اورینگ ها معمولا از جنس الاستومر بوده و برای ابندی در تجهیزات هیدرولیکی و پنیوماتیکی مورد استفاده قرار می گیرند. عمر مفید اورینگ ها به خواص مکانیکی و شرایط استفاده از انها وابسته می باشد

اورینگ وسیله ای است ماهیچه ای مانند یا حلقوی، که عموما از جنس پلی تترا فلورو اتیلن و سایر مدواد ترموپلاست می باشد. معمولا اورینگ ها جهت آبندی و جلوگیری از نشت مایع  و یا گاز ها مورد استفاده قدرار می گیرد. مجموعه آبنددی شامل یدک اورینگ الاستومر و یک گلند می باشد. اورینگ دارای سطح مقطع دایره ای ساخته شده از لاستیک می باشد )شکل 1(. گلند معمولا از جنس فلز و یا یک ماده سخت که نگهدارنده اورینگ است می باشدد )شکل های 2 و 3(. ترکیبات مختلف اورینگ و گلند بیان کننده کلاس آبندی می باشد. تحقیقات مختلفی در خصوص بررسی اورینگ ها انجام شده است. در این خصوص جورج و همکاران ] 1 [ فشرده شدن یک اورینگ بین دو صفحه را بر اساس روش المان محدود مورد مطالعه قرار دادند همچنین کیم و همکاران ] 2 و 3 [ تلاش کردند تا رابطه ای را بر اساس نتایج تجربی جهت بیان رفتار اورینگ ها در حالات مختلف نصب ارائه نمایند. دیانی و همکاران ] 4 [ و ایسائویی و همکاران ] 5 [ رفتار اورینگ را پس از یک روز مونتاژ و باربرداری ان مورد مطالعه قرار دادند

 اورینگ

شکل 1 نمای کلی اورینگ -

 

 اورینگ

شکل 2 نمای کلی گلند

 

 اورینگ

شکل 3 نمای کلی اورینگ و گلند -

 

مزایای اورینگ ها

اورینگ ها محدوده بالائی از فشار، درجه حرارت و تلرانس را ابندی می کند. همچنین اسان بودن نصب و مونتاژ بدون نیاز به استفاده از آغشته کننده ها مانند روغن، گریس و ....، عدم نیاز به یک ممان حداکثری جهت نصب که باعت عدم ایجاد خسارت به قطعات می گردد از دیگر مزایای اورینگ ها می باشد بعلاوه اورینگ ها دارای وزن کم و انبارداری اسان بوده و در اکثر موارد می توان اورینگ ها را مورد استفاده مجدد قرار داد. عمر مفید اورینگ در شرایط استفاده درست از آن، به طور مستقیم به جنس اورینگ وابسته بوده و خرابی ایجاد شده در انها به صورت تدریجی و قابل شناسائی می باشد

عملکرد

عملکرد اورینگ در حالات مختلف در اشکال زیر آمدده اسدت. شکل 4 بیان کننده اورینگ مونتاژ شده قبل از اعمال فشار مایع می باشد. در این حالت اورینگ از حالت دایره ای به حالت فشرده شده در بین دو جزء داخلی و بیرونی تغییر شکل می دهد. سپس اورینگ تحت فشار اعمالی از طرف سیال به داخل شیار موجدود مابین دو قطعه داخلی و بیرونی سیلان می کند ) شکل 5(. اورینگ تحت فشار سیال به سمت بیرون سیلان می کند و با افزایش فشار سیال، میزان سیلان اورینگ به شکاف بین قطعه داخلی و بیرونی افزایش می یاید. شکل 6 حد نهائی سیلان اورینگ در حفره موجود را نشان میدهد. با افزایش فشار سیال و افزایش بیش از حد سیلان اورینگ، اورینگ دچار خرابی می گردد که این موضوع در شکل 7 بیان شده است

 اورینگ

شکل 4 اورینگ در حالت مونتاژ شده بدون اعمال فشار سیال

 

 اورینگ

شکل 5 اورینگ در حالت مونتاژ شده با اعمال فشار سیال

 

 اورینگ

شکل 6 حد نهائی سیلان اورینگ به حفره بین قطعات

 

 اورینگ

شکل 7 اورینگ دچار واماندگی شده

 

 

انواع اورینگ

حالات مختلف کاربرد اورینگ جهت آبندی

کاربرد اورینگ جهت آبندی در حالت استاتیکی: حالت استاتیکی به حالتی اتلاق می گردد که بین قطعات هیچ گونه حرکتی وجود ندارد )به جز جابجائی های کوچک در اثر انبساط حرارتی یا در اثر اعمال فشار مایع (. مثال هائی از این حالت شامل آبندی زیر سر پیچ و یا پرچ، ابندی اتصالات لوله ها و ... می باشد.

آبندی حالت رفت و برگشتی: در آبندی حالت رفت و برگشتی، یک حرکت رفت و برگشتی نسبی بین قطعه داخلی و بیرونی مجموعه آبندی، در راستای محور میله وجود دارد. این حرکت باعد لغزش و پیچش در اورینگ بعلت حرکت رفت و برگشتی می گردد. مثال های این نوع ابندی شامل حرکت سیلندر در پیستون، حرکت سیلندر یک جک هیدرولیکی درون پیستون و .. می باشد

 

آبندی حالت نوسانی: در حالت آبندی نوسانی قطعه داخلی و بیرونی مجموعه آبندی، در یک کمان )حول محور میله( نسبت به سایر قطعات حرکت می کنند زمانی که کمان حرکتی به 363 درجه برسد – در چندین چرخش در زمان عملکرد شدید دستی - کمان برگشتی در جهت عکس حالت آبندی نوسانی را از حالت آبنددی دورانی متمایز می کند. مثال این نوع ابندی شامل اورینگ آبنددی برای شیر آب می باشد.

آبندی حالت دورانی: در آبندی حالت دورانی اجزاء داخلی و یا خارجی مجموعه آبندی حول یک میله فقط در یک جهت می چرخند. زمانی که جهت حرکت عکس می شود در صورتی که این حرکت رفت و برگشتی در یک کمان مشخص صورت گیرد این نوع آبندی جزء کلاس آبندی حالت نوسانی طبقه بندی می گردد. مثال های این نوع آبندی شامل آبندی میل محور موتور یا چرخ روی محور ثابت می باشد.

 

آبندی حالت نشیمنگاهی: در آب بندی حالت نشیمنگاهی، اورینگ جهت جلوگیری از نشتی سیال بکار می رود. فشار ایجاد شده حاصل از حرکت جهت بستن یک معبر به صورت مکانیکی باعث انجام آبندی می گردد.

مثال های این نوع آبندی شامل عملکرد اورینگ مانند یک واشر در شیر های با پیچ های مارپیچی، آبنددی شیرهای شناور و آبندی پیستون سیم پیچ ها می باشد.

آبندی حالت بادی: در آبندی حالت بادی، همه حالات ذکر شده قبلی - اما با کلاس بندی متفاوت به علت تغییر سیال به هوا یا بخار- مورد استفاده قرار می گیرد. این تغییر باعث اعمال تغییرات در روغن کاری اورینگ و نحوه نصب اورینگ می گردد. این نوع آبنددی می تواند در اثر افزایش درجه حرارت گاز )بعلت فشرده کردن آن( مورد تاثیر قرار گیرد. قابل توجه آنکه در این گونه موارد آبندی به صدورت دورانی-بادی تعریف می گردد.

 

نصب بالشتکی: با توجه به نیاز، می توان از اورینگ ها به عنوان ضربه گیر در هنگام وجود نیروهای ناگهانی، ضربه ای و شوک استفاده نمود و از تماس ناگهانی بین قطعات فلزی جلوگیری کرد. بعنوان مثال از اورینگ جهت جلوگیری از تماس ناگهانی سطح پیستون با کف سیلندر استفاده می گردد. در این خصوص اورینگ می بایست در محل مناسبی ثابت گردد.

نصب در حالت فشرده: استفاده از اورینگ در این حالت از نوع آبندی استاتیکی می باشد. در این حالت اورینگ در فضائی با سطح مقط متفاوت از گلند استاندارد -بعنوان مثال به صدورت مثلثی - فشرده می گردد. در حالت آبندی موثر، اورینگ به طور دائمی دچار تغییر شکل شده و قابلیت استفاده مجدد خود را از دست می دهد.

نصب اورینگ بعنوان تمیز کننده: در این حالت اورینگ بعنوان تمیز کننده سطح یک محور با حرکت رفت و برگشتی جهت حفاظت در مقابل خسارت مورد استفاده قرار می گیرد. در این حالت لزومی به ابند بودن اورینگ وجود ندارد. در صورتی که بین اورینگ ابنددی و اورینگ تمیز کننده مایع وجود داشته باشد، باید بین سطح آن دو، منفذ جهت نفوذ هوا وجود داشته باشد. این نوع نصب برای حالتی که سیلندرها در گرد و غبار و هوای کثیف مورد استفاده اند مفید میباشد.

نحوه حل مسائل با رفتار غیر خطی

روش های مختلفی جهت حل مسائل غیر خطی وجود دارد. در این روش ها اعمال نیرو یا تنش خارجی به صورت چند مرحله ای انجام می گیرد و در هر مرحله، جواب مساله با تکرار بدست می آیدد .بدین ترتیب که با محاسبه نیرو های نامتوازن بر اساس تفاضل نیروهای ناشی از تنش داخلی و خارجی و به حداقل رساندن آنها با توجه به اصلاح تنش های داخلی، روند محاسبات به پیش می رود. از جمله این روش ها میتوان به روش ای تنش اولیه، نیوتن -رافسون، نیدوتن-رافسون اصلاح شده و ... اشاره کرد. در تمامی روش ها بارگذاری خارجی به نموهایی تقسیم شده است و در هر نمو با انجام تکرار، نیروهای نامتوازن به حداقل رسانده می شود. تفاوت روش ها در ماتریس سختی مورد استفاده می باشد. در روش نیوتن-رافسون معمولی، در هر مرحله از تکرار، ماتریس سختی اصلاح می شود حال آنکه این روند برای روش نیوتن -رافسون اصلاح شده، محاسبه ماتریس سختی در ابتدای هر نمو بارگذاری انجام می شود و در کل نمو بار )در تکرار ها( ماتریس سختی تغییری نمی کند. در روش تنش اولیه کلیه محاسبات بر اساس ماتریس سختی اولیه انجام می شود و نیازی به ایجاد ماتریس سختی جدید و طبعا واران کردن آن نمی باشد و با وجود افزایش تعداد تکرارها روند محاسبات با هزینه کمتری به پیش می رود.

 

شبیه سازی بر اساس روش المان محدود

جهت شبیه سازی با استفاده از نرم افزار مطلب و بر اساس رفتار غیر خطی ماده مورد استفاده در اورینگ، بر اساس روش المان محدود و تولید شبکه مجدد، کد نویسی انجام شد. شکل 8 الگوریتم حل مساله بر اساس تولید مجدد شبکه در روش المان محدود را نشان می دهد.

 اورینگ

شکل 8- الگوریتم حل مساله بر اساس تولید مجدد شبکه در روش المان محدود ماده هایپرالاستیک مورد استفاده، ماده مونی-ریدولین با ضرایب
مددی shore A= و 35 C01=41000pa و C10=162000pa باشد. ضریب اصطکاک در نظر گرفته شده برابر با 3.1 می باشدد.

اورینگ انتخاب شده دارای قطر 13 میلی متر بوده کده شکل 9 اورینگ و محل قرار گیری ان را نشان می دهد

 

  اورینگ

شکل 9- هندسه اورینگ و محل قرار گیری

جهت شبیه سازی با استفاده از نرم افزار، از نرم افزار انسیس استفاده گردید. شکل 13 نمونه المان بندی شده را نشدان می دهد. المان مورد استفاده جهت شبیه سازی المان 182 و المان های تماسی مورد استفاده المان های 169 و 172 می باشد

 اورینگ

ANSYS شکل 13 - نمونه المان بندی شده در نرم افزار

نتایج

جهت بررسی عملکرد اورینگ، به میزان یک میلی متر در اورینگ بوسیله صفحه بالائی فشردگی ایجاد شد. اشکال 11 و 13 به ترتیب کانتورهای تنش و کرنش بدست امده از روش المان محدود بر اساس کد نویسی در نرم افزار مطلب و اشکال 12 و 14 به ترتیب کانتورهای تنش و کرنش بدست امده از نرم افزار انسیس را نشان می دهند

 اورینگ

شکل 11 - کانتور تنش بدست امده از روش المان محدود )پاسکال(

 

 

 اورینگ

شکل 12 کانتور تنش بدست امده از نرم افزار انسیس )پاسکال( -

 اورینگ

شکل 13 کانتور کرنش بدست امده از روش المان محدود -

 

 اورینگ

شکل 14 کانتور کرنش بدست امده از نرم افزار انسیس -

نتیجه گیری و جمع بندی

در این مقاله ابتدا اورینگ و نحوه طراحی ان مورد بررسی اجمالی قرار گرفت سپس بر اساس روش المان محدود با استفاده از برنامه نویسی در نرم افزار مطلب، به اورینگ بار محوری اعمال شد و رفتار ان در شرایط کرنش صفحه ای مورد بررسی قرار گرفت. در مراحل مختلف حل، با توجه به تغییر شکل اتفاق افتاده در المان ها، تولید شبکه مجدد و نگاشت پارامترهای حل از شبکه تغییر شکل یافته به شبکه جدید انجام شد. توانائی روش ارائه شده بوسیله مقایسه نتایج با نتایج حاصل از شبیه سازی بر اساس نرم افزار انسیس مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج بیان کننده همخوانی خوبی بین نتایج حاصل از شبیه سازی بر اساس روش المان محدود با استفاده از تولید شبکه و نتایج حاصل از نرم افزار انسیس را نشان می دهد که نشان می دهد روش فوق توانائی مدل کردن تغییر شکل های بزرگ در مواد الاستومر را دارا می باشد.

تشکر و قدردانی

در اینجا جا دارد که از دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشدت بدلیل حمایت مالی در قالب طرح پژوهشی و در اختیار قرار دادن امکانات کتابخانه و مرکز محاسبات تقدیر بعمل آید.

 

آدرس دفتر مرکزی: اصفهان، خیابان امام خمینی، بعد از شهرک قدس، روبروی اداره برق شمال غرب

مدیریت: وحید محمدحسینی

شماره همراه : ۰۹۱۳۱۰۹۰۶۴۰

کارشناس فروش : 09139154626

شماره تماس دفتر: ۰۳۱۳۳۲۰۸۴۳۰

شماره فکس: ۰۳۱-۳۳۲۴۸۵۰۵