Радиальные уплотнения вращающихся валов,
резинометаллические детали и ответственные формовые РТИ

  Продажи на территории Российской Федерации: +7 (960) 840-99-89; rus@kremen-rti.ru

Технические статьи (раздел)
 Манжеты резинометаллические
 Материалы уплотнений
 Специальные эластомеры
Технология манжет
 Элементы дизайна
 Классификация
 Взаимозаменяемость
 Выбор материала манжет
 Правильная установка
 Анализ неисправности
Резиновые изделия
 Производство РТИ
 Освоение: вопросы и ответы
ГОСТы
 ГОСТ 8752-79
 ГОСТ 6678-72
 ГОСТ 14896-84
 Другие ГОСТы на РТИ

Стоимость материала

Многие типы уплотнений будут изначально хорошо работать, и пользователь часто поддается искушению выбрать уплотнение, которое имеет наименьшую стоимость. Многократный выбор уплотнения с наименьшей ценой является наиболее дорогостоящим решением. Недорогие материалы для колец, уплотнений, прокладок и т.п. могут привести к сбою еще на ранней стадии - из-за того, что температура эксплуатации превышает возможности материала, или вследствие того, что уплотняемая жидкость является агрессивной и разрушает эластомер. Противовесом низкой начальной цены в короткий срок станут дорогостоящие ремонты, потери жидкости агрегатом, и простои машины. Повышенные начальные инвестиции в более дорогие материалы обеспечат более длительный срок службы с меньшими простоями и меньшими затратами на ремонт. Полный анализ действительных затрат на систему уплотнения должен учитывать начальные эксплуатационные затраты и все совокупные затраты, которые добавятся в период службы оборудования.
  

Выбор материала резинометаллических манжет

Возможности манжетных уплотнений ограничиваются свойствами резины. Прежде всего имеют значение ускоренное старение при высокой температуре и потеря эластичности при низкой, а также механическое стеклование при больших частотах вращения. Отсюда следуют требования к ограничению температуры нагрева кромки и ее тщательному анализу, ограничению радиального биения валов и высокому качеству их обработки. Необходимо также анализировать возможности потери герметичности при низкой температуре и большой частоте вращения.

Допустимый температурный диапазон работы манжеты зависит от типа резины.

Манжеты из резины 1-й группы по ГОСТ 8752-79 (например, 7-ИРП-1068-3с на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-26) применяют для герметизации масел при температуре от -45 до 100 °С и линейной скорости 10 м/с.

Если происходит в масле происходит повышенное набухание резины 1-й группы, или если изменение физико-механических свойств влияет на работоспособность, применяют резину 2-й группы на основе более теплостойкого бутадиен-нитрильного каучука СКН-40 при температуре от -30 до +120 °С; время работы при температуре более 100 °С должно быть ограничено несколькими часами.

Резины 3-й группы на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-18 или комбинации СКН-18 и СКН-26 (например, 7-В-14-1) наиболее морозостойки. 

Резины 4-й группы на основе фторкаучука СКФ-32 (ИРП-1314-1) стойки во многих синтетических жидкостях и предназначены для работы при температуре от -45 до +150 °С и линейной скорости 20 м/с. 

Резины 5-й группы на основе наиболее теплостойкого фторкаучука СКФ-26 (ИРП-1287, ИРП-1316) предназначены в основном для манжет, работающих в контакте с хлорированными углеводородами при температуре от -25 до +175 °С и линейной скорости 35 м/с.

Действие температур

Приведенный рисунок отображает предельные значения линейной скорости при вращении вала для различных материалов: NBR (бутадиен-нитрильный каучук) и FPM (фторкаучук). Среда уплотнения - двигательное масло SAE-20.

Давайте попытаемся определить тип материала для задней манжеты коленчатого вала автомобиля ВАЗ-2101.

Для этого нам необходимо узнать линейную скорость при вращении вала.

Предел работы материалов в зависмости от скорости вращения валаСначала выберем максимальное число оборотов коленвала: для двигателей ВАЗ - 7000 оборотов в минуту (обороты указаны на рисунке вверху и справа). На горизонтальной оси (внизу) находим нужный нам внутренний диаметр вала: 70 мм.

Поднимаем вверх перпендикуляр из точки 70 до пересечения с линией, проведенной под углом из центра координат к точке 7000, проводим из точки пересечения проекцию на вертикальную ось. Находим значение линейной скорости: 26 м/с.

Точка пересечения проекций входит в рабочую зону фторкаучука (FPM), обозначенную темно-серым цветом, но уже не попадает в рабочую зону бутадиен-нитрильного каучука (NBR).

Кроме того, для найденного значения скорости в 26 м/с обязательным является применение фторкаучука СКФ-26 (5-я группа резин) с рабочей температурой +175 °С. Даже фторкаучук СКФ-32 (4-я группа резин) с рабочей температурой +150°С не выдержит таких условий эксплуатации!

Кроме того, если сделать подобный расчет для двигателя семейства ВАЗ 2108, где внутренний диаметр коленчатого вала составляет не 70, а 80 мм, то линейная скорость возрастает до 29 м/с!

Примечание:
Если Вы считаете, что 7000 оборотов - это слишком большое значение для двигателя автомобиля ВАЗ, и в реальных условиях оно намного ниже, попробуйте согласно максимальных показаний Вашего тахометра самостоятельно выбрать материал уплотнения. Но даже по рисунку видно, что уже при оборотах двигателя в 3000 об/мин, бутадиен-нитрильный каучук, работающий при скорости менее 10 м/с, применяться не должен.

Кроме того, ускорить расчет Вы можете при помощи формулы:

Линейная скорость [м/с] = Диаметр вала [мм] x Число оборотов в минуту x 3,14 / 60000

Пример: Линейная скорость для вала с диаметром в 80 мм при 7000 об/мин = 80 x 7000 x 3.14 / 60000 = 29,3 м/с. 


Действие масел

Маслостойкие резины химически инертны к большинству жидкостей, являющихся основой топлив и масел. Однако присадки и жидкости могут химически взаимодействовать с резиной, вызывая нежелательные изменения ее структуры и свойств. Обычно присадками являются органические соединения серы, хлора, фосфора и азота. Например, большинство резин становятся хрупкими после длительного термического старения в сернистых маслах. Однако невозможно предсказать поведение резин в маслах, содержащих смесь различных добавок, на основании данных по влиянию индивидуальных добавок, так как возможно их синергическое и антагонистическое действие.

Наиболее стойки к действию присадок резины из фторкаучука. Особенно эти резины стойки к серосодержащим маслам. Например, после выдержки в гипоидном масле при 149 °С в течение 70 ч резина из бутадиен-нитрильного каучука разрушилась, а показатели свойств фторкаучука понизились на 30%. Для применения в серосодержащем масле ТАД-17 (3,7-3.0% серы) при температуре не выше 120 и 150 °С рекомендуются резины на базе фторкаучука СКФ-26 и СКФ-32 соответственно.

 

Количество добавок для различных областей применения

Область применения

Вес, %

Коробочное масло

5-50

Масло в корабельных цилиндрах

10-30

Не содержащее цинка железнодорожное масло

7-20

Автомобильное двигательное масло

10-20

Масло для дизельных двигателей

7-15

Гидравлические жидкости

4-7

Промышленные смазочные материалы

0,5-2

В последнее время на рынке появились манжеты и маслоотражательные колпачки из силиконового (силоксанового) каучука. Действительно, у этого каучука достаточно широкий диапазон рабочих температур. Тем не менее, термостойкие резины на основе силиконового (силоксанового, кремнийорганического) каучука ограниченно маслостойки, что приводит к набуханию этих уплотнений в агрессивных маслах и небольшому сроку службы. Полностью маслостойким является фтор-силиконовый (фторсилоксановый) каучук, который примерно в 5 раз дороже фторкаучука, поэтому применение фторсилоксанового каучука должно быть оправдано условиями эксплуатации.

Вместо силиконового каучука, который достаточно редко применяется в качестве материала армированных манжет из-за ограниченной маслостойкости, Кременчугрезинотехника предлагает армированные манжеты из акрилатного каучука. Это специальный материал, занимающий среднее положение между фторкаучуком и бутадиен-нитрильным каучуком по теплостойкости, обладающий при этом сочетанием некоторых свойств, особенно ценных для уплотнений вращающихся валов автомобилей. Применение этого материала может снизить стоимость уплотнения без значительного уменьшения срока службы, или наоборот - предоставить экономичный вариант увеличения ресурса. Возможность применения данного материала в различных средах мы обсуждаем с заказчиком в каждом случае индивидуально.

Подробнее смотрите раздел "Материалы уплотнений".