содержание .. 28 29 30 31 ..

Parker Руководство по кольцам круглого сечения (2017 год) - часть 30

9 Критерии качества

Уровень «CS»

могут быть достигнуты только при крайне специфических про-

Уровень «CS» предъявляет самые высокие требования к каче-

цессах производства и контроля качества. Соответственно,

ству поверхности. Этот уровень должен резервироваться для

стоимость уплотнительных колец уровня «CS» высокая.

особых критических условий применения, так как эти допуски

Рис. Отклонение

Определение

№

Отклонение формы

Верхняя и нижняя половины уплотнительного кольца не совмещены правильно или неров-

ные

Смещение (сдвиг)

Смещение половин уплотнительного кольца из-за сдвига одной детали относительно другой

Отклонение формы верхней и

Радиус поперечного сечения различается у каждой из половин уплотнительного кольца, что

нижней половин Сочетание зау-

вызвано разными размерами двух половин отливки

сенцы, смещения и точки входа

заусенец (задир)

комбинации заусениц, смещения и точек входа

Flash

Пленочный материал вокруг разделительной линии на внутреннем и (или) наружном диаме-

тре (-ах), вызванный разделением в отливке или недостаточной зачисткой

Расширение (выступ)

Непрерывный гребень материала на разделительной линии, вызванный износом литых

фланцев или излишним закруглением литых углов

Выемка (впадина)

Усадка на разделительной линии с широким поперечным сечением в форме буквы «U» или «W»

Стертость (задир) в зоне

Приплюснутая и часто грубая зона вдоль внутреннего и наружного диаметра (-ов) уплотни-

снятия заусенцев

тельного кольца, вызванная зачисткой

Линии стыка потоков

Резьбовидный вырез, часто изогнутый, не очень глубокий и с закругленными фланцами,

вызванный линиями потока эластомера в отливке

Точка входа

Полый, иногда треугольный вырез на разделительной линии на внутреннем и (или) наружном

диаметре (-ах), вызванный деформацией литьевых фланцев на разделительной линии

Выбоины (выемки)

Дефекты поверхности, преимущественно неравномерной формы, вызванные удалением включений с по-

верхности, следов некачественной отливки, воздушных пузырей или не полностью заполненной отливки

Посторонние материалы не Все включения постороннего материала на поверхности уплотнительного кольца, в том

допускаются

числе загрязнение, включения и т. д.

Таб. 10.1 Типы и описание дефектов отливки и обработки поверхности

Уровень N

Уровень S

Уровень CS

d₂ в соответствии со стандартом

DIN ISO 3601-3

> 0,8

> 2,25

> 3,15

> 4,50

> 6,30

> 0,8

> 2,25

> 3,15

> 4,50

> 6,30

> 0,8

> 2,25

> 3,15

> 4,50

> 6,30

≤ 2,25

≤ 3,15

≤ 4,50

≤ 6,30

≤ 8,40

≤ 2,25

≤ 3,15

≤ 4,50

≤ 6,30

≤ 8,40

≤ 2,25

≤ 3,15

≤ 4,50

≤ 6,30

≤ 8,40

0,08

0,10

0,13

0,15

0,08

0,10

0,12

0,13

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,10

0,13

0,15

0,07

0,10

0,13

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,10

0,13

0,15

0,10

0,13

0,18

0,27

0,36

0,53

0,70

0,10

0,15

0,20

0,30

Посторонние материалы не

допускаются

0,08

0,10

0,13

0,08

0,10

0,13

Посторонние материалы не

допускаются

1,50⁴⁾

6,50⁴⁾

1,50⁴⁾

1,00⁴⁾

5,00⁴⁾

1,50⁵⁾

4,56⁵⁾

0,08

0,05

0,60

0,80

1,00

1,30

1,70

0,15

0,25

0,40

0,63

1,00

0,08

0,13

0,18

0,25

0,38

0,13³⁾

0,25³⁾

0,38³⁾

0,51³⁾

0,76³⁾

0,08

0,10

0,13

0,08

0,10

0,13

0,08

0,10

0,13

Посторонние материалы не допускаются

¹⁾ См. таблицу 9.1

²⁾ См. рис. 9.1

³⁾ Отклонения от круглого поперечного сечения допустимы, если плоское

сечение плавно примыкает к круглому и соблюдается диаметр d₂.

4) 0,05 × d₁ или значение v в зависимости от того, что больше.

5) 0,03 × d₁ или значение v в зависимости от того, что больше.

Таб. 10.2 Пределы для допустимых дефектов отливки и поверхности

120

10 Анализ повреждений

10.1 Требования к уплотнительным кольцам

круглого сечения

Зачастую сложно определить, какая из причин вызвала выход

из строя уплотнительного кольца, — проектные параметры,

ошибки при сборке или изменения условий эксплуатации. Во

Рис. 10.1 Благодаря своему упругому поведению уплотнительное кольцо

многих случаях неисправности вызываются несколькими раз-

оказывает уплотнительное действие в сжатом состоянии без давления

личными факторами, влияющими одновременно.

между двумя зонами уплотнения.

Оптимальный срок службы и надежность могут быть достигну-

ты только уменьшением вероятности выхода из строя уплот-

нения за счет выполнения надлежащего проектирования,

правильного выбора компаундов, практических испытаний и

подготовленного сборочного персонала.

Следующие описания характеризуют наиболее частые типы не-

Рис. 10.2 При подаче давления уплотнительное кольцо действует как

исправностей уплотнительных колец и описывают способы их

несжимаемая жидкость, прилагая давление на канавку пропорционально

устранения.

давлению системы.

В связи с тем, что уплотнения используются в широком диапа-

зоне применений, требования также могут отличаться.

Типовые требования включают:

• стойкость к среде,

• температурную стойкость,

Рис. 10.3 При более высоком давлении все больший объем уплотни-

• стойкость к давлению,

тельного кольца выталкивается в зазор. Опорное кольцо предотвращает

• абразивную стойкость,

выдавливание в зазор.

• компактность конструкции,

• возможность замены.

В связи с разнообразием областей применения и тем фактом,

что используется относительно простая геометрия, химические

и физические свойства являются фактически критическими

факторами. Здесь вступает в действие консультационная под-

держка компании Parker для разных областей применения, цель

Давление

которой — помощь в выборе наиболее подходящего для требо-

ваний пользователя материала из широкого ассортимента до-

Рис. 10.4 Антиэкструзионное кольцо на стороне без давления предо-

ступных синтетических каучуковых компаундов или в выборе

твращает выдавливание в зазор.

устойчивого компромисса для различных требований.

Обычно дефекты явно видны на уплотнительном кольце. Это по-

«Содранные» или «обрубленные» поверхности отражают наи-

зволяет внести корректировки, например заменить компаунд.

более распространенный дефект уплотнительного кольца кру-

глого сечения. Это является причиной того, что выдавленный

объем уплотнительного кольца зажат в зазоре и был вырван из

него (рис. 10.5-10.7).

10.2 Выдавливание в зазор в результате

действия давления

Уплотнительное действие кольца круглого сечения достигает-

ся благодаря его упругости в сжатом состоянии без давления

между двумя зонами уплотнения (рис. 10.1). При нарастании

давления уплотнительные кольца ведут себя подобно несжи-

маемым жидкостям и увеличивают свою контактную силу дав-

ления на уплотнения пропорционально давлению (рис. 10.2). С

ростом давления все больший объем уплотнительного кольца

запрессовывается в зазор уплотнения, срезается — «сдира-

Рис. 10.5 Выдавленное уплотнительное кольцо

ется» — или подвергается «обрубке» дыханием машины (рис.

10.3).

121

10 Анализ повреждений

Если выдавливание возникает из-за факторов, перечисленных

выше, выход из строя можно предотвратить, предприняв сле-

дующие меры:

• уменьшение допусков для уменьшения размера зазора;

• установка опорного антиэкструзионного кольца;

• увеличение твердости компаунда уплотнительного кольца;

• проверка совместимости среды;

Рис. 10.6 Выдавленное уплотнительное кольцо

• ограничение применения допусков, которые ведут к несоос-

ности или замена деталей машины, вызывающих дыхание;

• изменение радиуса канавки (минимум на величину от 0,1 мм

до 0,4 мм).

На рис. 10.5 и 10.6 указаны диапазоны, при которых должны

использоваться опорные кольца вследствие высокого давле-

Рис. 10.7 Разодранное уплотнительное кольцо

ния и (или) большого диаметрального зазора. При применении

уплотнения возвратно-поступательного типа должны использо-

Выдавливание может возникать в следующих условиях:

ваться два опорных кольца.

• динамическое уплотнение,

• статическое уплотнение с пульсирующим давлением,

10.3 Выход из строя из-за остаточной

• статическое уплотнение с высоким давлением,

деформации при сжатии

• дышащие детали машины,

• слишком широкие зазоры,

Остаточная деформация при сжатии, частичная или полная по-

Основные причины известны. Необходимость в экономной об-

теря упругой памяти эластомера, является другим общим недо-

работке зачастую ведет к слишком большим допускам и, сле-

статком. Когда уплотнительное кольцо более не может упруго

довательно, слишком большим зазорам. Другой причиной,

контактировать с зоной уплотнения, его уплотнительное дейст-

которая часто остается незамеченной, является склонность

вие исчезает.

крышек, фланцев или цилиндров к изгибанию и, вследствие

этого, растягиванию болтов под нагрузкой.

Главная причина этого может быть связана с компаундом и

условиями эксплуатации.

В этих случаях внутреннего сопротивления эластомерной сме-

си становится недостаточно для более быстрого стягивания,

Упругость материала зависит от состава каучука и рабочей тем-

чем у детали машины, которая открывает зазор. Или же превы-

пературы, а также от типа и длительности деформации, свойств

шается стойкость эластомера и части уплотнительного кольца

старения компаунда и химической стойкости. Уплотнительное

срезаются и выталкиваются в зазор.

действие уплотнительного кольца несомненно зависит от низ-

кой остаточной деформации при сжатии. Остаточная деформа-

Стойкость к выдавливанию может быть оценена при помощи

ция описывает упругое поведение в условиях эксплуатации и в

значений модуля упругости при 100 %-ном удлинении (изме-

течение срока службы уплотнения (раздел 8.6).

ренном в Н/мм²). Если значения модуля упругости недоступны,

можно использовать твердость в качестве критерия для стой-

Ухудшение упругих свойств в общем случае может объясняться

кости к выдавливанию.

потерей узлов поперечных связей между цепями молекулы или

образованием новых узлов (создаваемых поступлением энер-

Физические свойства (значения напряжений) могут ухудшать-

гии — затвердеванием). Остаточная деформация при сжатии

ся в результате воздействия высоких температур и разбухания.

обычно обратима. При более высоких температурах упругость

возвращается и уплотняющая сила действует снова. Это дает

Повреждение в результате выдавливания также может быть

точку отсчета для низкотемпературной гибкости эластомера.

вызвано следующими явлениями:

• слишком мягкий материал уплотнительного кольца;

Высокая остаточная деформация при сжатии и последующая

• физические и (или) химические воздействия (разбухание,

потеря уплотнительного действия могут быть вызваны следую-

изменение твердости и т. д.);

щими причинами:

• неравномерность зазоров, вызванная несоосностью;

• острые углы посадочной канавки уплотнительного кольца;

• низкое качество компаунда;

• переполнение канавки;

• неправильная конструкция посадочной канавки (недоста-

• материал уплотнительного кольца, который размягчается

точная или избыточная деформация увеличивает процент-

при более высоких температурах.

ное соотношение остаточной деформации при сжатии, см.

122

10 Анализ повреждений

раздел 8.6);

• превышение рабочей температурой ожидаемого значения

(каучук затвердевает);

• контакт с несовместимой средой.

Появления неисправностей данного типа можно избежать вне-

сением следующих изменений:

Рис. 10.10 Перекрученное уплотнительное кольцо с порезами на поверхности

выбор эластомера, подходящего для условий эксплуатации;

• использование смеси компаунда высокого качества с низкой

остаточной деформацией при сжатии;

Повреждение может быть вызвано следующими причинами:

• уменьшение воздействия температуры системы на уплотнение;

• уменьшение нагрева от трения;

• некруглые компоненты сборки;

• проверка материала уплотнительного кольца;

• несоосные компоненты сборки; очень грубые поверхности;

• использование посадочной канавки правильной конструкции

• отсутствие смазки или плохая смазка;

посадочной канавки.

• слишком мягкий материал уплотнительного кольца (отсутст-

вие размерной стабильности);

• недостаточная скорость хода поршня (смазочная пленка

может быть выдавлена);

• ошибка при сборке (уплотнительное кольцо установлено в

перевернутом состоянии);

• неблагоприятное соотношение поперечного сечения к вну-

треннему диаметру.

Рис. 10.8 Пример повреждения, вызванного высокой остаточной дефор-

мацией при сжатии

Появления неисправностей данного типа можно избежать вне-

сением следующих изменений:

• уменьшение отклонения от круглости или несоосности дета-

лей машины;

10.4 Перекрученные уплотнительные

• уменьшение деформации диаметра поперечного сечения

кольца, спиральные дефекты

уплотнительного кольца;

• обеспечение наличия смазки;

Эти повреждения являются типичными. Внешне они характери-

• улучшение обработки поверхности;

зуются отметками спиральной формы или порезами на поверх-

• использование более твердого уплотнительного кольца;

ности уплотнительного кольца, которые обычно ведут к разру-

• выбор большего соотношения поперечного сечения к вну-

шению (рис. 10.9 и 10.10).

треннему диаметру;

• аккуратная сборка с использованием смазочного материала

Повреждение обычно возникает следующим образом:

(например, Parker O-Lube или Super-O-Lube).

В динамических уплотнениях этот дефект может возникнуть

из-за изменения сжатия поперечного сечения уплотнительно-

го кольца вследствие потери круглости или несоосности уплот-

10.5 Взрывная декомпрессия

няемых компонентов. Следовательно, части уплотнительного

кольца будут скользить, в то время как другие будут вращаться.

Так как все эластомеры проницаемы, газы под давлением бу-

Это ведет к образованию спиральных отметок или порезам из-

дут проникать в уплотнительный материал. Чем выше давление,

за перекручивания уплотнительного кольца. Обычно они имеют

тем больше газа запрессовывается в уплотнение. Если давле-

угол меньше 45°.

ние окружающего пространства вокруг уплотнения быстро па-

• В статических уплотнениях уплотнительное кольцо обычно

дает, газ внутри уплотнения расширится и выйдет наружу или

закручивается во время его установки в канавку. Из-за

произойдет формирование вздутий на поверхности уплотне-

неблагоприятного отношения между поперечным сечением и

ния. Некоторые из этих вздутий могут разорваться и повредить

внутренним диаметром (большой диаметр и малое попереч-

поверхность. Этот процесс называется взрывной декомпрес-

ное сечение) уплотнительное кольцо вращается в области

сией. Подверженность уплотнения повреждению зависит, на-

сборки внутри канавки.

пример, от давления, времени декомпрессии, типа газа, типа

компаунда и поперечного сечения уплотнительного кольца. По-

вреждение редко возникает при давлении ниже 30 бар. Обычно

наличие газа CO₂ более вероятно приводит к вздутию и раз-

рушению поверхности, чем в случае с азотом; впрочем, любой

сжатый газ может вызвать данный тип разрушения поверхно-

Рис. 10.9 Перекрученное уплотнительное кольцо со спиральными отметками

сти после внезапной декомпрессии (рис. 10.11).

Руководство по кольцам круглого сечения

Parker Hannifin

123

Prädifa Technology Division

содержание .. 28 29 30 31 ..