3.0. منطق کار قطعات آب بندی

اگر بخواهیم در سیستم های هیدرولیک بین دو ناحیه اختلاف فشار ایجاد کنیم، لزوم آب بندی مطرح می شود.

 

 

همانطور که مشاهده می شود با توجه به اختلاف فشار ارائه شده، یک جریان (نفوذ- نشتی) از شکاف بین شفت و سیلندر رخ می دهد.

اینجا اختلاف فشار است،

اگر بگوییم ΔP=P1-P2، مقدار جریان روغنی که از شکاف 'S' عبور می کند. Q = π.d. ΔP.S3 / 12.μ.L

در اینجا Q= مقدار جریان μ= ویسکوزیته است.

در کاربردهای واقعی، فاصله یک طرفه "S" همیشه در هر دو جهت میله پیستون برابر نیست. به دلیل نیروهای شعاعی، اغلب می توانند در یک جهت لمس کنند.
این بدان معناست که فضای S یک طرفه افزایش یافته است.

اگر به فرمول داده شده در بالا نگاه کنیم، افزایش مضاعف در فضای "S" باعث افزایش هشت برابری مقدار روغن عبوری می شود، زیرا متناسب با مکعب آن است.
عملاً نمی توان تلورانس های ماشینکاری را طوری تنظیم کرد که شکاف "S" صفر شود.

به همین دلیل در مواردی که نشتی مورد نظر نیست، استفاده از المنت آب بندی الزامی است.

در این نوع کاربردها عموماً از قطعات آب بندی ساخته شده از مواد الاستومری استفاده می شود. در حین بررسی منطق عملکرد قطعات آب بندی، می توان به منطق عملکرد حلقه های اورینگ نشان داده شده در شکل-2 زیر نگاه کرد.
اورینگ نشان داده شده در شکل به صورت دینامیک و به عنوان یک قطعه آب بندی گلویی عمل می کند. طبق اصل کلی، پس از نصب در شیار، باید فضای خالی مناسبی در اسلات باقی بماند.

زمانی که سیستم اورینگ نصب شده در حالت بدون فشار قرار می گیرد، به دلیل طراحی، فشاری را به میله وارد می کند. به این نیروی پیش بار یا گیره می گویند. پیش بارگیری برای آب بندی در حالت کم فشار بسیار مهم است.

هنگامی که سیستم تحت فشار است، باید ساختاری وجود داشته باشد که به سیال تحت فشار اجازه دهد تا به راحتی به شیار المنت آب بندی برود.
سیال تحت فشاری که شیار قطعه آب بندی را پر می کند، مواد نمدی را باد می کند و باعث می شود که نیروی فشاری که بر روی سطوح استاتیک و دینامیکی اعمال می کند، افزایش یابد. به این ترتیب آب بندی تضمین می شود.

 

 

نتیجه fea (تجزیه و تحلیل المان محدود) در شکل-3 در زیر نشان داده شده است. در اینجا، عملکرد یک اورینگ در یک محیط دیجیتال شبیه سازی شده است. با توجه به بارهای بحرانی که در مواد O-ring رخ می دهد، تغییر شکل هایی با تن رنگ های مختلف دیده می شود.

نباید فراموش کرد که این بارهای بحرانی ممکن است به دلیل فضای یک طرفه باقی مانده در قسمت بدون فشار سیستم افزایش یابد و مواد اورینگ ممکن است به خاصیت ویسکوز (آب) منتقل شود، یعنی ممکن است مشکل جریان ایجاد شود. . در حالی که سازندگان المنت آب بندی با در نظر گرفتن این وضعیت طراحی می کنند، سازندگان سیلندر هیدرولیک نیز باید این موضوع مهم را در نظر بگیرند.

اگر هیچ شکافی در کانال المنت آب بندی وجود نداشته باشد، از آنجایی که سیال تحت فشار نمی تواند مواد المنت آب بند را باد کند، المنت آب بندی در مدت کوتاهی به دلیل نیروهای اصطکاک زیاد خراب می شود و مشکل نشتی آغاز می شود.

 

 

3.1. آب بندی استاتیکی

افزایش فشار تماس اعمال شده توسط المنت آب بند باعث کاهش نشتی روغن در آب بندی استاتیک می شود. فشار تماس در نقطه بهینه تضمین می کند که نشت روغن به طور کامل متوقف شود. البته فاکتور مهمی که نباید فراموش کرد، مقادیر زبری سطح روی سطوح اعمال شده است. به طور طبیعی، مقادیر زبری سطح بالاتر نیاز به فشار تماس بیشتری دارد.

مواد قطعه آب بندی در دماهای مختلف، الاستیسیته و مقادیر فشرده سازی متفاوتی ایجاد می کنند. به همین دلیل،
تغییرات دما می تواند تغییرات عملکردی قابل توجهی در قطعه آب بندی ایجاد کند. لازم به ذکر است که به دلیل تغییر در سختی مواد المنت آب بندی به خصوص در دماهای بسیار پایین نمی تواند کار خود را انجام دهد.

3.2. آب بندی دینامیک

هنگام بررسی آب بندی دینامیکی، اگر به فرمول جریان برگردیم که در آن منطق کاری فرآیند آب بندی توضیح داده شده است.

Q = π.d. ΔP.S3 / 12.μ.L

طبق این فرمول هیچ حرکتی در میله وجود ندارد و فشار کاهش می یابد. اگر میله در حال حرکت باشد اما فشار کاهش نیابد،

سرعت جریان را می توان با فرمول Q1 = π.dSV/2 V= سرعت محاسبه کرد.
اگر میله پیستون برخلاف فشار اعمال شده حرکت کند،

Q دینامیک = Q+Q1.
به عبارت دیگر،
Q دینامیک = π.d ( ΔP.S3/12. μ.L ± V.S/2) را می توان به صورت محاسبه کرد.

 

 

هنگامی که این فرمول بررسی می شود، سرعت و جهت سرعت در آب بندی دینامیکی اهمیت پیدا می کند. علاوه بر این، اگر فضای S به دلیل نیروهای شعاعی در کاربردهای دینامیکی موازی نباشد، فشار اضافی (فشار هیدرودینامیکی) به صورت موضعی رخ می دهد.

در واقع به دلیل این نتیجه در ابعاد میکروسکوپی، یک لایه روغن هیدرودینامیکی الاستیک بین قطعه آب بندی و سطح دینامیکی تشکیل می شود. این لایه روغن تنها چند میکرون ضخامت دارد.

این ضخامت لایه روغن متناسب با جهت حرکت است. بنابراین در کاربردهای دینامیکی امکان آب بندی صفر وجود ندارد. . با این حال، بسته به کاربرد و هندسه قطعه آب بندی، لایه روغن را می توان افزایش یا کاهش داد 
 

3.3. نیروی اصطکاکی

به دلیل موارد فوق روی یک لایه نازک روغن لغزش دهید
نمی توان برای قوانین کلاسیک نیروی اصطکاک،استحکام را توضیح داد. با توجه به لایه روغن، 3 نوع اصطکاک رخ می دهد:

1. استاتیک (اصطکاک خشک)
2. اصطکاک مخلوط (اصطکاک خشک و سیال) 3. اصطکاک سیال (بدون تماس خشک)

هنگامی که حرکت شروع می شود، نیروی اصطکاک بالایی ایجاد می شود و بلافاصله اصطکاک مخلوط رخ می دهد. به همین دلیل، کاهش بسیار ناگهانی در نیروی اصطکاک رخ می دهد.
سپس، اصطکاک سیال، یعنی لغزش روی لایه روغن، شروع می شود. با افزایش سرعت، نیروی اصطکاک شروع به افزایش خطی می کند. 

 

 

لایه روغن تشکیل شده در اینجا مستقیماً با ویسکوزیته سیال و همچنین سرعت سیستم مرتبط است. دو عامل مهم موثر بر نیروی اصطکاک عبارتند از: فشار و دمای سیستم نیروهای اصطکاک نامناسب در المنت های آب بند حرارت زیادی را به صورت موضعی ایجاد می کند و باعث خراب شدن و از دست دادن عملکرد ماده آب بندی می شود.

در همان زمان، سایش به دلیل پارگی در لایه روغن تشکیل شده و تأثیر مقادیر نامناسب زبری سطح رخ می دهد. مشکل سایش ناشی از نیروی اصطکاک باعث ایجاد نشتی می شود.