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 机械气缸密封圈技术指南

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  气缸密封圈(或橡胶)是一种普遍存在的材料系列,其使用范围几乎涵盖了整个机械气缸密封圈设计。


  气缸密封圈如何在机械气缸密封圈中起作用
  橡胶气缸密封圈件有各种型材-O形圈,杯形垫圈,波纹管隔膜,气缸密封圈等等。它们被分类为静态或动态,并且对表面产生正压力以消除或控制液体和/或气体的泄漏,同时防止外部污染物(例如灰尘和污垢)的进入。静态气缸密封圈发生在相邻表面之间,没有相对运动,例如在泵壳和盖之间。由于摩擦磨损和发热,动态气缸密封圈不那么简单,发生在相邻表面之间,这些表面相对于另一个表面连续或间歇地移动,例如在泵壳和轴之间。


  在机械面气缸密封圈中,气缸密封圈倾向于采用第二个椅子,因为主气缸密封圈-外壳和旋转轴之间的动态气缸密封圈-通过一对较硬的,重叠平坦的气缸密封圈面之间的滑动接触来实现,一个固定在壳体中,一个与轴一起旋转。在许多设计中,橡胶在每个气缸密封圈面和相邻表面之间提供二次气缸密封圈。使用O形圈或杯垫将一个气缸密封圈面固定并静态气缸密封圈。另一种是弹簧加载,需要半动态气缸密封圈以适应一些轴向游隙,例如推动式机械面气缸密封圈中的动态O形圈或非推动式弹性波纹管。这些半动态应用(包括气缸密封圈的弯曲和滑动)对于通过面磨损,轴运动等保持面之间的适当接触是至关重要的。


  虽然气缸密封圈面对往往是最关键的设计特征,但机械面气缸密封圈通常用于最苛刻的应用中。


  橡胶技术在径向唇形气缸密封圈中占有突出地位,其中典型应用相对于涉及机械面气缸密封圈的应用具有较低的压力(PV)值。仍然,柔性气缸密封圈唇缘必须以轴/孔旋转,往复运动或两者的组合的形式处理相当大的相对运动。除了标准设计和尺寸之外,还存在许多定制和专有方法。最简单的设计依赖于单个橡胶唇的固有弹性,但常见的增强功能包括多个气缸密封圈唇,一个安装在气缸密封圈唇上方的凹槽中的圆周卡紧弹簧,以保持与轴的接触,以及一个辅助的雨刷唇或“排除器”以防止磨损的灰尘或碎屑不会影响主要气缸密封圈表面。


  橡胶的好处


  气缸密封圈的定义提供了橡胶获得其弹性气缸密封圈质量的初步见解:“一种高分子材料,在硫化状态和室温下,可以重复拉伸至其原始长度的至少两倍,并且在释放时压力,会立即恢复到原来的长度。“


  当橡胶被间隙的相邻表面挤压而被气缸密封圈时,它具有


  可塑性变形的特征性质,并且响应于应力采取每个表面的形状并且在其试图返回时向表面施加力。原来的尺寸。气缸密封圈由称为聚合物的大分子(来自希腊语“poly”,意思是“许多”和“meros”,意思是“部分”)组成,它们是相同或不同重复单元的长链,称为单体,通常通过碳-碳连接在一起债券(


  最值得注意的例外是有机硅气缸密封圈,它们通过硅-氧键连接)。软质和硬质塑料也由聚合物组成。然而,单体在其聚合物链中的规则性允许相邻的链段排列并形成晶体,使得大分子塑料材料刚性且无弹性。


  可以通过破坏聚合物链的规则性来防止这种结晶,通常产生粘性“胶”,其容易成形为模具。在分子水平上,聚合物链类似于彼此流过的意大利面条状链。


  在硫化在通过硫化形成交联之后表示三个聚合物链或固化过程中,粘性液体用硫或过氧化物和其他硫化剂加热,在聚合物链之间形成交联,用化学键将它们结合在一起,将胶转化为弹性的热固性固体橡胶,保留其形状适度变形后。


  除了基础聚合物和固化体系成分的选择和制备之外,配制最终橡胶产品(也称为配混)还涉及其他五大类成分,其中百分比组成以每百份橡胶的份数表示(phr)。填料包括各种粉末,这些粉末使聚合物混合物变稠,提高强度和耐磨性,并降低最终成本。增塑剂是油和其他液体烃,可降低粘度以便于加工,软化最终化合物,并在某些情况下改善低温性能。加工助剂是以低浓度添加的专用化学品,以改善混合,流动性质和最终外观。


  抗降解剂可保护橡胶免受环境侵袭。最后,可以添加各种杂质成分用于特殊目的,包括发泡剂,染料,杀真菌剂,


  阻燃剂,研磨剂,润滑剂和导电颗粒。加工这些成分的简化描述包括通过切向或啮合混合器混合,形成所需形状并硫化成最终产品。


  选择合适的橡胶


  通过咨询气缸密封圈件制造商,促进了20多个气缸密封圈聚合物系列的选择及其对比性能和成本。该过程首先列出了橡胶暴露的性能要求和环境条件。必须考虑气缸密封圈的流体化学,温度范围,压力范围,相对运动的频率和速度,润滑程度和存在的磨料,以及其他几个


  相互依赖的设计变量。典型的气缸密封圈性能描述符包括耐化学侵蚀性,例如油,极性溶剂,酸,碱,火焰和氧气/臭氧;温度等级(高和低);和图表显示了根据ASTM D2000的耐热性与耐油膨胀性的橡胶分类耐高温性与耐油膨胀性(根据ASTM D2000等级/命名体系)。


  对应用程序更具体的挑战性设计约束可能不是不可克服的。例如,如果唇形气缸密封圈件不可避免地缺乏润滑导致由于摩擦热积聚而过早失效,则可以通过石墨,聚四氟乙烯(PTFE)或其他干润滑剂将润滑性添加到橡胶配混物中。


  聚合物结构的进一步描述通知橡胶选择。一种破坏聚合物链规则性和阻碍结晶成硬质塑料的方法是在主链中加入分子支化链段或侧基。


  当特定的侧基对典型的非极性烃骨架诱导部分静电荷或极性时,气缸密封圈变成更极性的物质。像溶解一样。因此,当将非极性气缸密封圈如天然橡胶(NR)或其合成形式的聚异戊二烯(IR)浸入非极性石油中时,它们彼此溶解,导致气缸密封圈膨胀,软化和弱化。聚氯丁二烯橡胶(CR,氯丁橡胶)具有一定的极性,使其具有一定程度的耐石油流体性,而丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR,丁腈橡胶)的极性相对较高,并且已广泛用于其耐油性。


  NBR的变体包括具有改善的耐热性和动态性能的氢化丁腈橡胶(HNBR)和羧基丁腈橡胶(XNBR),其比NBR更坚韧但更易受压缩变形的影响。


  另一种防止晶体形成的方法有助于,重复聚乙烯塑料的聚合物链与赋予弹性的侧基区分气缸密封圈。向聚合物链中加入双键或不饱和键可以类似地促进弹性,在这种情况下,通过提供发生交联的反应性位点,也有助于硫化。然而,硫化后剩余的不饱和度通常会降低耐热性并为氧气,臭氧和辐射的侵蚀提供反应性位点。乙烯-丙烯二烯单体橡胶缺乏这些双键,赋予比大多数通用气缸密封圈更好的耐热性和耐臭氧性。这种去除不饱和度以及从取代中添加极性显示缺乏不饱和度的图表为提供了更好的耐热性含氢的氢产生了氟碳气缸密封圈,具有极高的耐高温性和优异的耐油性和耐燃性。其他碳氟化合物变体包括四氟乙烯共聚丙烯,具有显着改善的耐高压蒸汽,胺和酸性原油和全氟气缸密封圈,其结构完全没有任何氢原子,并提供更高的耐热性和耐化学性相应地提高了成本。


  安装和设计变量


  许多弹性气缸密封圈装置是高度工程化的精密模制产品,其使用寿命取决于适当的设备检查,处理,安装,启动和环境控制。根据所使用的气缸密封圈类型,可以应用凹槽尺寸,轴向轴移动,轴偏转,轴跳动,气缸密封圈腔面跳动,气缸密封圈腔孔同心度和其他设备特征的尺寸检查。


  为了避免在高压应用中挤出橡胶,应该最小化气缸密封圈表面之间的间隙和/或可以在低压侧安装更刚性的支撑构件,例如支撑环。


  应检查钻孔边缘引线,轴端,花键和键槽。应保护橡胶气缸密封圈元件免受所有锋利边缘和工具的影响。特别是对于动态应用,在气缸密封圈接触区域中适当耐腐蚀的轴合金,涂层或套管材料的表面光洁度应该没有加工缺陷并且在10到20微英寸(μin)之间。Ra-rougher表面加速磨损和更光滑的表面处理,防止在气缸密封圈界面处形成润滑液膜。


  安装O形圈时,用兼容的润滑剂轻轻涂抹,确保拉伸均匀,自由直径小于50%,避免扭曲。安装唇形气缸密封圈件时,图片显示预润滑的唇形气缸密封圈在钻孔肩部适当降至最低点。预先润滑气缸密封圈唇,以可控方式使用正确的安装工具,从工具或气缸密封圈件底部取下,以避免翘起并检查零件是否干涉。


  气缸密封圈失败故障排除


  在分析失效的气缸密封圈气缸密封圈件时,化学不相容性和暴露于过高的温度与几种类似的症状有关,包括硬度,开裂,挤压和压缩变形。


  溶胀与化学不相容性更相关,并且由于暴露于过大的压力也可能发生挤出。挤压,压缩变形,切割或磨损以及机械损坏或磨损也可能是设备问题的迹象,包括过大的挤压间隙,过度的压缩,锋利的边缘和不适当的表面光洁度。


  破裂的气缸密封圈通常是由于爆炸性减压,其中快速减压剧烈地膨胀已渗透橡胶的气体。通过选择现代碳氟化合物或全氟化碳等级,可以避免因油和其他成分的剧烈除气而降低真空性能。潜在的失效模式还包括气缸密封圈本身对周围部件的损坏,例如磨损,由于沟槽溢出造成的破裂等,这是不适当的材料和/或尺寸的症状。

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