Konstruktion und Entwicklung von Öldichtungen

Die Konstruktion von Ölsiegelkonstruktionen beruht in erster Linie auf Betriebsbedingungen, Montagebedingungen und Umweltbedingungen.HerstellungsprozessBei der Konstruktion einer Öldichtung ist der erste Schritt die Auswahl des geeigneten Dichtungsmaterials.Die verwendete Gummiverbindungsformel sollte eine angemessene Kombination von Eigenschaften bieten, die den Anforderungen an die Wärmebeständigkeit entsprechen, Ölbeständigkeit, Verschleißbeständigkeit und gute Prozessleistung.

Öldichtungsparameter und Konstruktionsparameter
 

Bei der Konstruktionsplanung sollten die verwendeten Parameter und die Konstruktionsparameter miteinander kompatibel sein.

Bei der Konstruktion der Öldichtungsstruktur sind die in der nachstehenden Abbildung dargestellten Strukturparameter zu berücksichtigen.

(1) Lippeninterferenz (d-d1)

Wenn die Störung groß ist, dehnt sich die Lippe übermäßig aus, verursacht Alterung und Verschleiß und verkürzt die Lebensdauer.Weil die Interferenz mit der Radialkraft der gesamten Lippe zusammenhängtDie Interferenzwerte in Tabelle 2 dienen lediglich als Referenz.

Tabelle 2 Störungen verschiedener Wellendurchmesser

(2)R-Wert für die Federposition

Dieser Wert ist eine theoretische Kontaktbreite im Design. Ein größerer "R"-Wert erhöht die Kontaktbreite und die Reibung. Ein kleiner "R"-Wert fördert nicht die Dichtung.Die "R"-Werte für die Federpositionen in Tabelle 3 dienen lediglich der Referenz..

(3) Taillenlänge

Die durch die Taillenlänge geleistete Radialkraft beträgt etwa 50% der Radialkraft der Öldichtungslippen.Ein Weg, dies zu erreichen, ist die Länge der Öldichtung Taille zu verlängernDer Außendurchmesser des Ölsiegels ist jedoch im Allgemeinen standardisiert. Auch der nicht standardisierte Montageplatz begrenzt diese Breite. Daher ist die gerade Länge der Taille begrenzt.Dieses Problem kann gelöst werden, indem ein gebogener Abschnitt aus dem geraden Teil der Taille abgeleitet.

(4) Taillenstärke

Experimente haben gezeigt, daß auch unter niedrigem Druck leicht eine Verformung auftreten kann, wie in Abbildung (A) gezeigt.Eine dickere Taille schwächt die Federwirkung, was zu einer weniger effektiven Exzentrizität-Folgen-Fähigkeit als eine dünnere Taille führt.Es wird empfohlen, die Taille wie in Abbildung (B) dargestellt neu zu formen.Dies erhöht die Taillensteifigkeit, ohne die Fähigkeit, die Exzentrizität zu verfolgen, zu beeinträchtigen.

(5) Oberste Kopflänge

Einige Öldichtungs-Schnittdiagramme zeigen, dass die Oberlänge des Kopfes (t) dem Radius der Federrille (r) entspricht.Um zu verhindern, dass die Feder abfällt., sollte die Konstruktion sicherstellen, dass t größer als r ist und zumindest folgende Beziehung erfüllt: t = 4/3 r.

(6) Form der Federrille

Viele Öldichtungen haben beim Entwurf der Federrille einen Fehler gemacht und den Federrillenradius (R) und den Federkreisradius (r) auf unterschiedliche Werte ausgelegt.Experimentelle Nachweise haben gezeigt, dass einige Lippen von Ölrobben zwei Kontaktzonen habenWenn R=r, ist der Belastungsverteilungszustand der Lippe daher am besten, mit nur einer Kontaktzone.Es ist oft schwierig, die beiden in der Herstellung absolut gleich zu machen.Der einzige Weg, einen kleinen Unterschied zwischen den beiden zu halten, ist, einen kleinen Unterschied zwischen den beiden zu halten.

(7) Metallrahmenentwurf

Die Hauptfunktion des Metallrahmens besteht darin, die strukturelle Steifigkeit der Öldichtung zu stärken.Die Dicke und die Konfigurationsmethode hängen von den Arbeitsbedingungen und Montagebedingungen der Öldichtung ab..

(8) Federrolle

Bei den Öldichtungen gibt es zwei Arten von Federn: Unterbündelfedern und Blattfedern. Unterbündelfedern sind die am häufigsten verwendeten der beiden.und Anzahl der Drahtspulen, beziehen sich auf die einschlägigen Normen und Handbücher für die mechanische Konstruktion.

(9) Strahlkraft

Die Radialkraft ist ein äußerst wichtiger Parameter, der sich auf die Leistung der Öldichtungen wie folgt zusammensetzt:

12. Wenn die Radialkraft zu groß ist, tritt Verschleiß auf und die Lebensdauer wird verkürzt.Die Radialkraft beeinflusst direkt die Reibung und Temperatur des Kontaktbereichs. Wenn die Radialkraft zu groß ist, erzeugt die Reibung große Wärme und beschleunigt die Alterung der Lippe; 4. Der Verschleiß der Welle wird auch durch die Radialkraft beeinflusst; 5.Wenn der Schacht und das Gehäuse exzentrisch sind, muss eine angemessene Radialkraft angewendet werden, um sicherzustellen, daß die Lippe eine angemessene Verfolgungsfähigkeit aufweist;,Eine weitere Erhöhung der Radialkraft verkürzt die Lebensdauer des Ölsiegels.

Öldichtungsmaterial

Derzeit werden Öldichtungen hauptsächlich aus synthetischem Kautschuk hergestellt.Es ist wichtig, die Eigenschaften von Kautschuk genau zu verstehen und das richtige Material auszuwählen- Das geeignetste Gummimaterial für Öldichtungen sollte anhand der relevanten Parameter des Öldichtes bestimmt werden: Die Radialkraft auf der Welle sollte hoch genug sein, um Leckagen zu verhindern,noch niedrig genug, um eine gewisse Ölfolie Dicke aufrechtzuerhalten, um Reibungswärme niedrig zu haltenDie Dichtung sollte ausreichend störungsfähig sein, um die Auswirkungen der Exzentrizität während des Betriebs zu überwinden.

Das Öldichtungsmaterial beeinflusst diese drei Parameter unmittelbar. Wenn sich das Material mit der Zeit und der Temperatur ändert, ändern sich auch wichtige Parameter entsprechend.Der Modul des Materials nimmt ab.Die thermische Ausdehnung, die durch das Dichtungsmedium verursachte Materialschwellung und die Härte der Gummiverbindung beeinflussen alle die Radialkraft und die Interferenzanpassung.

Aus diesen Gründen sollten bei der Auswahl von Öldichtungsmaterialien folgende Eigenschaften berücksichtigt werden: Kompatibilität mit dem Dichtungsmedium, Widerstandsfähigkeit gegen Schwellungen oder Härtung durch das Medium;gute Wärme- und Verschleißbeständigkeit­ und eine moderate Elastizität, um Schwankungen in der Schachtrauheit und Exzentrizität zu berücksichtigen.

Aufgrund der ständigen Weiterentwicklung der Formulierungen von Kautschukmaterialien, mit dem Aufkommen neuer Materialien und der ständigen Verbesserung bestehender Materialien,Nachstehend eine kurze Beschreibung der am häufigsten verwendeten Materialien für Öldichtungen: Nitrilkautschuk (NBR), Polyacrylatkautschuk (PAR), Silikonkautschuk, Fluorkautschuk (FKM) und Polytetrafluorethylen (PTFE).

Nitrilkautschuk

NBR ist ein Kopolymer aus Butadien und Propylen mit einem Propylengehalt von 18% bis 40%.Es wird als niedrig eingestuft.Während die Ölbeständigkeit von NBR mit dem Propylengehalt steigt, sinkt ihre Niedertemperaturflexibilität.Ein gewisses Maß an Widerstandsfähigkeit gegenüber hochtemperaturen Brennstoffen und Ölen wird oft geopfert.. Nitrilkautschuk weist hervorragende physikalische Eigenschaften auf, mit einer besseren Kältefluss-, Trennungs- und Abriebsbeständigkeit als die meisten anderen Kautscheine.Obwohl diese Eigenschaften durch Formulierungsdesign verbessert werden können. Nitrilkautschuk eignet sich für den Einsatz mit Erdölölen, Brennölen, Wasser, Silikonölen und Silikonestern und Mischungen von Ethylenglycol.nicht für den Kontakt mit EP-Ölen geeignet, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Nitrokohlenwasserstoffe, Phosphatesterflüssigkeiten, Ketone, starke Säuren und bestimmte Automobilbremsflüssigkeiten.

Polyacrylatkautschuk

Polyacrylat (ACM) ist eine Emulsion aus Alkyl-Acrylat mit anderen ungesättigten Monomeren.Die Leistungsfähigkeit von Polyacrylatkautschuk liegt zwischen der von Nitrilkautschuk und FluorkautschukDa die Hauptkette keine Doppelbindungen enthält, weist sie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Ozon und Witterung auf.Das Vorhandensein von Chlor (Cl) oder (CM) Funktionsgruppen an seinen Seitenketten erhöht seine Ölbeständigkeit weiterEin wichtiges Merkmal dieses Gummis ist seine hervorragende Beständigkeit gegen Mineralöl, Hyperbolöl und Butter bei 178°C.Es weist außerdem eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Alterung und Flexibilität aufZu den Hauptnachteilen gehören eine schlechte Verarbeitung, beim Mischen an Rollen kleben, geringe Leistung bei niedrigen Temperaturen, schlechte Wasser- und Dampfbeständigkeit,schlechte Resistenz gegen Ethylenglycol und hocharomatisierte ÖleDie Elastizität, die Verschleißfestigkeit und die elektrischen Dämmungseigenschaften sind ebenfalls relativ gering.aufgrund seines hohen SättigungsgradesObwohl die Verschleißfestigkeit durch die richtige Formulierung deutlich verbessert werden kann, ist sie dennoch niedriger als Nitrilkautschuk.

Silikonkautschuk

Silikonkautschuk behält seine mechanischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich, bleibt bei -65°C flexibel und kann bei 230°C länger betrieben werden.Obwohl seine mechanischen Eigenschaften durch spezielle Verbindungen verbessert werden können, seine Festigkeit, Rissbeständigkeit und Abriebsbeständigkeit sind im Allgemeinen relativ schlecht. Seine Beständigkeit gegen Alkali, schwache Säuren und Ozon ist im Allgemeinen gut, aber seine Ölbeständigkeit ist moderat.Die chemischen Eigenschaften können durch Verbundstoffe verbessert werdenSilikonkautschuk ist jedoch im Allgemeinen nicht für die Verwendung in Kohlenwasserstoffen wie Benzin, Paraffin und leichtem Mineralöl geeignet.Da diese Medien dazu führen, dass es anschwellen und weich werdenDer Hauptvorteil von Silikonkautschuk ist seine Fähigkeit, bei sehr niedrigen Temperaturen seine Elastizität zu bewahren.mit einer Breite von mehr als 20 mm,Bei Rotationsdichtungen ist die Betriebstemperatur höher als bei Standardkautschuk. Silikonkautschuk ist jedoch teurer als die meisten anderen Kautschuk.

Fluorosilikonkautschuk ist ein teurerer Kautschuk. Seine Leistung ist im Wesentlichen die gleiche wie bei Silikonkautschuk, aber sein Anwendungsbereich ist enger. Sein Hauptvorteil ist seine Ölbeständigkeit, die durch die Verwendung von Fluorosilikonkautschuk verringert wird.mit einer Dicke von mehr als 0,05 mm,Dies erlaubt es, außerhalb der Betriebstemperaturgrenzen von Nitrilkautschuk verwendet zu werden, während es dennoch die Ölbeständigkeit bietet, die Silikonkautschuk nicht hat.

Fluorkautschuk

Fluorkautschuk ist ein gesättigtes Polymer, das Fluoratome an Kohlenstoffatomen in der Haupt- oder Seitenkette enthält.Es zeichnet sich durch hohe Temperaturbeständigkeit aus., Öle, starke Korrosion, Lösungsmittel, Verwitterung, Ozon, geringe Gasdurchlässigkeit und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften.Seine Nachteile sind schlechte Leistung bei niedrigen Temperaturen und hohe KompressionssätzeEs wurden sowohl im In- als auch im Ausland beträchtliche Untersuchungen zur Verbesserung des Kompressionssets von Fluorkautschuk durchgeführt.

Polytetrafluorethylen

Kunststoffe sind in der Regel halbstarre und werden nicht als Dichtungen verwendet.vor allem durch seine Beständigkeit gegen chemische Angriffe in einem breiten BetriebstemperaturbereichEs weist einen geringen Reibungskoeffizienten gegen Metalle auf, ist aber ohne Füllstoffverstärkung mechanisch schwach.Zum Beispiel:, bearbeitetes oder gegossenes PTFE kann sowohl als reibungsarme Oberfläche als auch als chemisch widerstandsfähige Beschichtung verwendet werden.

Eigenschaften des Ölsiegelmaterials

Betriebstemperatur von Öldichtungsmaterialien

Die Betriebstemperatur ist ein entscheidender Faktor für die Lebensdauer von Öldichten.

Tabelle 4 Betriebstemperaturen von häufig verwendeten Öldichtungsmaterialien

Die Leistungsänderungen bei niedrigen Temperaturen unterscheiden sich erheblich von denen bei hohen Temperaturen.Verlangsamung der Erholung von VerformungenVor dem Erreichen der Bruchbarkeit, wenn keine alternativen Elastomermaterialien vorhanden sind, kann die Federkraft die notwendige Widerstandsfähigkeit liefern.Bei hohen Temperaturen, verlieren alle Elastomere ihre Elastizität und neigen dazu, sich zu erweichen.typischerweise als Verlust der Elastizität und allmählicher Anstieg der Härte und des Moduls.

Verschleißfestigkeit von Öldichtungsmaterialien

Die Verschleißfestigkeit des Materials ist ein entscheidender Faktor für Öldichtungen. Die Verschleißfestigkeit des Gummis hängt mit seiner Härte und Rissfestigkeit zusammen. Im Allgemeinen verbessert sich die Verschleißfestigkeit mit zunehmender Härte;Eine bessere Trennbeständigkeit führt auch zu einer besseren VerschleißfestigkeitDie Verschleißfestigkeit eines Materials wird zudem durch Faktoren wie den Reibungskoeffizienten und die Glanzfläche der Verkleidung beeinflusst.

Kompatibilität mit Versiegelungsmitteln

Wenn das Material das flüssige Medium absorbiert, ändert sich sein Volumen, und eine übermäßige Ausdehnung kann die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigen und es unzulässig machen.Eine übermäßige Ausdehnung kann auch chemische Reaktionen verursachenIn diesen Fällen sind Dichtungsmittel und Material unvereinbar.In einigen Fällen, kann das Dichtungsmedium Zusatzstoffe wie Weichmacher und Antioxidantien aus der Gummiverbindung extrahieren, die Zusammensetzung des Elastomers verändern und sogar zu Schrumpfung führen, was zu Leckagen führt.Informationen zur Kompatibilität von Öldichtungsmaterialien mit bestimmten Medien, siehe Tabelle 5.

Tabelle 5 Vereinbarkeit von Öldichtungsmaterialien

Aus den oben genannten Gründen kann man sehen, dass die Struktur des Ölsiegelns sehr wichtig ist.eine wirksame Versiegelung nicht erreicht werden kann.