Diseño y desarrollo de sellos de aceite

El diseño de las estructuras de sellado de aceite se basa principalmente en las condiciones de funcionamiento, las condiciones de montaje y las condiciones ambientales.proceso de fabricaciónEn el diseño de un sello de aceite, el primer paso es seleccionar el material de sello adecuado.La fórmula de compuestos de caucho utilizada debe proporcionar una combinación razonable de propiedades que cumplan con los requisitos de resistencia al calor, resistencia al aceite, resistencia al desgaste y buen rendimiento del proceso.

Parámetros de uso de los sellos de aceite y parámetros de diseño
 

En el diseño estructural, los parámetros utilizados y los parámetros de diseño deben ser compatibles. La relación entre los parámetros de diseño y los parámetros utilizados puede ilustrarse en el cuadro 1.

Cuando se diseñe la estructura del sello de aceite, deben tenerse en cuenta los parámetros estructurales que se muestran en la figura siguiente.

(1) Interferencia labial (d-d1)

Si la interferencia es grande, el labio se estirará excesivamente, causando envejecimiento y desgaste, acortando la vida útil.Porque la interferencia está relacionada con la fuerza radial de todo el labioLos valores de interferencia que figuran en el cuadro 2 son únicamente de referencia.

Cuadro 2 Interferencia de los diferentes diámetros del eje

(2)Valor "R" de la posición del muelle

Este valor es un ancho de contacto teórico en el diseño. Un valor "R" más grande aumenta el ancho de contacto y la fricción. Un valor "R" más pequeño no es propicio para el sellado.Los valores "R" para las posiciones de los resortes del cuadro 3 son únicamente de referencia..

(3) Largo de la cintura

La fuerza radial proporcionada por la longitud de la cintura es de aproximadamente el 50% de la fuerza radial del labio del sello de aceite.Una forma de lograr esto es extender la longitud de la cintura del sello de aceiteSin embargo, el diámetro exterior del sello de aceite es generalmente estandarizado. Incluso el espacio de montaje no estandarizado también limita este ancho. Por lo tanto, la longitud recta de la cintura es limitada.Este problema se puede resolver derivando una sección curva de la parte recta de la cintura.

(4) espesor de la sección de la cintura

Los experimentos han demostrado que incluso bajo baja presión puede producirse fácilmente una deformación como se muestra en la Figura (A).Una cintura más gruesa debilita la acción del resortePara resolver el conflicto entre la deformación de la cintura y la facilidad de seguimiento,se recomienda que la cintura se remodele como se muestra en la figura (B)Esto aumenta la rigidez de la cintura sin comprometer la capacidad de seguimiento de la excentricidad.

(5) longitud superior de la cabeza

Algunos diagramas de sección transversal de sello de aceite diseñan la longitud de la parte superior de la cabeza (t) para que sea igual al radio de la ranura del muelle (r).Para evitar que el manantial se caiga, el diseño debe garantizar que t sea mayor que r, satisfaciendo al menos la siguiente relación: t = 4/3 r.

(6) Forma del surco de resorte

Muchos sellos de aceite han cometido un error en el diseño de la ranura de resorte, diseñando el radio de la ranura de resorte (R) y el radio del círculo de resorte (r) a valores diferentes.La verificación experimental ha encontrado que algunos labios de foca tienen dos zonas de contactoPor lo tanto, cuando R=r, el estado de distribución de la tensión del labio es el mejor, con sólo una zona de contacto.A menudo es difícil hacer que los dos sean absolutamente iguales en la fabricación.La única manera de mantener una pequeña diferencia entre los dos es mantener una pequeña diferencia entre los dos.

(7) Diseño del marco metálico

La función principal del marco metálico es reforzar la rigidez estructural del sello de aceite.Su espesor y el método de configuración dependen de las condiciones de trabajo y de montaje del sello de aceite.

(8) Volante de resorte

Hay dos tipos de resortes utilizados en los sellos de aceite: resortes de ligera y resortes de hojas. Los resortes de ligera son los más utilizados de los dos.y número de bobinas de alambre, hacer referencia a las normas y manuales de diseño mecánico pertinentes.

(9) Fuerza radial

La fuerza radial es un parámetro muy importante, cuyo efecto sobre el funcionamiento de las juntas de aceite se resume de la siguiente manera:

1Si la fuerza radial es demasiado pequeña, el rendimiento de sellado será pobre; 2. Si la fuerza radial es demasiado grande, se producirá desgaste y se acortará la vida útil; 3.La fuerza radial afecta directamente la fricción y la temperatura del área de contactoCuando la fuerza radial es demasiado grande, la fricción genera un gran calor y acelera el envejecimiento del labio; 4.Cuando el eje y la carcasa son excéntricosLa fuerza radial limita la presión de funcionamiento del medio. Si la presión del medio es demasiado alta.,Un mayor aumento de la fuerza radial acortará la vida del sello de aceite.

Material de sello de aceite

En la actualidad, los sellos de aceite se fabrican principalmente de caucho sintético, ya que su selección y diseño estructural son factores clave que influyen en el rendimiento de sellado y la vida útil de los sellos de aceite.es crucial comprender con precisión las propiedades del caucho y seleccionar el material adecuadoEl material de caucho más adecuado para los sellos de aceite debe determinarse sobre la base de los parámetros pertinentes del sello de aceite: la fuerza radial sobre el eje debe ser lo suficientemente alta como para evitar fugas,Sin embargo, lo suficientemente bajo como para mantener un cierto espesor de película de aceite para mantener bajo el calor de fricciónEl sello debe tener una capacidad de interferencia suficiente para superar los efectos de la excentricidad durante el funcionamiento.

El material del sello de aceite influye directamente en estos tres parámetros. Como el material cambia con el tiempo y la temperatura, los parámetros clave también cambian en consecuencia.el módulo del material disminuyeLa expansión térmica, la hinchazón del material causada por el medio de sellado y la dureza del compuesto de caucho afectan la fuerza radial y el ajuste de interferencia.

Por estas razones, al seleccionar los materiales de sellado por aceite deben tenerse en cuenta las siguientes propiedades: compatibilidad con el medio de sellado, resistencia a la hinchazón o al endurecimiento debido al medio;buena resistencia al calor y al desgaste; y una elasticidad moderada para adaptarse a las variaciones de rugosidad y excentricidad del eje.

Debido a la constante evolución de las formulaciones de material de caucho, con nuevos materiales que surgen y materiales existentes que se mejoran constantemente,La siguiente es una breve descripción de los materiales más utilizados para sellos de aceiteEl objetivo de la presente Decisión es garantizar que los Estados miembros cumplan los requisitos establecidos en el artículo 2, apartado 1, del Reglamento (UE) n.o 528/2014.

El caucho nitril

El NBR es un copolímero de butadieno y propileno con un contenido de propileno que oscila entre el 18% y el 40%.Se clasifica como bajaMientras que la resistencia al aceite del NBR aumenta con el contenido de propileno, su flexibilidad a bajas temperaturas disminuye.A menudo se sacrifica cierta resistencia a los combustibles y aceites a alta temperatura.El caucho nitrilo tiene excelentes propiedades físicas, con una mejor resistencia al flujo de frío, al desgarro y a la abrasión que la mayoría de los otros cauchos.Aunque estas propiedades pueden mejorarse mediante el diseño de la formulaciónEl caucho nitrilo es adecuado para su uso con aceites a base de petróleo, aceites combustibles, agua, aceites de silicona y ésteres de silicona, y mezclas de etilenoglicol.no es adecuado para el contacto con aceites EP, hidrocarburos halogenados, nitrocarburos, fluidos de ésteres fosfatados, cetonas, ácidos fuertes y ciertos fluidos de frenos para automóviles.

Las demás materias

El caucho poliacrilato (ACM) es una emulsión de acrilatos alquilo con otros monómeros insaturados.El rendimiento del caucho poliacrilato se sitúa entre el del caucho nitril y el del caucho fluoroDebido a que su cadena principal no contiene dobles enlaces, exhibe una alta resistencia al calor, el ozono y las alteraciones climáticas.La presencia de grupos funcionales de cloro (Cl) o (CM) en sus cadenas laterales mejora aún más su resistencia al aceite, que permite su uso en aceites calientes a temperaturas comprendidas entre 170°C y 180°C. Una característica clave de este caucho es su excelente resistencia al aceite mineral, al aceite hiperbólico y a la mantequilla a 178°C.También presenta una excelente resistencia al envejecimiento y a las grietas flexiblesSus principales desventajas incluyen un mal procesamiento, adhesión a los rodillos durante la mezcla, rendimiento limitado a bajas temperaturas, baja resistencia al agua y al vapor,baja resistencia al etilenoglicol y a los aceites altamente aromáticosLa resistencia al desgaste y las propiedades de aislamiento eléctrico también son relativamente pobres.debido a su alto grado de saturaciónSi bien su resistencia al desgaste puede mejorarse significativamente con la formulación adecuada, todavía está por debajo del caucho nitril.

El caucho de silicona

El caucho de silicona mantiene sus propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas, permaneciendo flexible a -65°C y capaz de funcionar durante mucho tiempo a 230°C.Aunque sus propiedades mecánicas pueden mejorarse mediante compuestos especialesSu resistencia a los álcalis, ácidos débiles y ozono es generalmente buena, pero su resistencia al aceite es moderada.Las propiedades químicas se pueden mejorar con agentes compuestosSin embargo, el caucho de silicona generalmente no es adecuado para su uso en hidrocarburos como la gasolina, la parafina y el aceite mineral ligero.Como estos medios harán que se hinche y ablandaLa principal ventaja del caucho de silicona es su capacidad para mantener la elasticidad a temperaturas muy bajas.con un contenido de aluminio superior o igual a 10%, pero no superior o igual a 50%Para los sellos rotativos, su temperatura de funcionamiento es más alta que la del caucho estándar.

El caucho de fluoro silicona es un caucho más caro. Su rendimiento es esencialmente el mismo que el de silicona, pero su rango de aplicación es más estrecho.que sea comparable o cercana a la del caucho nitriloEsto le permite ser utilizado fuera de los límites de temperatura de funcionamiento del caucho nitrilo mientras ofrece la resistencia al aceite que carece el caucho de silicona.

Las demás fibras

El caucho fluorado es un polímero saturado que contiene átomos de flúor en átomos de carbono en las cadenas principales o laterales.Se caracteriza por su resistencia a altas temperaturas, los aceites, la corrosión severa, los disolventes, la intemperie, el ozono, la baja permeabilidad de los gases y las excelentes propiedades físicas.sus desventajas son el bajo rendimiento a baja temperatura y el alto conjunto de compresiónSe han realizado considerables investigaciones tanto a nivel nacional como internacional para mejorar el conjunto de compresión del caucho fluoro.

Politetrafluoroetileno

Los plásticos son generalmente semirrígidos y no se utilizan generalmente como sellos.más notablemente su resistencia al ataque químico en un amplio rango de temperaturas de funcionamientoEl PTFE presenta un bajo coeficiente de fricción contra los metales, pero sin refuerzo de relleno, su resistencia mecánica es baja.Por ejemplo:, el PTFE mecanizado o moldeado puede utilizarse tanto como una superficie de baja fricción como como un revestimiento resistente a los productos químicos.

Propiedades del material del sello de aceite

Temperatura de funcionamiento de los materiales de sellado por aceite

La temperatura de funcionamiento es un factor crucial que afecta a la vida útil de los sellos de aceite.

Cuadro 4 Temperaturas de funcionamiento de los materiales de sellado de aceite de uso común

Los cambios de rendimiento a bajas temperaturas difieren significativamente de los de altas temperaturas.ralentizando su recuperación de la deformaciónAntes de que el material alcance la fragilidad, si no hay materiales elastoméricos alternativos, la fuerza del resorte puede proporcionar la resistencia necesaria.A altas temperaturasLas altas temperaturas también aceleran el envejecimiento del material.se manifiesta típicamente como pérdida de elasticidad y aumento gradual de dureza y módulo.

Resistencia al desgaste de los materiales de sellado por aceite

La resistencia al desgaste del material es un factor crucial para los sellos de aceite. La resistencia al desgaste del caucho está relacionada con su dureza y resistencia al desgarro.una mejor resistencia al desgaste también conduce a una mejor resistencia al desgasteAdemás, la resistencia al desgaste de un material también está influenciada por factores como su coeficiente de fricción y el brillo de la superficie de apareamiento.

Compatibilidad con los medios de sellado

A medida que el material absorbe el medio líquido, su volumen cambia. La expansión excesiva puede degradar las propiedades físicas y mecánicas del material, haciéndolo inaceptable.La expansión excesiva también puede causar reacciones químicasEn estos casos, el medio de sellado y el material son incompatibles.En algunos casos, el medio de sellado puede extraer aditivos como plastificantes y antioxidantes del compuesto de caucho, alterando la composición del elastómero e incluso causando contracción, lo que conduce a fugas.Para obtener información sobre la compatibilidad de los materiales de sello de aceite con determinados medios, véase el cuadro 5.

Cuadro 5 Compatibilidad de los materiales de sello de aceite

A partir de lo anterior, se puede ver que el diseño estructural del sello de aceite es muy importante.no se puede lograr un sellado eficaz.