O-obročki so najpogostejša mehanska zasnova za tesnjenje zaradi nizke cene, preproste izdelave, zanesljivega delovanja in preprostih zahtev za namestitev. Čeprav so O-obročki poceni, bo v nekaterih posebnih okoljih pogosta zamenjava povečala stroške vzdrževanja stroja in vplivala na normalno delovanje opreme. Zato je treba razumeti značilnosti O-obročev.
Pri -50 do -60 stopinjah bodo gumijasti materiali, ki niso odporni na nizke temperature, popolnoma izgubili prvotno obremenitev; tudi za gumijaste materiale, odporne na nizke temperature, začetna napetost v tem trenutku ne bo večja od 25 odstotkov začetne napetosti pri 20 stopinjah. To je zato, ker je začetno stiskanje O-tesnila odvisno od koeficienta linearne ekspanzije.
Nepravilna zasnova in uporaba O-tesnila bosta pospešila njegovo poškodbo in izgubila njegovo tesnilno zmogljivost.
Poskusi so pokazali, da če je zasnova vsakega dela naprave s tesnilnim obročem razumna, preprosto povečanje tlaka ne bo povzročilo poškodb O-tesnila. V delovnih pogojih visokega tlaka in visoke temperature je glavni vzrok za poškodbe O-tesnila trajna deformacija materiala O-tesnila, ugriz v režo, ki ga povzroči stiskanje O-tesnila v tesnilno režo, in popačenje O-tesnilo med premikanjem.
Trajna deformacija Ker je sintetični gumijasti material, uporabljen za tesnilni obroč O-tesnila, viskoelastičen material, se bosta prvotno nastavljena količina stiskanja in zmogljivost blokiranja povratnega udarca po dolgotrajni uporabi trajno deformirali in postopoma izgubili, kar bo sčasoma povzročilo puščanje.
Trajna deformacija in izguba elastične sile sta glavna razloga, zakaj O-tesnila izgubijo svoje tesnilne lastnosti. Sledijo glavni razlogi za trajno deformacijo.
Razmerje med kompresijskim razmerjem in količino raztezanja ter trajno deformacijo
Različne formulacije gume, ki se uporabljajo za izdelavo O-obročev, bodo povzročile sprostitev tlačne napetosti v stisnjenem stanju. V tem času se bo tlačna napetost zmanjšala s podaljševanjem časa. Daljši kot je čas delovanja, večja je stopnja stiskanja in raztezanja, večji je padec napetosti, ki ga povzroči sprostitev gumijaste napetosti, tako da O-tesnilo ni dovolj elastično in izgubi sposobnost tesnjenja. Zato je pri dovoljenih pogojih uporabe priporočljivo poskušati zmanjšati kompresijsko razmerje.
Povečanje velikosti prečnega prereza O-tesnila je najlažji način za zmanjšanje kompresijskega razmerja, vendar bo to povečalo strukturno velikost. Upoštevati je treba, da ko ljudje izračunavajo kompresijsko razmerje, pogosto ne upoštevajo zmanjšanja višine preseka, ki ga povzroči razteg O-tesnila med sestavljanjem. Sprememba površine prečnega prereza O-tesnila je obratno sorazmerna s spremembo njegovega oboda. Hkrati se bo zaradi učinka napetosti spremenila tudi oblika prečnega prereza O-tesnila, kar se kaže kot zmanjšanje njegove višine. Poleg tega postane zaradi površinske napetosti zunanja površina O-tesnila bolj ravna, kar pomeni, da se višina odseka nekoliko zmanjša. To je tudi manifestacija sprostitve kompresijske napetosti O-tesnila.
Stopnja deformacije odseka O-tesnila je odvisna tudi od trdote materiala O-tesnila. V primeru enake količine raztezanja bo imelo O-tesnilo z visoko trdoto tudi večje zmanjšanje višine preseka. S tega vidika je treba materiale z nizko trdoto izbrati čim bolj glede na pogoje uporabe. Pod vplivom tlaka in napetosti tekočine se bo gumijasti O-obroč postopoma plastično deformiral, njegova višina prečnega prereza pa se bo ustrezno zmanjšala, tako da bo sčasoma izgubil svojo sposobnost tesnjenja.
Razmerje med temperaturo in procesom relaksacije O-tesnila
Delovna temperatura je še en pomemben dejavnik, ki vpliva na trajno deformacijo O-tesnila. Visoke temperature bodo pospešile staranje gumijastih materialov.
Višja kot je delovna temperatura, večja je kompresijska stopnja O-tesnila. Ko je trajna deformacija večja od 40 odstotkov, O-tesnilo izgubi sposobnost tesnjenja in pušča. Začetna vrednost napetosti, ki nastane v gumijastem materialu O-tesnila zaradi kompresijske deformacije, se bo postopoma zmanjšala in celo izginila s procesom sprostitve in padcem temperature O-tesnila. Pri O-obročkih, ki delujejo pri temperaturah pod ničlo, se lahko njihova začetna kompresija zmanjša ali popolnoma izgine zaradi močnega padca temperature. Pri -50 do -60 stopinjah bodo gumijasti materiali, ki niso odporni na nizke temperature, popolnoma izgubili prvotno obremenitev; tudi za gumijaste materiale, odporne na nizke temperature, začetna napetost v tem trenutku ne bo večja od 25 odstotkov začetne napetosti pri 20 stopinjah. To je zato, ker je začetno stiskanje O-tesnila odvisno od koeficienta linearne ekspanzije. Zato je treba pri izbiri začetnega stiskanja zagotoviti, da je še vedno dovolj tesnilne sposobnosti po padcu napetosti zaradi relaksacijskega procesa in padca temperature. Pri O-obročkih, ki delujejo pri temperaturah pod ničlo, je treba posebno pozornost nameniti indeksu obnovitve in indeksu deformacije gumijastega materiala.
Če povzamemo, zasnova mora zagotoviti, da ima O-tesnilo primerno delovno temperaturo, ali izbrati materiale O-tesnila, odporne na visoke in nizke temperature, da podaljša življenjsko dobo.
Srednji delovni tlak in trajna deformacija Tlak delovnega medija je glavni dejavnik, ki povzroča trajno deformacijo O-tesnila.
Delovni pritisk sodobne hidravlične opreme narašča iz dneva v dan. Dolgotrajen visok tlak bo povzročil trajno deformacijo O-tesnila. Zato je treba med načrtovanjem izbrati ustrezne gumijaste materiale, odporne na pritisk, glede na delovni tlak. Višji kot je delovni tlak, večja mora biti trdota in odpornost na visok pritisk uporabljenega materiala. Da bi izboljšali tlačno odpornost materiala O-tesnila, povečali elastičnost materiala (zlasti povečali elastičnost materiala pri nizki temperaturi) in zmanjšali kompresijski niz materiala, je na splošno treba izboljšati formulo materiala in dodajte mehčalo. Če pa je O-tesnilo z mehčalom dlje časa potopljeno v delovni medij, bo mehčalo postopoma absorbiralo delovno sredstvo, kar bo povzročilo zmanjšanje prostornine O-tesnila in lahko povzroči celo negativno kompresijo O-tesnilo (tj. med O-tesnilom in površino zatesnjenega dela nastane vrzel).
Zato je treba pri izračunu stiskanja O-tesnila in načrtovanju kalupa ta krčenja v celoti upoštevati. Stisnjeni O-tesnilo mora ohraniti potrebno velikost po namakanju v delovnem mediju 5-10 dni in noči.
Kompresijski niz materialov O-tesnila je odvisen od temperature. Ko je stopnja deformacije 40 odstotkov ali več, bo prišlo do puščanja, zato so meje toplotne odpornosti več gumijastih materialov: nitrilna guma 70 stopinj C, EPDM guma 100 stopinj C, fluorova guma 140 stopinj C. Zato so države sprejele predpise o trajna deformacija O-obročev.
Za O-tesnila iz istega materiala, pri enaki temperaturi, ima O-tesnilo z večjim premerom prečnega prereza manjšo tlačno nastavitev. Pri nafti je situacija drugačna. Ker O-tesnilo v tem trenutku ni v stiku s kisikom, so zgoraj omenjeni neželeni učinki močno zmanjšani. Poleg tega običajno povzroči določeno ekspanzijo gumene zmesi, zato bo stopnja stiskanja, ki jo povzroča temperatura, izravnana. Zato se toplotna odpornost v olju močno izboljša. Če na primer vzamemo nitrilno gumo, lahko njena delovna temperatura doseže 120 stopinj ali več.