اورینگ (O-ring), قطعه ایی لاستیکی و بسیار پرمصرف است که اغلب برای آببندی و رفع لقی قطعات از آن استفاده می شود. این قطعه پرمصرف در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارد.
دلیل انتخاب نام اورینگ برای این قطعه شکل دایره ایی آن است که مانند حرف O انگلیسی است. اورینگ ها در اندازه های مختلفی کاربرد دارند و از مواد اولیه متفاوتی در تولید آنها استفاده می شود.
اورینگ چیست؟
اورینگ (O-ring) نوعی درزبند مکانیکی و به شکل چنبره می‌باشد. اورینگ‌ها الاستومر و دارای سطح مقطعی گرد می‌باشند. اورینگ به‌طور رایج به گونه‌ای طراحی می‌شود که در یک شیار نشسته در طول فرایند مونتاژ بین دو یا چند قسمت فشرده می‌شود و سبب ایجاد یک آب‌بند مکانیکی در میان قسمت‌ها می‌شود.
از اورینگ ممکن است برای آببندی دو قسمت ثابت (استاتیک) یا دو قسمت متحرک نسبت به هم (دینامیک) استفاده گردد. برای مثال از کاربردهای اورینگ به صورت دینامیک می‌توان به آببندی شفت پمپ‌ها یا پیستون‌های سیلندرهای هیدرولیکی اشاره کرد. در کاربرد آببندی مایع یا گاز به صورت استاتیک: (۱) اورینگ به گونه ای فشرده می‌شود که لقی به صفر می‌رسد، (۲) ماده اورینگ به گونه ای ولکانیزه شده که برای سیال غیرقابل نفوذ است، (۳) جنس اورینگ با سیال سازگار بوده و خورده نمی‌شود.
اورینگ‌ها یکی از متداول‌ترین روش‌های آببندی در طراحی ماشین آلات می‌باشند چرا که ساخت آنها آسان، قیمت آنها ارزان، نصب آنها ساده و قابلیت اطمینان آنها بالا می‌باشد. اورینگ‌ها قابلیت آببندی تا فشارهایی به میزان ۳۵۰ بار (۵۰۰۰ پوند بر اینچ مربع) را نیز دارند. ماکزیمم فشار قابل تحمل اورینگ به سختی آب‌بند و لقی شیار بستگی دارد.
روش‌های ساخت
اورینگ‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی از قبیل: اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری فشاری یا قالب‌گیری انتقالی ساخت.
تئوری و طراحی
اورینگ‌ها در سایزهای متنوع و با اندازه‌های استاندارد متریک و اینچی در بازار موجود هستند. سایز اورینگ‌ها با قطر داخلی و قطر سطح مقطع (ضخامت) آنها بیان می‌شود. استاندارد ISO 3601-1:2012 شامل انواع سایزهای استاندارد اورینگ‌ها، چه متریک و چه اینچی می‌باشد. در آمریکا بیشتر از سایز اینچی استفاده می‌شود که مطابق با استاندارد SAE AS568C است. برخی استانداردهای متداول دیگری مانند استاندارد BS001 تا BS932 در بریتانیا وجود دارند.
کاربرد اورینگ
از اورینگ ممکن است برای آببندی دو قسمت ثابت (استاتیک) یا دو قسمت متحرک نسبت به هم (دینامیک) استفاده گردد. برای مثال از کاربردهای اورینگ به صورت دینامیک می‌توان به آببندی شفت پمپ‌ها یا پیستون‌های سیلندرهای هیدرولیکی اشاره کرد. در کاربرد آببندی مایع یا گاز به صورت استاتیک: (۱) اورینگ به گونه ای فشرده می‌شود که لقی به صفر می‌رسد، (۲) ماده اورینگ به گونه ای ولکانیزه شده که برای سیال غیرقابل نفوذ است، (۳) جنس اورینگ با سیال سازگار بوده و خورده نمی‌شود.
اورینگ‌ها یکی از متداول‌ترین روش‌های آببندی در طراحی ماشین آلات می‌باشند چرا که ساخت آنها آسان، قیمت آنها ارزان، نصب آنها ساده و قابلیت اطمینان آنها بالا می‌باشد. اورینگ‌ها قابلیت آببندی تا فشارهایی به میزان ۳۵۰ بار (۵۰۰۰ پوند بر اینچ مربع) را نیز دارند. حداکثر فشار قابل تحمل اورینگ به ماده تشکیل دهنده آن و سختی محل آب‌بند و لقی شیار بستگی دارد.
روش‌های ساخت اورینگ
اورینگ‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی از قبیل: اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری فشاری یا قالب‌گیری انتقالی ساخت.
تئوری و طراحی
اورینگ‌ها در سایزهای متنوع و با اندازه‌های استاندارد متریک و اینچی در بازار موجود هستند. سایز اورینگ‌ها با قطر داخلی و قطر سطح مقطع (ضخامت) آنها بیان می‌شود. استاندارد ISO 3601-1:2012 شامل انواع سایزهای استاندارد اورینگ‌ها، چه متریک و چه اینچی می‌باشد. در آمریکا بیشتر از سایز اینچی استفاده می‌شود که مطابق با استاندارد SAE AS568C است. برخی استانداردهای متداول دیگری مانند استاندارد BS001 تا BS932 در بریتانیا وجود دارند.
کاربردهای متداول اورینگ
اندازه‌های گوناگونی از اورینگ
عملکرد موفق اورینگ بستگی به طراحی مکانیکی صلبی دارد که بتواند نیروی مؤثری به اورینگ برای تغییر شکل مورد نیاز به آن وارد کند. این کار باعث ایجاد تنش مکانیکی محاسبه شده‌ای بین نقاط تماس اورینگ می‌شود. تا زمانی که فشار سیال داخل محفظه از تنش تماسی اورینگ بیشتر نشود، نشتی ایجاد نخواهد شد. فشار داخل محفظه از طریق اورینگ فشرده شده، منتقل خواهد شد و در نتیجه هر چه فشار داخل محفظه بیشتر شود، تنش تماسی نیز بیشتر خواهد شد. به همین دلیل تا زمانیکه اورینگ دچار شکست مکانیکی نشود به راحتی می‌تواند محفظه را آب‌بند نگه دارد. متداول‌ترین عامل شکست عملکرد اورینگ‌ها، اکستروژن یا کشیده شدن اورینگ بین قطعات جفت شونده است.
سطح مقطع اورینگ (چپ) و برخی آب‌بندهای دیگر. O-ring در حقیقت رینگ یا حلقه ای است که سطح مقطع آن O-شکل یا دایره ای است. اورینگ یکی از کارآمدترین روش‌های آببندی است.
آببندی به گونی طراحی می‌شود که بین سطح آببندی شونده و اورینگ یک تماس نقطه ای ایجاد گردد. اینکار باعث ایجاد یک تمرکز تنش موضعی بالا شده که به حفظ فشار بالای داخل محفظه کمک می‌کند، به گونه‌ای که مقدار آن از تنش تسلیم بدنه اورینگ فراتر نمی‌رود. ساختار منعطف و لاستیکی اورینگ‌ها به کاهش اثر نواقص موجود در سطوح کمک می‌کند، با این حال داشتن یک کیفیت سطح خوب برای آببندی قابل اطمینان الزامی است، مخصوصاً در دماهای پایین که عملاً لاستیک به دمای انتقال شیشه رسیده و در حقیقت تبدیل به نوعی ساختار بلوری می‌گردد. در عملکردهای ساختار دینامیک یا اورینگ‌هایی که بر روی سطح می‌لغزند و حرکت دارند، پرداخت نهایی سطح بسیار اهمیت دارد. اگر سطح بیش از حد زبر باشد باعث آسیب دیدن و سایش اورینگ شده و اگر بیش از حد صاف باشد به آب‌بند اجازه روانکاری توسط فیلم مایع را نخواهد داد.
کاربرد اورینگ در دمای بالا
در برخی کاربردهای دما بالا برای جبران کردن اثر گف-ژول (منقبض شدن الاستومرهای تحت کشش در دمای بالا) اروینگ‌ها را به صورت متراکم در جهت مماسی نصب می‌کنند.
اندازه‌های گوناگونی از اورینگ
عملکرد موفق اورینگ بستگی به طراحی مکانیکی صلبی دارد که بتواند نیروی مؤثری به اورینگ برای تغییر شکل مورد نیاز به آن وارد کند. این کار باعث ایجاد تنش مکانیکی محاسبه شده‌ای بین نقاط تماس اورینگ می‌شود. تا زمانی که فشار سیال داخل محفظه از تنش تماسی اورینگ بیشتر نشود، نشتی ایجاد نخواهد شد. فشار داخل محفظه از طریق اورینگ فشرده شده، منتقل خواهد شد و در نتیجه هر چه فشار داخل محفظه بیشتر شود، تنش تماسی نیز بیشتر خواهد شد. به همین دلیل تا زمانیکه اورینگ دچار شکست مکانیکی نشود به راحتی می‌تواند محفظه را آب‌بند نگه دارد. متداول‌ترین عامل شکست عملکرد اورینگ‌ها، اکستروژن یا کشیده شدن اورینگ بین قطعات جفت شونده است.
سطح مقطع اورینگ (چپ) و برخی آب‌بندهای دیگر. O-ring در حقیقت رینگ یا حلقه ای است که سطح مقطع آن O-شکل یا دایره ای است. اورینگ یکی از کارآمدترین روش‌های آببندی است.
آببندی به گونی طراحی می‌شود که بین سطح آببندی شونده و اورینگ یک تماس نقطه ای ایجاد گردد. اینکار باعث ایجاد یک تمرکز تنش موضعی بالا شده که به حفظ فشار بالای داخل محفظه کمک می‌کند، به گونه‌ای که مقدار آن از مقاومت بدنه اورینگ فراتر نمی‌رود. ساختار منعطف و لاستیکی اورینگ‌ها به کاهش اثر نواقص موجود در سطوح کمک می‌کند، با این حال داشتن یک کیفیت سطح خوب برای آببندی قابل اطمینان الزامی است، مخصوصاً در دماهای پایین که عملاً لاستیک به دمای انتقال شیشه رسیده و در حقیقت تبدیل به نوعی ساختار بلوری می‌گردد. در عملکردهای ساختار دینامیک یا اورینگ‌هایی که بر روی سطح می‌لغزند و حرکت دارند، پرداخت نهایی سطح بسیار اهمیت دارد. اگر سطح بیش از حد زبر باشد باعث آسیب دیدن و سایش اورینگ شده و اگر بیش از حد صاف باشد به آب‌بند اجازه روانکاری توسط مایع را نخواهد داد.
اورینگ واره ها
برخی از لوازم و قطعات یدکی لاستیکی در خودروها اورینگ خطاب میشوند که این موضوع به دلیل کاربرد قطعه برای آب بندی است و ازنظر ظاهری با اورینگ های معمولی شباهت ندارند برخی از این نوع قطعات عبارتند از: اورینگ نسوز سردکن الوند , واشر درب‌موتور الوند , واشر کارتل الوند , واشر لاستیکی یونیت الوند
کاربرد در خلاء
در کاربردهای خلاء، نفوذپذیری یا تراوایی ماده باعث بی فایده بودن تماس نقطه ای می‌شود. در عوض از فشارهای نصب خیلی بیشتری استفاده می‌گردد به گونه ای رینگ تمام سطح شیار را پر می‌کند. همچنین از رینگ‌های پشتیبانی برای جلوگیری از تغییر شکل بیش از حد استفاده می‌گردد. از آنجایی که آب‌بند فقط در معرض فشار محیط و فشار جزئی گاز داخل محفظه قرار می‌گیرد، شیب گرادیان آنها نزدیک آب‌بند زیاد و در داخل توده ملایم خواهد بود. (بر عکس گرادیان تنش تماسی) در خلاء فوق بالا با فشارهایی کمتر از
10
−
9
{\displaystyle 10^{-9}} تور از اورینگ‌های با جنس مس یا نیکل استفاده می‌شود. همچنین در سیستم‌های خلاء ای که قرار است در داخل نیتروژن مایع فرو برده شود از اورینگ‌هایی با جنس ایندیم استفاده می‌شود، چرا که لاستیک در دماهای خیلی پایین سخت و شکننده می‌شود.
کاربرد در دمای بالا
در برخی کاربردهای دما بالا برای جبران کردن اثر گف-ژول (منقبض شدن الاستومرهای تحت کشش در دمای بالا) اروینگ‌ها را به صورت متراکم در جهت مماسی نصب می‌کنند.
جنس اورینگ‌ها
جنس و ماده قابل استفاده در تولید اورینگ‌ها چیست؟
انتخاب اورینگ‌ها بر اساس فاکتورهایی از قبیل: سازگاری شیمیایی، دمای کاری، فشار آببندی، الزامات روانکاری، دورومتر، سایز و هزینه انجام می‌شود.
لاستیک مصنوعی – ترموست‌ها (EPDM)
:EPDM: مقاومت خوبی در برابر آب گرم و بخار، مواد شوینده، محلول‌های پتاس سوزآور، محلول‌های هیدروکسید سدیم، روغن‌ها و گریس‌های پایه سیلیکونی، بسیاری از حلال‌های قطبی و بسیاری از اسیدها و مواد شیمیایی رقیق شده دارد. فرمولاسیون‌های ویژه آن برای استفاده با روغن ترمزهای مبتنی بر گلیکول بسیار عالی هستند. برای استفاده با روغن‌های معدنی شامل روانکارها، روغن‌ها یا سوخت‌ها نامناسب است. ترکیبات آن با پراکسید برای دماهای بالا مناسب است.
وایتون (FKM)
FKM که با نام تجاری وایتون شناخته می‌شود: به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر گرما و طیف گسترده‌ای از مواد شیمیایی شهرت دارند. از سایر مزایای آن می‌توان به مقاومت آن در برابر پیری و فرسودگی، مقاوم بودن در برابر گاز ازون، نفوذپذیری گاز بسیار کم، و خاموش شدن خودبخودی آن در صورت آتش گرفتن اشاره کرد. مواد استاندارد FKM از مقاومت عالی در برابر روغن‌های معدنی و گریس‌ها، هیدروکربن‌های آلیفاتیک، آروماتیک و کلرینه شده، سوخت‌ها، روغن‌های هیدرولیک غیرقابل اشتعال (HFD) و بسیاری از حلال‌ها و مواد شیمیایی آلی برخوردار هستند. معمولاً در برابر آب گرم، بخار، حلال‌های قطبی، روغن ترمز مبتنی بر گلیکول و اسیدهای آلی با وزن کم مولکولی مقاوم نیستند.
ان بی آر (NBR)
لاستیک ان بی آر NBR یا لاستیک نیتریل (NBR, HNBR, HSN, Buna-N): این ماده به دلیل قیمت نسبتاً پایین، خواص مکانیکی خوب و مقاومت در برابر روانکارها و گریس‌ها بسیار پرکاربرد است. خواص فیزیکی و شیمیایی متریال‌های NBR بستگی به درصد acrylonitrile (ACN) پلیمر پایه دارد: درصد کم آن باعث انعطاف‌پذیری خوب در دمای پایین شده، ولی مقاومت آن به روغن‌ها و سوخت‌ها را کاهش می‌دهد. هرچه درصد ACN افزایش یابد، انعطاف‌پذیری در دمای پایین کاهش یافته ولی مقاومت آن به روغن‌ها و سوخت‌ها افزایش می‌یابد. گریدهای استاندارد NBR معمولاً در برابر روغن‌های پایه معدنی، بسیاری از گریدهای روغن هیدرولیک، هیدروکربن‌های آلیفاتیک، روغن‌ها و گریس‌های پایه سیلیکونی، و آب تا دمای ۸۰ درجه سلسیوس مقاوم هستند. NBRها معمولاً در برابر هیدروکربن‌های آروماتیک و کلرینه شده، سوخت‌های با درصد آروماتیک بالا، حلال‌های قطبی، روغن ترمزهای پایه گلیکول و روغن هیدرولیک غیر-آتش‌گیر (HFD) مقاوم نیستند. همچنین NBR مقاومت کمی در برابر ازون، تغییر دما و فرسایش محیطی دارد. HNBR نسبت به NBR مقاومت خیلی بیشتری نسبت به گرما، ازون و فرسایش دارد و خواص مکانیکی خوبی از خود نشان می‌دهد.
سیلیکون (SiR)
لاستیک سیلیکون (SiR): اورینگ‌های با جنس سیلیکون رابر به دلیل قابلیت کارکرد آنها در محدوده دمای گسترده و مقاومت فوق‌العاده به ازون و فرسایش محیطی، مورد توجه هستند. نسبت به اکثر الاستومرهای آببندی، خواص فیزیکی سلیکون‌ها ضعیف است. در حالت کلی، سیلیکون‌ها از لحاظ فیزیولوژیکی بی خطر بوده و به همین دلیل در بسیاری از کاربردهای داروسازی و غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. لاستیک سیلیکونی معمولی در برابر آب تا دمای ۱۰۰ درجه سلسیوس، روغن موتور و روغن گیربکس‌های آلیفاتیک، روغن‌های حیوانی و گیاهی مقاوم است، اما در برابر سوخت‌ها، روغن‌های معدنی آروماتیک، بخار (برای کوتاه مدت ۱۲۰ درجه سلسیوس را تحمل می‌کند)، روغن‌ها و گیریس‌های پایه سیلیکونی، اسیدها و قلیاها مقاومت ندارد.
بوتادین رابر (RB)
PTFE که با نام تجاری تفلون شناخته می‌شود
EPR
بوتیل رابر (IIR)
هیپالون (CSM)
اپیکلروهیدرین رابر (ECH, ECO)
FFKM
ACM
نئوپرین
پلی‌ایزوپرین
لاستیک استایرین-بوتادین (SBR)
ترموپلاستیک‌ها
الاستومر ترموپلاستیک (TPE)
TPO ,LDPE, HDPE, LLDPE, ULDPE
پلی یورتان ترموپلاستیک (TPU)، پلی اتر، پلی استر: تفاوت پلی یورتان‌ها با الاستورمرهای کلاسیک در خواص مکانیکی بسیار بهتر آنهاست. مخصوصاً آنها از مقاومت بالایی در برابر سایش، خوردگی و اکستروژن، استحکام کششی بالا و مقاومت عالی در برابر پارگی برخوردار هستند. پلی یورتان‌ها به‌طور کلی در برابر فرسایش و ازن، روغن‌ها و گریس‌های معدنی، روغن‌ها و گریس‌های پایه سیلیکونی، مایعات هیدرولیک غیرقابل اشتعال HFA و HFB، آب تا ۵۰ درجه سلسیوس و هیدروکربن‌های آلیفاتیک مقاوم هستند.
TEEE
PEBA
MPR
TPV
Buna-N
منابع
Whitlock, Jerry (2004). “The Seal Man’s O-Ring Handbook” (PDF). EPM, Inc. – The Seal Man. Archived from the original (PDF) on 10 August 2019. Retrieved 26 February 2020.
Pearl, D.R. (January 1947). “O-Ring Seals in the Design of Hydraulic Mechanisms”. S.A.E. Annual Meeting. Hamilton Standard Prop. Div. of United Aircraft Corp.
“Frequently Asked O-ring Technical Questions”. Parker O-Ring & Engineered Seals Division. Retrieved December 7, 2018.
http://www.oringsusa.com/html/factory_tour.html
«نسخه آرشیو شده». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۱ سپتامبر ۲۰۰۷. دریافت‌شده در ۲۶ فوریه ۲۰۲۰.
“MDC Vacuum Products-Vacuum Components, Chambers, Valves, Flanges & Fittings”. Mdc-vacuum.com. Archived from the original on 12 October 2010. Retrieved 2011-03-25.
“O-ring”. Glossary.oilfield.slb.com. Archived from the original on 7 June 2011. Retrieved 2011-03-25.
http://www.dhcae.com/FEA.htm بایگانی‌شده در ۴ مارس ۲۰۱۶ توسط Wayback Machine).
“O-ring Design, O-ring Design Guide, O-ring Seal Design -Mykin Inc”. Mykin.com. Retrieved 2011-03-25.
“Type details”. O-ring elastomer. Dichtomatik Americas. 2012. Archived from the original on 4 March 2016. Retrieved 9 April 2013.
انواع اورینگ
اورینگ حلقه مربع (square-ring)
اورینگ گرد (ساده)
حلقه‌های مربعی و واشر لاستیکی، گهگاه در برنامه‌های کاربردی حساس به هزینه استفاده میشوند. حلقه‌های مربعی و واشر لاستیکی بسته به اندازه، جنس و مقدار، قالب‌گیری، ماشین‌کاری یا کاهش قیمت مناسبی دارند.
جایگزینی حلقه های مربعی با حلقه های O یا X-Rings را در نظر بگیرید که اغلب با هزینه یکسان یا کمتر عملکرد بیشتری را ارائه می دهند. واشرها اغلب زمانی استفاده میشوند که ناحیه آببندی آنقدر نازک باشد که هر چیز دیگری را در خود جای دهد. کاربردهای پیچیده و حیاتی باید با کارکنان مهندسی ما مورد بحث قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که عملکرد و قیمت ارزیابی می شوند.
اندازه حلقه مربعی: 2-، AS568-، سفارشی (بدون ابزار)
مواد رایج حلقه مربعی: FFKM، Kalrez®، Markez®، Perlast®، Chemraz®، FKM، Viton®، EPDM، سیلیکون، Buna-N، NBR، PTFE، فلوروسیلیکن، اورتان، Aflas®، FEP کپسوله شده، HNBR، نئوپرن ®، بوتیل، هیپالون، پلی اکریلات، SBR، سفارشی، پلاستیک، تعداد زیادی برای فهرست کردن…
اورینگ های پشتیبان یا بک آپ اورینگ (backup-ring-dimensions)
اورینگ های پشتیبان، اتصالات واشر مسطح، تقسیم شده، مارپیچی یا کانتوری هستند که برای محافظت از مهر و موم O-Ring در برابر اکستروژن در فشارها و دماهای بالاتر استفاده می شوند. یک حلقه پشتیبان با مسدود کردن یا کاهش شکاف اکستروژن کار می کند، بنابراین از اکسترود شدن اورینگ جلوگیری می کند. استفاده از اورینگ پشتیبان باعث افزایش قابلیت فشار و دمای اورینگ ها می شود. اورینگ های پشتیبان می توانند جامد، شکاف، مارپیچ یا کانتور باشند. اورینگ های پشتیبان اسپلیت و مارپیچ به خصوص در قطرهای کوچک نصب آسان تر هستند. نمودار سمت راست، قابلیت‌های فشار بالاتر استفاده از اورینگ های پشتیبان را برای یک بعد فاصله خالی معین نشان می‌دهد. اگر فشار دو طرفه باشد می توان از حلقه های پشتیبان در هر دو طرف O-Ring استفاده کرد. عرض غدد باید برای جا دادن یک یا دو حلقه پشتیبان گسترده شود.
اورینگ ایکس (X-Ring)
X-Rings، همچنین به عنوان Quad-Ring® Seals شناخته می شود، می تواند در طیف گسترده ای از کاربردهای آب بندی استاتیک و دینامیک استفاده شود. در کاربردهای رفت و برگشتی، طراحی چهار لوبی X-Ring از خرابی مارپیچ و در کاربردهای چرخشی از جمع شدن و از کار افتادن آب بند جلوگیری می کند. ما هر دو مهر و موم با مارک Quad-Ring® تولید شده توسط Minnesota Rubber and Plastics، Quadion LLC و همچنین مهرهای مشابهی را که به روش های مختلف توصیف شده اند مانند X-Rings و Q-Rings عرضه می کنیم.
طراحی چهار لوبی دو سطح آب بندی را در مقایسه با یک O-ring استاندارد فراهم می کند. عمل دوگانه مهر و موم نیاز به نیروی کمتری برای حفظ یک آببندی موثر دارد. این کاهش نیرو به معنای اصطکاک کمتر و بهبود عمر آب بندی است.
خطوط جداکننده X-Ring بین لوب ها، دور از سطح آب بندی قرار دارند، بنابراین مشکلات نشتی که اغلب ناشی از سطح نامنظم خط جداکننده است، همانطور که در O-Ring یافت می شود، از بین می رود. طراحی منحصر به فرد X-Ring امکان استفاده از آن را در شیارهای باریک تر و همچنین در شیارهای O-ring با عرض استاندارد می دهد.
منابع:
https://en.wikipedia.org/wiki/O-ring