Progettazione e sviluppo di sigilli per olio

La progettazione delle strutture di tenuta dell'olio si basa principalmente sulle condizioni di funzionamento, di montaggio e ambientali.processo di produzioneLa progettazione di un sigillo ad olio consiste in una prima scelta del materiale di sigillo appropriato.La formula del composto di gomma utilizzata deve fornire una combinazione ragionevole di proprietà che soddisfino i requisiti di resistenza al calore, resistenza all'olio, resistenza all'usura e buone prestazioni di processo.

Parametri di utilizzo delle guarnizioni ad olio e parametri di progettazione
 

Nella progettazione strutturale, i parametri utilizzati e i parametri di progettazione devono essere compatibili.

Quando si progetta la struttura del sigillo dell'olio, si devono considerare i parametri strutturali indicati nella figura seguente.

(1) Interferenza labiale (d-d1)

Se l'interferenza è grande, il labbro si allungherà eccessivamente, causando invecchiamento e usura, accorciando la vita di servizio.Perché l' interferenza è correlata alla forza radiale dell' intero labbroI valori di interferenza indicati nella tabella 2 sono solo di riferimento.

Tabella 2 Interferenze dei diversi diametri dell'albero

(2)Valore "R" della posizione della molla

Questo valore è una larghezza di contatto teorica nella progettazione. Un valore "R" maggiore aumenta la larghezza di contatto e l'attrito. Un valore "R" inferiore non è favorevole alla sigillatura.I valori "R" per le posizioni delle molle nella tabella 3 sono utilizzati solo a titolo di riferimento..

(3) Lunghezza della vita

La forza radiale fornita dalla lunghezza della vita è di circa il 50% della forza radiale del labbro del sigillo dell'olio.Un modo per raggiungere questo obiettivo è quello di estendere la lunghezza della vita del sigillo di olioTuttavia, il diametro esterno del sigillo dell'olio è generalmente standardizzato. Anche lo spazio di montaggio non standardizzato limita questa larghezza.Questo problema può essere risolto derivando una sezione curva dalla parte retta della vita.

(4) Spessore della sezione della vita

Gli esperimenti hanno dimostrato che, anche a bassa pressione, può verificarsi facilmente una deformazione, come mostrato nella figura (A).Una vita più spessa indebolisce l' azione della mollaPer risolvere il conflitto tra deformazione della vita e seguitabilità,si raccomanda di riformare la vita come indicato nella figura (B)Questo aumenta la rigidità della vita senza compromettere la capacità di seguire l'eccentricità.

(5) Lunghezza superiore della testa

Alcuni diagrammi di sezione trasversale del sigillo dell'olio progettano la lunghezza della parte superiore della testa (t) per essere uguale al raggio della scanalatura della molla (r).Per evitare che la molla cada, la progettazione deve garantire che t sia maggiore di r, soddisfacendo almeno la seguente relazione: t = 4/3 r.

(6) Forma del solco di molla

Molti sigilli di olio hanno commesso un errore nella progettazione della scanalatura di molla, progettando il raggio della scanalatura di molla (R) e il raggio del cerchio di molla (r) a valori diversi.Una verifica sperimentale ha rilevato che alcuni labbra di foca hanno due zone di contattoPertanto, quando R=r, lo stato di distribuzione della tensione del labbro è migliore, con una sola zona di contatto.è spesso difficile rendere i due assolutamente uguali nella produzioneL'unico modo per mantenere una piccola differenza tra i due è mantenere una piccola differenza tra i due.

(7) Progettazione del telaio in metallo

La funzione principale del telaio in metallo è quella di rafforzare la rigidità strutturale del sigillo di olio.Lo spessore e il metodo di configurazione dipendono dalle condizioni di lavoro e dalle condizioni di montaggio del sigillo dell'olio.

(8) bobina a molla

Per calcolare il diametro della molla, la lunghezza estesa, la lunghezza della molla e la lunghezza della molla, si utilizza una molla a giarrettiera.e numero di bobine di filo, fare riferimento alle norme pertinenti e ai manuali di progettazione meccanica.

(9) Forza radiale

La forza radiale è un parametro estremamente importante, il cui effetto sulle prestazioni delle guarnizioni è riassunto come segue:

1Se la forza radiale è troppo piccola, le prestazioni di tenuta saranno scadenti; 2. Se la forza radiale è troppo grande, si verificherà usura e la vita di servizio sarà ridotta; 3.La forza radiale influenza direttamente l'attrito e la temperatura dell'area di contattoQuando la forza radiale è troppo grande, l'attrito genera un grande calore e accelera l'invecchiamento del labbro;Quando l'albero e l'alloggiamento sono eccentriciLa forza radiale limita la pressione di funzionamento del mezzo. Se la pressione del mezzo è troppo elevata,Un ulteriore aumento della forza radiale accorcerà la vita del sigillo dell'olio.

Materiale di tenuta per olio

Attualmente, le guarnizioni ad olio sono prodotte principalmente in gomma sintetica, la cui scelta e progettazione strutturale sono fattori chiave che influenzano le prestazioni di guarnizione e la durata di servizio delle guarnizioni ad olio.è fondamentale comprendere con precisione le proprietà della gomma e scegliere il materiale appropriatoIl materiale di gomma più adatto per le guarnizioni d'olio deve essere determinato in base ai parametri pertinenti della guarnizione d'olio: la forza radiale sull'albero deve essere sufficientemente elevata per evitare perdite,ma abbastanza basso da mantenere un certo spessore della pellicola di olio per mantenere basso il calore di attritoLa tenuta deve avere una resistenza di interferenza sufficiente a superare gli effetti dell'eccentricità durante il funzionamento.

Il materiale di tenuta dell'olio influisce direttamente su questi tre parametri.il modulo del materiale diminuisceL'espansione termica, il gonfiore del materiale causato dal materiale di tenuta e la durezza del composto di gomma influenzano la forza radiale e l'adattamento delle interferenze.

Per queste ragioni, quando si selezionano i materiali di tenuta a olio, si devono considerare le seguenti proprietà: compatibilità con il mezzo di tenuta, resistenza al gonfiore o al indurimento dovuto al mezzo;buona resistenza al calore e all'usura■ un'elasticità moderata per adattarsi alle variazioni di rugosità e di eccentricità dell'albero.

A causa della costante evoluzione delle formulazioni dei materiali di gomma, con l'emergere di nuovi materiali e il costante miglioramento dei materiali esistenti,La seguente è una breve descrizione dei materiali più comunemente utilizzati per i sigilli ad olio: gomma nitrile (NBR), gomma poliacrilata (PAR), gomma di silicone, gomma fluorosa (FKM) e politetrafluoroetilene (PTFE).

Gomma nitrile

Il NBR è un copolimero di butadiene e propilene, con un contenuto di propilene compreso tra il 18% e il 40%.È classificato come bassoPer ottenere buone prestazioni a basse temperature, la resistenza all'olio della NBR aumenta con il contenuto di propilene, ma la sua flessibilità a basse temperature diminuisce.la resistenza ai combustibili e agli oli ad alta temperatura viene spesso sacrificataLa gomma nitrile ha eccellenti proprietà fisiche, con una migliore resistenza al flusso di freddo, alla rottura e all'abrasione rispetto alla maggior parte delle altre gomme.anche se queste proprietà possono essere migliorate attraverso la progettazione della formulazioneLa gomma nitrile è adatta per l'uso con oli a base di petrolio, oli combustibili, acqua, oli di silicone ed esteri di silicone e miscele di etilenoglicolo.non è adatto a contatto con oli EP, idrocarburi alogenati, nitrocarburi, fluidi di esteri fosfatici, chetoni, acidi forti e determinati fluidi di freno automobilistici.

Gomma poliacrilata

La gomma poliacrilata (ACM) è un co-spazzatura di emulsioni di acrilati alchilici con altri monomeri insaturi.Le prestazioni della gomma poliacrilata sono tra quelle della gomma nitrile e quelle della gomma fluorinataPoiché la sua catena principale non contiene doppi legami, mostra una elevata resistenza al calore, all'ozono e alle intemperie.La presenza di gruppi funzionali di cloro (Cl) o (CM) sulle sue catene laterali migliora ulteriormente la sua resistenza all'olio, che consente l'uso in oli caldi a temperature comprese tra 170°C e 180°C. Una caratteristica fondamentale di questa gomma è la sua eccellente resistenza all'olio minerale, all'olio iperbolico e al burro a 178°C.Inoltre, presenta un'eccellente resistenza all'invecchiamento e alla fessurazioneI suoi principali svantaggi sono la scarsa lavorazione, l'aderenza ai rulli durante la miscelazione, le prestazioni limitate a basse temperature, la scarsa resistenza all'acqua e al vapore,scarsa resistenza all'etilenglicolo e agli oli altamente aromaticiLa sua elasticità, la sua resistenza all'usura e le sue proprietà di isolamento elettrico sono anche relativamente scarse.a causa del suo elevato grado di saturazioneAnche se la sua resistenza all'usura può essere significativamente migliorata con una formulazione adeguata, è ancora inferiore alla gomma nitrile.

Gomma di silicone

La gomma di silicone mantiene le sue proprietà meccaniche in un'ampia gamma di temperature, rimanendo flessibile a -65°C e in grado di funzionare a 230°C.Sebbene le sue proprietà meccaniche possano essere migliorate attraverso speciali composizioniLa sua resistenza agli alcali, agli acidi deboli e all'ozono è generalmente buona, ma la sua resistenza all'olio è moderata.Le proprietà chimiche possono essere migliorate con agenti componentiTuttavia, la gomma di silicone non è generalmente adatta per l'impiego in idrocarburi come benzina, paraffina e olio minerale leggero.come questi media causeranno gonfiore e ammorbidimentoIl vantaggio principale della gomma di silicone è la sua capacità di mantenere l'elasticità a temperature molto basse.con una lunghezza massima di 50 mm o più ma non superiore a 150 mm,Per le guarnizioni rotative, la temperatura di funzionamento è superiore a quella della gomma standard.

La gomma fluorosiliconica è una gomma più costosa. Le sue prestazioni sono sostanzialmente le stesse della gomma siliconica, ma il suo campo di applicazione è più ristretto.con un tenore di acido nitrico superiore o uguale a 99,99%,Ciò consente di utilizzarlo al di fuori dei limiti di temperatura di funzionamento della gomma nitrile, pur offrendo la resistenza all'olio che manca alla gomma siliconica.

Fabbricazione a partire da materie plastiche

Il fluoro gomma è un polimero saturo contenente atomi di fluoro su atomi di carbonio nelle catene principali o laterali.Si caratterizza per la sua resistenza alle alte temperature, olio, corrosione grave, solventi, intemperie, ozono, bassa permeabilità ai gas e eccellenti proprietà fisiche.i suoi svantaggi sono le scarse prestazioni a bassa temperatura e l'elevato set di compressioneSono state condotte considerevoli ricerche sia a livello nazionale che internazionale per migliorare il set di compressione della fluorocarburante.

Polipropilene

Le materie plastiche sono generalmente semi-rigide e non sono generalmente utilizzate come sigilli.in particolare la sua resistenza agli attacchi chimici in un ampio intervallo di temperature di funzionamentoIl PTFE presenta un basso coefficiente di attrito contro i metalli, ma senza rinforzo di riempimento, la sua resistenza meccanica è bassa.Per esempio:, il PTFE lavorato o stampato può essere utilizzato sia come superficie a basso attrito che come rivestimento resistente alle sostanze chimiche.

Proprietà del materiale del sigillo d'olio

Temperatura di funzionamento dei materiali per sigilli d'olio

La temperatura di funzionamento è un fattore cruciale che influenza la durata di servizio delle guarnizioni ad olio.

Tabella 4 Temperature di funzionamento dei materiali di tenuta ad olio comunemente utilizzati

Le variazioni di prestazioni a basse temperature differiscono significativamente da quelle ad alte temperature.rallentando il loro recupero dalla deformazionePrima che il materiale raggiunga la fragilità, se non ci sono materiali elastomeri alternativi, la forza di molla può fornire la resistenza necessaria.A temperature elevate, tutti gli elastomeri perdono la loro elasticità e tendono ad ammorbidirsi.tipicamente manifestato come perdita di elasticità e aumento graduale della durezza e del modulo.

Resistenza all'usura dei materiali di tenuta per olio

La resistenza all'usura del materiale è un fattore cruciale per le guarnizioni ad olio.una migliore resistenza alle lacrime porta anche a una migliore resistenza all'usuraInoltre, la resistenza all'usura di un materiale è influenzata anche da fattori quali il suo coefficiente di attrito e la lucentezza della superficie di accoppiamento.

Compatibilità con i mezzi di tenuta

Quando il materiale assorbe il mezzo liquido, il suo volume cambia e l'eccessiva espansione può degradare le sue proprietà fisiche e meccaniche, rendendolo inaccettabile.Un'espansione eccessiva può anche causare reazioni chimicheIn questi casi, il mezzo di tenuta e il materiale sono incompatibili.In alcuni casi, il materiale di tenuta può estrarre additivi come plastificanti e antiossidanti dal composto di gomma, alterando la composizione dell'elastomero e causando persino un restringimento, con conseguente perdita.Per informazioni sulla compatibilità dei materiali di guarnizione ad olio con determinati supporti, si rimanda alla tabella 5.

Tabella 5 Compatibilità dei materiali per sigilli ad olio

Da quanto sopra, si può vedere che la progettazione strutturale del sigillo dell'olio è molto importante. Anche se il materiale del sigillo dell'olio è molto buono, se il suo progetto strutturale è irragionevole,non è possibile ottenere una tenuta efficace.