แรงตึงและอัตราการบีบอัดของยางโอริง

ซีลโอริงเป็นซีลแบบอัดขึ้นรูปทั่วไป อัตราการบีบอัดและการขยายเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัดของโอริงเป็นเนื้อหาหลักของการออกแบบซีล ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการซีลและอายุการใช้งาน ผลการปิดผนึกที่ดีของโอริงส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการจับคู่ที่ถูกต้องของขนาดโอริงและขนาดร่องเพื่อสร้างแรงกดและการขยายที่เหมาะสมของแหวนซีล
1. ยืดเหยียด
หลังจากติดตั้งยางโอริงในร่องซีลแล้ว โดยทั่วไปจะมีการยืดตัวอยู่บ้าง เช่นเดียวกับอัตราการบีบอัด ปริมาณการยืดก็มีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการซีลและอายุการใช้งานของโอริง การยืดจำนวนมากไม่เพียงทำให้การติดตั้งโอริงทำได้ยากเท่านั้น แต่ยังช่วยลดอัตราการบีบอัดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัด d0 ซึ่งจะทำให้เกิดการรั่วซึม ปริมาณการยืด a สามารถแสดงได้โดยสูตรต่อไปนี้:
Α=(d+d0)/(d1+d0)
ในสูตร d ----- เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา (มม.); d1 ---- เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของโอริง (มม.)
ช่วงของจำนวนการยืดคือ 1% -5% ตัวอย่างเช่น ค่าแนะนำของการยืดโอริงแสดงไว้ในตาราง ตามขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางเพลา สามารถเลือกการยืดโอริงได้ตามตาราง ช่วงลำดับความสำคัญของอัตราการบีบอัดโอริงและปริมาณการยืด
รูปแบบการปิดผนึก สื่อการปิดผนึก การยืดตัว α (%) อัตราการบีบอัด w (%)
น้ำมันไฮดรอลิกซีลแบบสถิต 1.03～1.04 15～25
อากาศ <1.01 15～25
น้ำมันไฮดรอลิกเคลื่อนที่แบบลูกสูบ 1.02 12～17
อากาศ <1.01 12～17
การเคลื่อนที่แบบหมุน น้ำมันไฮดรอลิก 0.95～1 3～8
2. อัตราการบีบอัด
อัตราส่วนการอัด W มักจะแสดงโดยสูตรต่อไปนี้:
W=(d0-h)/d0 ×100%
โดยที่ d0 ----- เส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัดของโอริงในสถานะอิสระ (มม.)
h------ ระยะห่างระหว่างด้านล่างของร่องโอริงกับพื้นผิวที่จะปิดผนึก (ความลึกของร่อง) นั่นคือความสูงหน้าตัดของโอริงหลังการบีบอัด (มม.)
เมื่อเลือกอัตราส่วนการอัดของโอริง ควรพิจารณาสามด้านต่อไปนี้:
1. จะต้องมีพื้นที่สัมผัสการปิดผนึกเพียงพอ
2. แรงเสียดทานมีขนาดเล็กที่สุด
3. พยายามหลีกเลี่ยงการเสียรูปถาวร
จากปัจจัยข้างต้น พบว่ามีความขัดแย้งกันไม่ยาก อัตราการบีบอัดขนาดใหญ่สามารถรับแรงกดสัมผัสขนาดใหญ่ได้ แต่อัตราการบีบอัดที่มากเกินไปจะเพิ่มแรงเสียดทานจากการเลื่อนและรูปร่างถาวรอย่างไม่ต้องสงสัย หากอัตราการบีบอัดน้อยเกินไป อาจทำให้เกิดการรั่วซึมเนื่องจากข้อผิดพลาดของศูนย์กลางของร่องการซีลและข้อผิดพลาดของโอริงที่ไม่ตรงตามข้อกำหนด และการสูญเสียการบีบอัดบางส่วน ดังนั้นเมื่อเลือกอัตราส่วนการอัดของโอริง จึงจำเป็นต้องชั่งน้ำหนักปัจจัยต่างๆ โดยทั่วไป อัตราการบีบอัดของซีลแบบสถิตจะมากกว่าอัตราไดนามิกซีล แต่ค่าสูงสุดของซีลควรน้อยกว่า 25% มิฉะนั้น ความเค้นอัดจะคลายตัวอย่างมากและเกิดการเสียรูปถาวรมากเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง
การเลือกอัตราการบีบอัด W ของซีลซิลิโคนโอริงควรพิจารณาเงื่อนไขการใช้งาน ซีลแบบสถิตหรือซีลแบบไดนามิก ซีลแบบสถิตสามารถแบ่งออกเป็นซีลแนวรัศมีและซีลแนวแกน ช่องว่างการรั่วของซีลแนวรัศมี (หรือซีลสถิตทรงกระบอก) คือเส้นผ่านศูนย์กลาง ช่องว่างตามแนวแกน ช่องว่างการรั่วของซีลแนวแกน (หรือซีลสถิตแบบแบน) คือช่องว่างตามแนวแกน ตามตัวกลางแรงดันที่กระทำต่อเส้นผ่านศูนย์กลางภายในหรือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของโอริง ซีลตามแนวแกนจะแบ่งออกเป็นแรงดันภายในและแรงดันภายนอก แรงดันภายในเพิ่มขึ้นและแรงดันภายนอกจะลดความตึงเริ่มต้นของโอริง สำหรับตราประทับแบบคงที่รูปแบบต่าง ๆ ที่กล่าวมาข้างต้น ทิศทางการทำงานของสื่อการปิดผนึกบนโอริงจะแตกต่างกัน ดังนั้นการออกแบบแรงดันล่วงหน้าจึงแตกต่างกัน สำหรับซีลไดนามิก จำเป็นต้องแยกความแตกต่างระหว่างซีลการเคลื่อนที่แบบลูกสูบและซีลแบบหมุน
1. การปิดผนึกแบบสถิต: อุปกรณ์ปิดผนึกแบบสถิตทรงกระบอกเหมือนกับอุปกรณ์ปิดผนึกแบบลูกสูบ โดยทั่วไป W=10%～15%; อุปกรณ์ปิดผนึกระนาบคงที่คือ W=15%～30%

2. สำหรับแมวน้ำแบบไดนามิก สามารถแบ่งออกเป็นสามสถานการณ์ การเคลื่อนที่แบบลูกสูบโดยทั่วไปจะใช้เวลา W=10% ～15% เมื่อเลือกอัตราส่วนการอัดของซีลการเคลื่อนที่แบบโรตารี่ จะต้องคำนึงถึงเอฟเฟกต์ความร้อนของจูลด้วย โดยทั่วไป เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของวงแหวน O-ring แบบหมุนจะใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเพลา 3% -5% และอัตราการบีบอัดของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก W = 3% -8% เพื่อลดความต้านทานการเสียดสี โอริงสำหรับการเคลื่อนไหวที่มีแรงเสียดทานต่ำมักจะเลือกอัตราการกดที่เล็กกว่า นั่นคือ W=5%-8% นอกจากนี้ควรพิจารณาการขยายตัวของวัสดุยางที่เกิดจากตัวกลางและอุณหภูมิด้วย โดยปกตินอกรูปแบบการบีบอัดที่กำหนด อัตราการขยายตัวสูงสุดที่อนุญาตคือ 15% การเกินช่วงนี้แสดงว่าการเลือกวัสดุไม่เหมาะสม และควรใช้โอริงของวัสดุอื่นแทน หรือควรแก้ไขอัตราการเสียรูปการอัดที่กำหนด