содержание .. 26 27 28 29 ..

Parker Руководство по кольцам круглого сечения (2017 год) - часть 28

8 Терминология уплотнений

Условия:

Уплотнение: Уплотнительное кольцо

• Хромированная рабочая поверхность, R_t ≤ 2,5 мкм.

один ход поршня (без давления)

• Уплотнительное кольцо N0304-75, 100 000 циклов, среда — жидкость

Aeroshell 4.

• Скорость 0,3 м/мин.

Рис. 8.23 Сила трения в зависимости от деформации уплотнительного

кольца

>͓͓͑@

[

]

Оригинальная толщина пленки

a) v = 0,2 м/с b) v = 0,6 м/с c) v = 1,0 м/с d) v = 1,4 м/с

100

150

200

250

Рис. 8.22 Изменение толщины оригинальной пленки как функция скоро-

сти скольжения во время одного хода поршня

Давление системы [бар]

Условия:

• Хромированная рабочая поверхность, R_t ≤ 2,5 мкм.

Если малые скорости поршня достигаются посредством управ-

• Уплотнительное кольцо N0304-75, 100 000 циклов, среда — жидкость

ления подачей воздуха, существует более высокий риск пре-

Aeroshell 4.

рывистого скольжения. Острые края уплотнения и короткая

• Скорость 0,3 м/мин.

уплотняющая кромка, также оказывают здесь неблагоприятное

Рис. 8.24 Сила трения в зависимости от давления системы

действие. Более грубая поверхность металлической ответной

поверхности поддерживает такое пограничное состояние, и

слишком гладкие и отполированные поверхности также благо-

приятствуют прерывистому скольжению.

8.17.2 Износ

Параметры для уменьшения трения

Трение вызывает износ. Однако трение может быть предусмо-

Сжатие уплотнительного кольца

необходимо уменьшение

трено и принято во внимание на стадии проектирования. Сте-

Рабочая поверхность

R_max., R_t необходимо

пень износа сложно предсказать, но она напрямую регулирует

уменьшение

срок службы уплотнительного кольца и частоту обслуживания.

Жесткость [Шор A]

необходимо уменьшение

скорость скольжения (следует из-

необходимо увеличение

Требования, предъявляемые к уплотнительным устройствам в

бегать высокой частоты вибрации)

наши дни означают, что во многих случаях гидродинамическая

Поперечное сечение

необходимо уменьшение

смазка отсутствует из-за увеличения эффекта вытирания. Это

давление

необходимо уменьшение

означает, что уплотнение всегда работает в диапазоне смешан-

ного трения и что по этой причине стойкость к износу зависит

Смазочный материал

должен использоваться

от следующих параметров:

Температура

необходимо уменьшение

ширина канавки (уплотнительное

необходимо уменьшение

• свойства компаунда,

кольцо должно контактировать

• смазочные свойства среды,

только с одной стороной)

• свойства ответной поверхности,

Внутренний диаметр цилиндра или

необходимо увеличение

диаметр штока

• условия эксплуатации.

Таб. 8.8

Износ при работе с жидкостями может быть разделен на четы-

ре группы:

0,80

0,70

0,60

Износ в виде задиров развивается при контакте металла с

0,50

металлом в областях смешанного трения, где оба материала

0,40

склонны к формированию смешанных кристаллов. Благодаря

0,30

своим добавкам масла HPL помогают предотвратить данный

0,20

0,10

тип износа. Однако эти добавки не оказывают влияния в соче-

таниях каучук/сталь или каучук/металл.

Деформация [%]

a) Твердость 90 единиц по шкале Шора.

b) Твердость 80 единиц по шкале Шора.

c) Твердость 70 единиц по шкале Шора.

112

8 Терминология уплотнений

Усталостный износ становится видимым по потере формы

если известны и воспроизводимы все параметры, влияющие на

структуры и при вымывании частиц из металлической структу-

уплотнение. Это предотвращает любое обобщение измерений,

ры и обычно является результатом пульсирующих нагрузок.

полученных во время физических лабораторных испытаний.

Пограничные условия испытания могут никогда полностью не

Коррозионный износ заявляет о себе в форме ржавчины и

совпасть с условиями соответствующего применения.

обычно может быть уменьшен соответствующими добавками.

Вышеуказанные типы износа не влияют на уплотнения напря-

мую. Однако продукты этих типов износа могут способствовать

8.18 Предельное удлинение

износу уплотнения, если уплотнение входит с ними в контакт.

Предельное удлинение (удлинение при разрыве) — это удлине-

Абразивный износ, с другой точки зрения, может влиять как

ние, измеренное в процентном соотношении от оригинальной

на металлические детали, так и на уплотнения. Металлы исти-

длины в момент разрыва образца под нагрузкой натяжения.

раются твердыми компаундами или твердыми посторонними

Испытание проводится согласно стандарту DIN 53504.

веществами в среде. Для уплотнений грубая ответная поверх-

Значение предельного удлинения может быть использовано

ность обычно является причиной истирания относительно мяг-

для оценки определенных условий сборки и необходимого рас-

ких поверхностей эластомера.

ширения, особенно для малых уплотнительных колец. По срав-

нению со значениями, полученными на стандартных образцах,

предельное удлинение обработанных деталей ниже из-за фак-

8.17.3 Взаимодействие между трением, износом и

тора формы, который также должен учитываться.

уплотнительным процессом

Для обеспечения бесперебойного уплотнительного процесса

8.19 Прочность при растяжении

необходимы стабильные условия работы в зазоре. Однако ста-

бильность является труднодостижимой из-за того, что соответ-

Прочность при растяжении (также известная как прочность на

ствующие параметры зачастую действуют наоборот.

разрыв, стойкость к разрыву и т. д.) измеряется в Н и является

Первым фактором является смазочная пленка в зазоре. Для

силой на единицу площади, выраженной в мм², относящейся к

того чтобы оценить трение, срок службы и степень утечек, не-

поперечному сечению образца в мм², которая необходима для

обходимо знать ширину зазора и то, как он изменяется в рабо-

разрыва стандартного образца. Значения удлинения указаны в

чих условиях. Для поддержания трения на минимальном уровне

стандарте DIN:

смазочная пленка должна иметь достаточную плотность. Од-

500 мм/мин для стандартных колец и стандартного образца S1;

нако это, может привести к утечкам, так как «толстая» пленка

• 200 мм/мин для стандартных образцов S2, S3 и S4;

вытирается с поверхности во время возвратного хода поршня.

• испытания выполняются в соответствии с DIN 53504.

С другой стороны, отсутствие смазочной пленки вызывает про-

блемы из-за высокого трения. Следовательно, эффективность

С практической точки зрения результаты данных испытаний не

уплотнения и трение, обратно пропорциональны. Известно,

помогают пользователю выбрать компаунд, так как эффектив-

что помимо глубины и ширины паза, влияние имеет твердость

ность герметизации установленного уплотнительного кольца

уплотнения. Твердость определяет эластичность уплотнения и

не зависит от его стойкости при растяжении. Как и предельное

обеспечивает доступ уплотнения к смазочной пленке под дав-

удлинение, стойкость при растяжении зависит от геометрии.

лением. Мгновенная вязкость жидкости также очевидно играет

Уплотнительные кольца и опорные кольца Parbak^® с малыми

важную роль.

размерами поперечного сечения могут не достигать результа-

Все еще неизвестно, какие факторы влияют на смазочную

тов стандартных образцов.

пленку, или какие могут быть последствия. Для более мягкого

компаунда благоприятной является более толстая пленка. Од-

нако твердые и мягкие компаунды по-разному ведут себя при

8.20 Релаксация напряжения

высоких скоростях, при которых более твердые компаунды по-

могают формировать смазочную пленку в местах, где мягкий

Релаксация напряжения эластомеров является уменьшением

компаунд будет создавать препятствия из-за сильного прикле-

напряжения в деформированном эластомере в результате фи-

ивания к рабочей поверхности.

зических и химических процессов. Уменьшение напряжения

становится явным, например, при градиентном снижении есте-

Смазочная пленка очень важна, но является только одним из

ственной уплотнительной силы уплотнительных колец с течени-

факторов, влияющих на трение уплотнения. Другими фактора-

ем времени.

ми являются, например, компаунд уплотнения, форма уплотне-

Как и остаточная деформация при сжатии, релаксация напря-

ния, давление, скорость и изменение направления. Зачастую

жения зависит от конкретного типа эластомера, состава смеси,

многие из этих факторов сложно измерить и воспроизвести.

параметров обработки, деформации, толщины материала, вре-

Из этого понятно, что производители уплотнений могут пре-

мени, температуры и влияния среды.

доставлять потребителям только количественную информа-

Для измерения релаксации напряжения в лабораторных усло-

цию касательно трения и износа для отдельных уплотнений,

виях существует множество стандартов испытаний и испыта-

113

8 Терминология уплотнений

тельных камер. Наиболее общими стандартами испытаний яв-

Помимо стойкости к радиации при выборе соответствующего

ляются DIN 53537, ISO 3384 и ASTM D 6147. Существует отличие

компаунда необходимо учитывать все прочие ключевые пара-

между непрерывными и прерывистыми измерениями. При не-

метры, такие как среда, температура, давление и т. д.

прерывных измерениях сила упругости постоянно измеряется

в режиме реального времени, в то время как при прерывистых

измерениях тестируемый образец должен быть извлечен из ка-

меры испытаний на деформацию для измерения силы упруго-

сти.

Несмотря на то, что различные методы испытаний дают явно

отличающиеся результаты, только результаты, полученные в

абсолютно одинаковых условиях, могут сравниваться друг с

другом. С точки зрения оценки характеристик производитель-

ности уплотнения значения релаксации напряжения являются

более содержательными, нежели остаточная деформация при

сжатии, так как при релаксации напряжения измеряется со-

Допустимое изменение физических свойств

храняющаяся сила уплотнения, а не оставшаяся деформация.

Незаметное изменения из-за воздействия

Впрочем, даже результаты измерений релаксации напряжения

радиации

позволяют получить информативные выводы касательно ха-

Рис. 8.25

рактеристик уплотнения в полевом применении только в том

случае, если также учтены условия применения.

8.23 Сила деформации поперечного сечения

8.21 Ударная упругость

Ударная упругость или упругость при отскоке служит для оцен-

Сила, необходимая для деформации поперечного сечения

ки упругого поведения эластомеров. Испытание проводится со-

уплотнительного кольца на определенную величину (в про-

гласно стандарту DIN 53512.

центах) зависит от модуля упругости компаунда. Так как сила

Это испытание предоставляет эталонные значения для динами-

относится к геометрии уплотнения, она приводится для раз-

ческого поведения и свойств каучука при возврате эластомера

личных поперечных сечений уплотнительного кольца. Так как

в исходное состояние после действия на него шоковых нагру-

пользователю обычно известны только размеры и твердость,

зок. В разделе «Низкие температуры» содержится оценка гиб-

следующие схемы (рис. 8.26-8.30) показывают отношение меж-

кости в зависимости от отрицательной температуры, а также

ду твердостью, сжатием и поперечным сечением. Информация

основываясь на информации об ударной упругости, твердости

относится ко всем эластомерам, поэтому силы деформации

и остаточной деформации при сжатии.

приведены для каждого класса твердости (см. рис. 8.26-8.30).

Силы, необходимые для деформации эластомеров, например

во время сборки фланцев, могут быть получены со схем; также

можно произвести оценку сил, влияющих на уплотнения на ме-

8.22 Радиация

нее упругих пластмассовых деталях.

Эластомеры теряют свою гибкость с увеличением уровня ради-

ации. Радиация является средой, которая вызывает сшивание

Твердость

[по шкале Шора A]

d₂ = 1,78 мм

или разрыв полимерных цепей. Плотность сшивания увеличи-

вается с ростом уровня радиации. В то же время уменьшает-

ся стойкость при растяжении и предельное удлинение, при том

что твердость и модуль упругости растут. При продолжении

воздействия радиации эластомер станет ломким. Бутиловый

каучук IIR, наоборот, становится мягким и липким.

В общем случае эластомеры имеют стойкость к уровням ради-

ации 1 Mрад = 10⁶ рад без потери упругих свойств.

1 Mрад — это уровень дозировки, который обычно достигает-

ся после долгих лет работы. При 10 Mрад (= 10⁷ рад) оказыва-

ется влияние на физические свойства. Для оценки различных

изменений необходимо проведение испытаний на определение

путей влияния на уплотнение. В уплотнительных кольцах изме-

Сила деформации [Н/см]¹⁾

нение остаточной деформации при сжатии, без сомнения, яв-

ляется ключевым фактором. Наиболее подходящий компаунд

¹⁾ Длина окружности уплотнительного кольца (см).

Рис. 8.26

— EPDM.

114

8 Терминология уплотнений

Твердость

[по шкале Шора A]

d₂ = 2,62 мм

[по шкале Шора A]

d₂ = 6,99 мм

Сила деформации [Н/см]¹⁾

¹⁾ Длина окружности уплотнительного кольца (см).

Рис. 8.30

Рис. 8.27

Твердость

[по шкале Шора A]

d₂ = 3,53 мм

8.24 Сжатие поперечного сечения

уплотнительного кольца

Поперечное сечение уплотнительного кольца деформирует-

ся при сборке и, таким образом, начинает процесс уплотне-

ния контактных поверхностей. Минимальное сжатие зависит от

типа применения. Недостаточная деформация может привести

к 100 %-ной остаточной деформации при сжатии за очень ко-

роткое время. Слишком сильное сжатие приведет к высокому

процентному содержанию постоянной деформации.

В динамических уплотнениях кольцо круглого сечения может

Сила деформации [Н/см]¹⁾

генерировать более высокие силы трения и нагрев.

¹⁾ Длина окружности уплотнительного кольца (см).

Рис. 8.28

Кривые характеристик, показанные на рис. 8.31-8.33, учитыва-

ют удлинение, уменьшение поперечного сечения и допуски ме-

таллов, а эффективное уплотнение достигается при нормаль-

Твердость

[по шкале Шора A]

d₂ = 5,33 мм

ных условиях.

Для особых условий применения значения могут меняться. Не-

обходимо учитывать различные влияющие факторы, такие как

излишне растянутые кольца, уменьшение поперечного сечения,

влияние температуры, «дыхание» цилиндра, эксцентриситет и

т. д.

Сила деформации [Н/см]¹⁾

¹⁾ Длина окружности уплотнительного кольца (см).

Рис. 8.29

115

содержание .. 26 27 28 29 ..