru może pozostać na powierzchni uszczelki nawet po osiągnięciu technicznego punktu uszczelnienia Kształt uszczelek tłoka i konstrukcje ich dławnic można podzielić na te stosowane w układach hydraulicznych i te stosowane w układach pneumatycznych. 2.3.1 Uszczelnienia dynamiczne układy hydrauliczne W układach hydraulicznych pierścienie o-ring są stosowane w uszczelnieniach tłoków i tłoczysk. Zapewniają one dobre parametry robocze w szerokim zakresie ciśnień i mogą być używane z pierścieniami oporowymi. Średnie odkształcenie przekroju poprzecznego wynosi od 10 do 15%. Ważne jest, aby nie przekroczyć minimalnej wartości tolerancji wynoszącej 8%, zgodnie z poniższym obliczeniem na podstawie wszystkich tolerancji: (d 2min t max ) 100 8 (%) d 2min Pierścienie o-ring używane jako uszczelnienie tłoka można ściskać w zakresie od 1 do 3% ich obwodu. Siła wymagana do ściśnięcia obwodu zależy od średnicy wewnętrznej pierścienia o-ring i maleje wraz ze wzrostem średnicy wewnętrznej. Pierścienie o-ring można rozciągać maksymalnie o 6% w przypadku montażu w otworze tłoka. Należy dobierać materiały o najwyższym stopniu odporności na zużycie. Materiał nie powinien kurczyć się przy kontakcie z przesyłanymi mediami ani nadmiernie zwiększać objętości, ponieważ powoduje to zwiększenie tarcia i obniża odporność na wytłaczanie. Standardowo zaleca się stosowanie materiałów o twardości od 70 do 80 w skali Shore a A. W takim zakresie można uzyskać kompromis pomiędzy parametrami tarcia i zużycia. Bardziej miękkie pierścienie o-ring łatwiej się zużywają, natomiast twardsze pierścienie powodują większe tarcie przy ciśnieniu do 150 bar. Przy wyższych temperaturach istnieje ryzyko wytłaczania. Przy większych szczelinach i wyższych temperaturach należy stosować pierścienie oporowe. A Od 5 f7 r 1 r 2 15 do 20 C b +0,2 B t Od 10 H8 Od 6 H9 2 d 2min t max = min. przekrój poprzeczny = maks. głębokość dławnicy B zaokrąglone i bez wypływów 30 Z 0 do 5 Rys. 2.14 Uszczelnienie tłoczyska układy hydrauliczne i pneumatyczne Odkształcenie [%] 20 r 2 r 1 b +0,2 B zaokrąglone i bez wypływów 10 B A Od 9 f7 Od 3 h9 Od 4 H8 0 1,78 2,62 3,53 5,33 6,99 Rys. 2.13 Dopuszczalne odkształcenie zależy od przekroju poprzecznego d 2 Przekrój poprzeczny d 2 pierścienia o-ring [mm] uszczelnienie tłoka w układach hydraulicznych t C 15 do 20 0 do5 Rys. 2.15 Uszczelnienie tłoka układy hydrauliczne i pneumatyczne Z 13
2 Sposoby montażu d 2 t 1) b +0,20 z r 1 r 2 1,50 1,30 1,90 1,50 0.20-0.40 0.10-0.30 1,78 1,45 2,40 1,50 0.20-0.40 0.10-0.30 2,00 1,70 2,60 1,50 0.20-0.40 0.10-0.30 2,50 2,10 3,30 1,50 0.20-0.40 0.10-0.30 2,62 2,20 3,60 1,50 0.20-0.40 0.10-0.30 3,00 2,60 3,90 1,80 0.40-0.80 0.10-0.30 3,53 3,05 4,80 1,80 0.40-0.80 0.10-0.30 4,00 3,50 5,30 1,80 0.40-0.80 0.10-0.30 5,00 4,45 6,70 2,70 0.40-0.80 0.10-0.30 5,33 4,65 7,10 2,70 0.40-0.80 0.10-0.30 6,00 5,40 8,00 3,60 0.40-0.80 0.10-0.30 6,99 6,20 9,50 3,60 0.40-0.80 0.10-0.30 1) Tolerancje obliczono na podstawie wartości d 3 h9 + d 4 H8 lub d 5 f7 + d 6 H9. Wartości zgodnie z normą DIN ISO 3601 są preferowane i oznaczone pogrubioną czcionką. Tab. 2.7 Wymiary dławnicy uszczelnienie dynamiczne w układach hydraulicznych Ściskanie [%] 30 20 10 0 1,78 2,62 3,53 5,33 6,99 Przekrój poprzeczny d 2 pierścienia o-ring [mm] Powierzchnia Chropowatość wykończenia powierzchni, strefa kontaktu (procentowo) t p > 50 % R a [µm] R max. A powierzchnia styku 0,40 1,60 B podstawa i boki rowka 1,60 6,30 C wykończenie powierzchni fazy krawędzi prowadzącej 3,20 12,50 Tab. 2.8 Chropowatość wykończenia powierzchni uszczelnienie tłoka układy hydrauliczne 2.3.2 Uszczelnienia dynamiczne układy pneumatyczne Układy pneumatyczne można znaleźć w wielu obecnych zastosowaniach. Poniższe zalety przyczyniły się do wdrażania nowych i zastępowania istniejących układów hydraulicznych: Niepalna substancja transportowana pod ciśnieniem Mniejsza masa Nieszczelność ma mniejsze znaczenie i powoduje mniej szkód dla środowiska Media w postaci gazowej nie zmieniają się w wyższych temperaturach Konkurencyjny poziom kosztów Średni poziom ściskania przekroju poprzecznego pierścienia o-ring jest mniejszy niż w przypadku zastosowań w układach hydraulicznych, co pozwala zminimalizować zużycie. Rys. 2.16 Dopuszczalny nacisk zależy od przekroju poprzecznego d 2 uszczelnienie tłoka w układach pneumatycznych Minimalny poziom ściskania przekroju poprzecznego pierścienia o-ring wynosi zwykle od 4 do 7% i uwzględnia wszystkie tolerancje. (d 2min t max ) 100 4 (%) d 2min t max d 2min = najmniejszy przekrój poprzeczny = maksymalna głębokość dławnicy Pierścienie o-ring używane jako uszczelnienie tłoczyska można ściskać w zakresie od 1 do 3% ich obwodu. Pierścienie używane jako uszczelnienie tłoka można rozciągać do 6% ich średnicy wewnętrznej. Oprócz materiałów standardowych dostępna jest także szeroka gama materiałów specjalnych o ulepszonych własnościach dotyczących tarcia. O materiałach tych można porozmawiać z pracownikiem naszego działu inżynierii zastosowań. Firma zaleca stosowanie materiałów o twardości od 70 do 80 w skali Shore a A. d 2 t 1) b +0.20 z r 1 r 2 1,78 1,55 2,30 1,50 0,20-0,40 0,10-0,30 2,62 2,35 3,10 1,50 0,20-0,40 0,10-0,30 3,53 3,15 4,20 1,80 0,40-1,20 0,10-0,30 5,33 4,85 6,40 2,70 0,40-1,20 0,10-0,30 6,99 6,40 8,40 3,60 0,40-1,20 0,10-0,30 1) Tolerancje obliczono na podstawie wartości d 3 h9 + d 4 H8 lub d 5 f7 + d 6 H9. Tab. 2.9 Wymiary dławnicy układy pneumatyczne 14
2 Sposoby montażu Powierzchnia Chropowatość wykończenia powierzchni, strefa kontaktu (procentowo) t p > 50 % R a [µm] R max. A powierzchnia styku 0,40 1,60 B podstawa i boki rowka 1,60 6,30 C wykończenie powierzchni fazy krawędzi prowadzącej 3,20 12,50 Tab. 2.10 Tłok pneumatyczny montaż w układzie swobodnym Tłok pneumatyczny montaż w układzie swobodnym Tłoki pneumatyczne są zwykle projektowane ze swobodnymi pierścieniami o-ring. Przekrój poprzeczny nie ulega ściśnięciu, co powoduje zmniejszenie tarcia. Dzięki temu uszczelniony tłok łatwo się porusza, a pierścień o-ring jest poddawany minimalnemu zużyciu. Średnica zewnętrzna pierścienia o-ring jest nieco większa od średnicy wewnętrznej siłownika, co zapewnia szczelność. Średnica wewnętrzna d 1 pierścienia o-ring nie powinna stykać się ze średnicą wewnętrzną rowka. Głębokość dławnicy musi być większa od przekroju poprzecznego pierścienia o-ring. W warunkach pracy pod ciśnieniem może wystąpić niewielka nieszczelność, dopóki pierścień o-ring nie zetknie się z uszczelnianą powierzchnią. Firma zaleca stosowanie materiałów o twardości od 70 do 80 w skali Shore a A. Materiały standardowe są stosowane przy ciśnieniach do 16 bar oraz temperaturach do 80 C. W celu uzyskania informacji na temat materiałów specjalnych oraz pomocy w doborze materiałów prosimy o kontakt z naszym działem inżynierii zastosowań. b 3 +0,20 B zaokrąglone i bez wypływów d 2 t 1) +0,2 b 3 z r 1 r 2 1,78 2,00 2,00 1,50 0,20-0,40 0,10-0,30 2,62 2,90 3,00 1,50 0,20-0,40 0,10-0,30 3,53 3,80 4,00 1,80 0,40-1,20 0,10-0,30 5,33 5,60 6,00 2,70 0,40-1,20 0,10-0,30 6,99 7,30 8,00 3,60 0,40-1,20 0,10-0,30 1) Tolerancja jest kombinacją wartości d 3 h9 + d 4 H8 Tab. 2.11 Wymiary dławnicy swobodnego pierścienia o-ring tłok pneumatyczny Powierzchnia Chropowatość wykończenia powierzchni, strefa kontaktu (procentowo) t p > 50 % R a R max. [µm] A powierzchnia styku 0,40 1,60 B podstawa i boki rowka 1,60 6,30 C wykończenie powierzchni 3,20 12,50 fazy krawędzi prowadzącej Tab. 2.12 Chropowatość powierzchni swobodny pierścień o-ring 2.4 Paski napędowe Pierścienie o-ring można stosować w elementach układów przeniesienia napędu o niskiej mocy. Są one nie tylko oszczędnym rozwiązaniem, lecz także zapewniają wiele korzyści w tego rodzaju zastosowaniach: Prosty montaż Stałe siły rozciągające Elastyczność zastosowań Ze względu na elastyczne własności materiałów pierścieni o-ring nie ma potrzeby stosowania napinaczy pasków Dostępne w standardowych rozmiarach i ze standardowych materiałów Większe wartości tolerancji położenia kół pasowych 2 Od 9 f7 Od 3 h9 A Od 4 H8 Materiał pierścienia o-ring dobiera się tak, aby uzyskać minimalną wartość relaksacji naprężeń (zestaw rozciągający) oraz maksymalne własności dynamiczne. Wybór elastomeru zależy od środowiska: Środek, np. ozon, olej, smar Temperatury t r 1 r 2 Z C 15 do 20 Wymagania ogólne: Dobra odporność na starzenie Odporność na zużycie Względnie niska tendencja do przywracania pierwotnego kształtu w określonych warunkach naprężenia i temperatury (zobacz punkt 8.13 Zjawisko Gough-Joule a ) Dobra elastyczność po zgięciu Rys. 2.17 15
2 Sposoby montażu Wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zużycie są niskie w porównaniu z innymi materiałami Rys. 2.18 Konstrukcja otwarta (z lewej), konstrukcja krzyżowa (z prawej) Materiały do pasków napędowych Poniższe materiały nadają się do zastosowań spełniających powyższe wymagania: E0540-80 Kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM) Odporność na temperaturę do +80 C (maks. +100 C) Kauczuk EPDM nie jest odporny na działanie olejów mineralnych i smarów Jeśli nie można uniknąć kontaktu ze smarem z oprawy łożyska lub części maszyny, należy zastosować oleje i smary silikonowe C0557-70 Kauczuk chloroprenowy (CR) Odporność na temperaturę do ok. +80 C Do kauczuku CR można stosować oleje i smary mineralne Własności dynamiczne nie są tak korzystne, jak w przypadku kauczuków EPDM i PUR. Relaksacja naprężeń kauczuku CR jest tak samo dobra, jak w przypadku kauczuku EPDM. S0604-70 Kauczuk silikonowy (VMQ) Odporność na temperaturę do ok. +100 C (maksymalnie do +150 C) Kauczuk VMQ jest przeważnie stosowany w warunkach wysokich temperatur P5008 Poliuretan termoplastyczny (TPU) Odporność na temperaturę do ok. +55 C (zależna od wilgotności względnej) Materiał PUR jest uważany za mocny, odporny na zużycie i zapewniający długi okres eksploatacji. Z tego względu PUR można stosować w trudnych warunkach roboczych lub w przypadku transportu większych obciążeń. Poniższa tabela zawiera porównanie elastomerów stosowanych w paskach napędowych zgodnie z ich własnościami (wartości uzyskano na podstawie prób z pierścieniem o-ring o rozmiarach 2-153, 88,6 2,6 mm). Relaksacja naprężeń dynamicznych: Czas trwania próby: 72 godz. Temperatura próby: pokojowa Koło pasowe: o średnicy 15,5 mm Prędkość: 1740 obr./min Naprężenie: 0,83 N/mm 2 Obciążenie: wyhamowanie koła pasowego (żeliwnego) o średnicy 66,5 mm w cyklu testowym zajęło 3 minuty i 15 sekund. Relaksacja naprężeń statycznych: Czas trwania próby: 48 godz. Temperatura: zob. tabela Naprężenie wstępne: 0,83 N/mm 2 między dwoma kołami pasowymi o średnicy 12,7 mm. Podstawowy elastomer Materiał Twardość [Shore A] Relaksacja naprężeń dynamicznych 1) Relaksacja naprężeń statycznych 1) Temperatura 24 C 65 C 80 C Właściwości dynamiczne 2) Temperatura robocza Olej i smar mineralny Możliwość stosowania 2) EPDM E0540-80 80 ±5 13 % 14 % 18 % 20 % + 80 (100) ++ ++ ++ + CR C0557-70 70 ±5 14 % 14 % 19 % 22 % 0 80 + ++ + + + VMQ S0604-70 70 ±5 21 % 2 % 5 % 2 % + 100 (150) 0 0 + ++ 0 TPU P5008 94 ±5 19 % 21 % 29 % 36 % ++ 100 ++ ++ 0/ ++ ++ Olej i smar silikonowy Woda Ozon Ścieranie 1) (naprężenie początkowe 0,83 N/mm 2 ) 2) bardzo dobre: ++, dobre: +, średnie: 0, ograniczone zastosowanie: 0/, nie stosować: Tab. 2.13 Porównanie własności pasków napędowych z elastomerów Informacje konstrukcyjne Należy unikać bezpośredniego kontaktu z płynami, ponieważ może to doprowadzić do poślizgu. W tabeli zgodności z mediami (patrz załącznik) znajdują się informacje dotyczące zgodności mediów z różnymi elastomerami. Minimalna średnica koła pasowego wynosi D 2 mm = 6 d 2 (przekrój poprzeczny). Średnicę wewnętrzną d 1 pierścienia o-ring można rozciągnąć maksymalnie o 15% (średnie wydłużenie od 8 do 12%). Naprężenie po zamontowaniu od 0,6 do 1,0 N/mm 2. Przekrój poprzeczny d 2 powinien być większy niż 2,62 mm lub równy tej wartości. Informacje dotyczące zamawiania Wszystkie pierścienie o-ring używane jako paski napędowe podlegają dodatkowym procedurom kontroli jakości oraz kontroli wad powierzchni po wydłużeniu. Pierścienie o-ring zamawiane do tego 16
2 Sposoby montażu zastosowania należy oznaczać następująco: 2-250, E0540-80, pasek napędowy. Obliczenia dotyczące pasków napędowych: konstrukcja otwarta Skróty: C: odległość kół pasowych w linii prostej (mm) D 1 : średnica napędzanego koła pasowego (mm) D 2 : średnica napędowego koła pasowego (mm) S: wydłużenie w postaci ułamka dziesiętnego (np. 10% = 0,1) d 1 : średnica wewnętrzna pierścienia o-ring (mm) d 2 : przekrój poprzeczny pierścienia o-ring (mm) L: długość paska napędowego (mm) B: współczynnik obliczeniowy D 1 D 2 3) Obliczenie odległości C kół pasowych w linii prostej: znane: d 1 : średnica wewnętrzna pierścienia o-ring S: wydłużenie w postaci ułamka dziesiętnego (np. 10% = 0,1) D 1 / D 2 : średnice kół pasowych a) Obliczenie współczynnika B: B = 3,14 d 1 (S + 1) 1,57 (D 1 + D 2 ) b) Następnie obliczenie odległości C kół pasowych w linii prostej: B + B 2 (D 1 + D 2 ) 2 C = 4 Konstrukcja krzyżowa Skróty: C: odległość kół pasowych w linii prostej [mm] D 1 : średnica napędzanego koła pasowego [mm] D 2 : średnica napędowego koła pasowego [mm] S: wydłużenie w postaci ułamka dziesiętnego (np. 10% = 0,1) d 1 : średnica wewnętrzna pierścienia o-ring [mm] d 2 : przekrój poprzeczny pierścienia o-ring [mm] L: długość paska napędowego [mm] B: współczynnik obliczeniowy 2 C Rys. 2.19 Konstrukcja otwarta D 1 D 2 1) Obliczenie rozmiaru pierścienia o-ring d 1 : znane: D 1 / D 2 : średnica kół pasowych C: odległość kół pasowych w linii prostej S: wydłużenie w postaci ułamka dziesiętnego (np. 10% = 0,1) a) Obliczenie długości L paska napędowego: L = 2 C + 1,57 (D 1 + D 2 ) + (D 1 D 2 ) 2 4C b) Obliczenie średnicy wewnętrznej d 1 pierścienia o-ring: L d 1 = 3,14 (1,0 + S) c) Pierścień o-ring jest dobierany według listy rozmiarów pierścieni o-ring. Jeśli rozmiar przypada pomiędzy dwoma rozmiarami podanymi w tabeli, należy wybrać mniejszy z nich. 2) Obliczenie wydłużenia S: znane: d 1 : średnica wewnętrzna pierścienia o-ring C: odległość kół pasowych w linii prostej D 1 / D 2 : średnica kół pasowych a) Obliczenie długości L paska napędowego: (patrz punkt 1a) b) Obliczenie wydłużenia S w postaci ułamka dziesiętnego: L S = 1 3,14 d 1 Rys. 2.20 Konstrukcja krzyżowa C 1) Obliczenie rozmiaru pierścienia o-ring d 1 : znane: D 1 / D 2 : średnica kół pasowych C: odległość kół pasowych w linii prostej S: wydłużenie w postaci ułamka dziesiętnego (np. 10% = 0,1) a) Obliczenie długości L paska napędowego: (D 1 D 2 ) 2 L = 2 C + 1,57 (D 1 + D 2 ) + 4C b) Obliczenie średnicy wewnętrznej d 1 pierścienia o-ring: L d 1 = 3,14 (1,0 + S) c) Pierścień o-ring jest dobierany według listy rozmiarów pierścieni o-ring. Jeśli rozmiar przypada pomiędzy dwoma rozmiarami podanymi w tabeli, należy wybrać mniejszy z nich. 17
2 Sposoby montażu 2) Obliczenie wydłużenia S: znane: d 1 : średnica wewnętrzna pierścienia o-ring C: odległość kół pasowych w linii prostej D 1 / D 2 : średnica kół pasowych a) Obliczenie długości L paska napędowego: (patrz punkt 1a) b) Obliczenie wydłużenia S w postaci ułamka dziesiętnego: L S = 1 3,14 d 1 3) Obliczenie odległości C kół pasowych w linii prostej: znane: d 1 : średnica wewnętrzna pierścienia o-ring S: wydłużenie w postaci ułamka dziesiętnego (np. 10% = 0,1) D 1 / D 2 : średnice kół pasowych a) Obliczenie współczynnika B: B = 3,14 d 1 (S + 1) 1,57 (D 1 + D 2 ) b) Następnie obliczenie odległości C kół pasowych w linii prostej: B + B 2 (D 1 D 2 ) 2 C = 4 r 1 Ø D 1 lub Ø D 2 r 2 0,2 0,4 bez wypływów Rys. 2.21 Promień dławnicy koła pasowego d 2 r 1 2,62 1,25 +0,10 3,53 1,70 +0,10 5,33 2,60 +0,10 6,99 3,50 +0,15 Tab. 2.14 W przypadku pozostałych przekrojów poprzecznych d 2 : r 1 = 0,49 d 2 Chropowatość powierzchni: R maks <6,3 μm <1,6 μm R a 18
2 Sposoby montażu 2.5 Instrukcje dotyczące konstrukcji i montażu Dokładne uszczelnienie można uzyskać po wybraniu właściwego materiału uszczelniającego w odpowiednich rozmiarach i umożliwiającego odpowiednie odkształcenie. Właściwe odkształcenie zależy od zgodności z wartościami tolerancji i wykończenia powierzchni elementów maszyny. W praktyce należy uwzględnić wszystkie czynniki wpływające na uszczelnienie. Błędy popełnione na etapie projektowania mogą prowadzić do konieczności przeróbek, zwiększenia kosztów serwisowania, demontażu, przestojów lub przedwczesnej konserwacji oraz innych kosztów dodatkowych. 2.5.2 Przesuw w poprzek nawierconych gniazd Pierścień o-ring może zostać przycięty, gdy suwak lub tłoczysko przesunie się w miejscu nawiercenia gniazda. Odkształcony pierścień o-ring wraca do swojego pierwotnego przekroju poprzecznego po znalezieniu się w gnieździe i zostaje przycięty podczas opuszczania nawierconego obszaru. Aby uniknąć takiej sytuacji, należy zmienić położenie otworów przyłączeniowych. 2 2.5.1 Ścięcia W celu umożliwienia montażu części maszyny oraz ochrony uszczelek przed uszkodzeniem wszystkie krawędzie prowadzące powinny być ścięte. Krawędzie nie powinny zawierać zadziorów ani ostrych kantów. Rys. 2.25 Z 15 20 Rys. 2.22 Przykład montażu tłoka Rys. 2.26 Jeśli zmiana położenia nie jest możliwa, zaleca się zastosowanie wewnętrznej dławnicy. 15 20 Rys. 2.27 Rowek równoważący w obszarze otworu jest najlepszym rozwiązaniem. Pierścień o-ring może ulec rozprężeniu i jest poprowadzony wzdłuż fazy prowadzącej i wyjściowej. Rys. 2.23 Przykład montażu tłoczyska 15 20 Wysokość fazy krawędzi prowadzącej, x > y Rys. 2.24 Rysunek przedstawia fazowanie krawędzi prowadzącej i pierścień o-ring przed ściśnięciem. Aby zapewnić prawidłowy montaż, wymiar x powinien być większy od wymiaru y. 2.5.3 Zanieczyszczenia i materiały czyszczące Zanieczyszczenia obecne w dławnicach pierścienia o-ring mogą prowadzić do nieszczelności. W celu zapewnienia ochrony powierzchni czołowych uszczelnienia przed zanieczyszczeniami podczas pracy konieczne jest używanie filtrów lub planowanie cyklów konserwacji. Materiały czyszczące muszą być kompatybilne z elastomerem. Smar ułatwiający montaż powinien także być kompatybilny. 19
2 Sposoby montażu 2.5.4 Wydłużanie Pierścienie o-ring lub pierścienie oporowe można rozciągać podczas montażu o nie więcej niż 50% ich średnicy wewnętrznej. Przy niewielkiej średnicy wewnętrznej łatwo jest przekroczyć tę wartość, ponieważ im mniejsza średnica, tym szybciej można osiągnąć procentową wartość graniczną rozciągania. Z tego względu ważne jest, aby upewnić się, że wartość rozciągnięcia nie przekracza wydłużenia krańcowego podanego w kartach materiałowych. Jeśli pierścień o-ring zostanie rozciągnięty do granicy elastyczności, po krótkim czasie powróci do pierwotnego rozmiaru. 2.5.7 Narzędzia ułatwiające montaż Stempel Narzędzie ułatwiające montaż 2.5.5 Skręcanie Element blokujący narzędzia Pierścienie o-ring o dużych średnicach wewnętrznych i małych przekrojach poprzecznych mają tendencje do skręcania się podczas montażu. Pierścień o-ring skręcony podczas montowania może się uszkodzić (patrz punkt Uszkodzenia pierścieni o-ring ) lub powodować nieszczelności. Rys. 2.30 Zastosowanie stempla i narzędzia ułatwiającego montaż Rys. 2.28 Zwinięty pierścień o-ring po założeniu Stempel Tuleja montażowa 2.5.6 Ostre krawędzie Pierścieni o-ring nie należy zakładać na ostre krawędzie. Gwinty, szczeliny, otwory, gniazda, wielowypusty itp. należy usunąć lub osłonić. Narzędzia ułatwiające montaż pomagają wykonać prawidłowy montaż i uniknąć styku z ostrymi krawędziami. Narzędzie ułatwiające montaż Element blokujący narzędzia Rys. 2.31 Element ułatwiający montaż uzupełnia tuleja chroniąca uszczelkę przed ostrymi krawędziami.uszczelnienia statyczne Rys. 2.29 Korzystanie z narzędzia ułatwiającego montaż 20