双端面机械密封（精选7篇）
双端面机械密封 篇1
一、前言
与单端面机械密封相比, 双端面机械密封的密封性能较好, 适用于强腐蚀、 高温、 带悬浮颗粒及纤维介质、 气体介质、 易燃易爆、 易挥发低黏度介质, 高真空度工况的密封, 具有高性能保险作用。 在密封高压介质时, 可以合理的分配每个密封的两端压差, 提高密封的工作压力范围。对一些自润滑性差、 易凝结、 汽化介质, 通过在密封腔体注入密封液改善密封的工况, 大大提高密封的效率和使用寿命。
二、密封原理
双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同, 都是靠垂直于旋转轴线的端面 (摩擦副) 在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。双端面机械密封结构如图1 所示。
工作时, 在由流体压力 (介质压力) 和弹性元件的弹力等引起的合力作用下, 在密封环的端面上产生一个适当的比压 (压紧力) , 使两个接触端面 (动环、静环端面) 相互紧密贴合, 并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜, 从而达到密封的目的。双端面机械密封有两道端面密封, 若一级密封失效, 二级密封仍然可密封, 防止泄漏。一般双端面密封都需要外供密封液系统, 向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却, 且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境, 还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。
三、结构
与单端面机械密封相比, 双端面机械密封多一个摩擦副。两摩擦副可分别由两动环两静环组成, 也可由两动环共用一静环或者两静环共用一动环组成。双端面机械密封有多种分类方法。
1. 根据密封液系统压力可分为有压双封和无压双封
有压双封密封液系统的压力一般要比一级密封前的压力高0.01 ~ 0.03MPa。 这样一级密封泄漏时, 密封液会进入泵内, 确保了泵内介质不会泄漏到外界。由于密封液进入泵内, 密封液系统压力、液位降低, 可以实现密封的泄漏监测和报警。
无压双封密封系统内的压力一般为常压或微压, 低于一级密封前的密封腔压力。当一级密封泄漏时, 泵内介质会进入密封液系统, 导致密封液系统的压力和液位升高, 可以通过压力开关或液位开关实现泄漏监测和报警。通过密封液系统来监测双端面机械密封失效与否, 也是其区别于单端面机械密封最主要的形式之一。
2.按摩擦副布置形式分为径向式、面对面、背对背及串联式4类 (如图2所示)
径向双端面机械密封包括有一对相互配合的动环和静环, 其主技术结构特征在于, 在动环和静环配合端面上对应开设有圆环凹槽形成径向两个配合摩擦副, 在静环上开设有泄流孔, 从而形成径向双端面机械密封。其整体结构简单紧凑, 结构空间小, 安装使用方便, 特别适用于径向安装尺寸受限的场合使用。
面对面双端面机械密封有静环面对面和动环面对面两种形式。静环面对面是一整体动环, 动环面对面是一整体静环。但是由于加工精度、机械密封失效后更换成本等问题, 面对面式双封在流体泵用机械密封中使用较少, 一般应用于密封腔尺寸较小的场合。背靠背或串联机械密封已经完全可以覆盖面对面机械密封的适用工况。轻烃、黏性、聚合流体、有害气体采用干气密封, 非接触设计可以采用面对面机械密封。面对面机械密封要求封液压力大于介质压力, 属于有压双封, 否则内侧机械密封动静环受力不合理。面对面结构多用于集装式结构, 既可以做单端面, 又可加封液做成双端面。
背对背式双端面机械密封亦可做成集装式, 拆装方便, 检修容易, 因此使用较多。硫磺装置双端面机械密封为背对背式。背对背式双封分别有两动环和两静环, 一级密封为外流式。因其适用工况宽, 应用广泛, 狭义上的双端面机械密封专指背对背式双端面机械密封。背对背式双封属于有压双封, 当一级密封失效后密封液系统的压力和液位都会降低。密封液循环的动力由内置泵效环提供。
串联机械密封是两组或两组以上同向布置的单端面机械密封组成串联机械密封, 两组单端面机械密封组成串联双端面机械密封。这种密封方式使密封腔的压力逐级降低, 介质不至外漏。串联双端面密封由于其结构紧凑, 可适用于轴径尺寸不大, 轴向尺寸小, 且转速较大的中等载荷的场合。内端为平衡型机械密封, 外端为非平衡型带泵效环机械密封。串联式双端面机械密封可做成有压双封, 也可做成无压双封, 以无压双封最常见。封液提供密封面的冷却润滑, 靠内置泵效环循环。
3. 泵送还的分类及原理
根据密封腔内能利用的空间不同, 而选用不同结构的泵送环。当密封腔径向空间较大而轴向空间较小时, 选用离心式泵送环;当密封腔轴向空间较大而径向空间较小, 则选用螺旋式泵送环;如果密封腔有足够的空间, 则两种泵送环可任意选。常用的泵送环有离心式和螺旋式两种结构, 离心式泵送环有开口槽式、斜孔式和半圆槽式等样式, 斜孔式是为了增大密封液流量, 减少流体阻力而设计的, 对轴旋向有要求。螺旋式有内外螺旋配合式和只有外螺纹旋转等样式, 后一种较常用, 螺纹式泵送环有螺纹旋向要求。
离心式泵送环是在金属环的一侧加工出液槽 ( 或孔) 利用泵送环高速旋转时产生的离心力将出液槽 ( 或孔) 内的密封液甩出, 使泵送环外侧的密封液形成一定的压力, 将泵送环外侧的密封液导流出去, 同时泵送环内侧的密封液不断补充到出液槽 ( 或孔) 中, 形成持续泵送效应, 工作状况类似离心泵。离心式泵送环要求由离心力作用甩出的流体对着出口;螺旋式泵送环是在旋转套的外表面加工出多头螺纹, 与套在旋转套外面静止件的内表面配合使用, 当泵送环旋转时, 螺纹将带动螺纹槽内介质旋转。由于惯性作用螺纹槽内介质与螺纹槽产生相对运动, 促使密封液向一侧运动, 使泵送环两侧产生压差。此压差将高压侧的密封液通过出口流道引出到外部管路, 经过换热器或储罐后回流到密封腔形成循环。
四、失效分析
转动设备故障中, 因机械密封泄漏而停机的约占维修设备总量的50%。双端面机械密封失效机理与单端面机械密封失效机理基本相同, 主要是密封面的失效。在机泵运行过程中, 由于摩擦和搅拌产生的热量会使密封面温度升高, 加之介质的影响, 就会出现密封面介质的气化、密封环变形、热磨损, 甚至出现热裂。有的介质在温度变化时会加剧固化、聚合、结晶、结焦和腐蚀。种种非正常的工况将加剧或者短期内直接导致密封失效。
密封失效的原因为操作问题 (冲洗液中断等) ;机械方面问题 (安装误差、间隙不当、调整不当) ;流体回路高等错误 (负压不足、冲洗液不足、泵特性不适当) ;密封元件选择不当 (材料或基本结构错误) ;其他原因。
密封失效的主要原因为操作问题。分析故障时, 要对其整个过程, 包括拆卸前的泄漏状态、泄漏量、拆卸中的检查、密封部件检测等深入研究, 找到故障发生的泄漏点和真实原因, 进而采取相应措施。
五、日常维护
首先, 启动前检查辅助装置是否正常, 保证密封液系统液位、压力在操作范围之内, 各处密封良好。按转动方向盘车通过双端面机封泵效环将机封内充满液体。
其次, 不要使泵抽空避免密封端面发生干摩擦。
第三, 经常检查辅助装置是否正常工作:
一是注意密封液液面的位置, 油位降低要经常补充, 压力降低要补气保压。
二是定期排放泄漏液。
三是经常检查冷却水管、冲洗管等, 杜绝发生堵塞, 防止突然停水而使冷却、冲洗效果不好, 造成密封失效。
第四, 防止机器本身振动、发热等对密封的影响。
一是注意异常声响, 振动可造成防转销等松开、脱出。
二是注意异常发热并作合理调整。
六、结语
双端面机械密封泄漏与工艺操作及安装检修有直接关系。在日常生产中应规范操作, 加强管理, 对故障做总结分析, 是保证和提高密封效率及寿命的必要措施。
参考文献
[1]董晓明.双端面机械密封泄漏原因及对策[J].润滑与密封, 1998, NO.7.
[2]王显伟, 宋巍.机械密封失效原因分析及预防[J].辽宁化工, 2004, 第33卷第8期.
[3]周原, 王天普等.机泵维修钳工[M].北京:中国石化出版社, 2009:129-143.
双端面机械密封 篇2
提出造成气膜端面密封角向摆动自振的.内在机理,既有半频摆动自振又有角向气锤自振.在其稳定性分析中给出了不同端面结构、浮环支撑弹簧和二次密封阻尼等的影响.分析按照小扰动线性化的分布参数法,联立气膜微扰雷诺方程和浮环微扰运动方程,对密封系统的角向摆动自振稳定性界限进行了数值迭代.
作 者：刘雨川 徐万孚 王之栎 沈心敏 作者单位：刘雨川(清华大学摩擦学国家重点实验室,北京,100084)徐万孚(沈阳工业学院)
渣浆泵双端面机械密封的改进 篇3
80NG80渣浆泵是四川川工工业泵厂生产的新型高效抗磨蚀泵。该泵在水力设计、结构设计以及所用耐磨材料上, 综合应用了国内外同类产品的优点并加以创新, 具有振动小、噪声低、运行可靠、使用寿命长等特点。可广泛用于电力、冶金、煤炭、建材等行业输送含有固体颗粒的浆体。80NG80渣浆泵采用双端面机械密封, 在运行中机械密封出现了一些问题, 本文针对这些问题作出了改进。
2 机械密封在生产运行中主要存在问题
(1) 机械密封失效较快。据维修记录统计, 其使用寿命仅为二个月左右, 消耗了大量的零配件。经过多次对该台设备机械密封的拆卸解体, 发现一般是由于机械密封机封破裂引起机封失效。
(2) 双端面机械密封由于没有压缩气体稳定压力, 导致封液压力不是很稳定, 有时封液压力波动会造成机械密封失效。
3 双端面机械密封结构
双端面机械密封由两套端面密封副 (静环和动环) 、弹性元件 (如弹簧) 、辅助密封 (如O型圈) 、传动件 (如传动销和传动螺钉) 、防转件 (如防转销) 和紧固件 (如弹簧座、推环、压盖、紧定螺钉与轴套) 、密封箱体构成。
如图1所示80NG80渣浆泵双端面机械密封示意图, 按照机械密封的分类方式, 这套机械密封应称为:外装、外流、旋转、非平衡、双端面、多弹簧结构机械密封。
4 双端面机械密封端面比压计算
80NG80渣浆泵渣浆泵机械密封从上面存在问题可以看出是由于端面比压过大, 导致机封破裂, 下来进行计算确定:
有关参数如下:
d (轴径) 65mm d1 (密封面内径) 67mm
d2 (密封面内径) 79mm P介 (介质压力) 0~3kgf/cm2
P封 (润滑液压力) 3.5~4.5kgf/cm2P弹 (弹簧力)
按图2所给弹簧参数, 先求得弹簧刚度, P=Gd4/8D23n
式中:G—弹簧钢丝的剪切弹性模型数, 机械密封常用的弹簧钢丝材料为1Cr18Ni9Ti、65Mn等, G=8000
计算P=0.77 kgf/cm2, 本套机械密封弹簧座有12个孔, 装了12个弹簧, 设定弹簧压缩量为6mm, 则:
F弹 (弹簧力) =0.77x6x12=55.54kg
F推 (介质和封液在密封端面产生的推开力)
双端面机械密封, 其外端与大气接触, 称大气端, 只受封液的影响而不受介质的影响, 其内端与介质接触, 称介质端, 受封液和介质的影响因此F推就分为F推 (外) 和F推 (内) 。
P比由于有F (上) 和F推 (下) , P比也就有P比 (上) 和P比 (下)
外端端面比压在5.82~7.47kgf/cm2之间。在外装式机械密封中, 端面比压一般选取1.5~4 kgf/cm2, 根据实际可适当放大, 本例计算结果很明显端面比压过大, 不合乎设计规范。
其内端端面比压由于还受到介质压力的影响, 并且当:P封最大, P介最小, P比 (内) 最大;P封最小, P介最大, P比 (内) 最小, 因此, P比 (内) 最大时得F推。
内端端面比压在4.36~7.06kgf/cm2之间。同上, 本例计算结果很明显端面比压过大, 不合乎设计规范。
下面我们将弹簧座弹簧改为4个, 可以得到
外端:
外端端面比压在3.12~4.27kgf/cm2之间。在外装式机械密封中, 端面比压一般选取1.5~4 kgf/cm2, 根据实际可适当放大, 本例计算合乎设计规范。
内端:
外端端面比压在1.67~4.27kgf/cm2之间。同上, 本例计算合乎设计规范。
计算表明, 弹簧座选用四个弹簧能满足设备需要。
在双端面机械密封中, 介质压力和封液压力的波动, 将引起端面比压随之产生波动, 尤其是介质端波动很大, 可见:封液压力和介质压力必须严格地调整在规定范围内, 否则将影响以至破坏机械密封的正常工况, 造成密封失效和损坏。
4 结语
本文结合我在实际工作中遇到的问题而提出的, 80NG80渣浆泵机机械密封改进投入运行后, 其使用寿命基本上在一年以上, 并彻底消除了封液系统压力不稳定的隐患, 可见机械密封改造相当成功, 达到了预期的目的。
参考文献
[1] (苏) 戈卢别夫著:端面密封和动力密封, 梁荣厚译, 化学工业出版社, 1968年.
双端面磨床的研究 篇4
20世纪以来,随着汽车、拖拉机和轴承类工业的发展,双端面磨床(DDGM)的使用也得到了快速的增长。许多具有一对平行面的中小型工件,比如转子、短头销、轴套、转轴和横轴等都是由具有高精度高效率的DDGM加工而成的。虽然在DDGM的设计、制造和磨削技术方面有着丰富的实际经验,但是理论上的分析和研究依旧没有得到充分的探索。
2 DDGM的磨削原理
DDGM,是为汽车工业等制造领域许多产品需要进行双面精密磨削而设计的。如图1所示,DDGM顺时针旋转,送料盘逆时针旋转,同时送料盘上的夹具固定了要磨削的加工工件的毛坯。
当未加工的工件到达图中所示的A时,工件的两边就开始进行磨削。整个磨削的过程主要遵循循序渐进的沿着ACB轨迹进行。当已经磨好的轴到达B点时,磨削结束。卸下加工好的工件,重新装载一根未加工的工件。
从A点开始经过磨削,再运行到C点,当到达B点时整个磨削过程结束。ACB是一条弧线。如图2所示,如果切削表面是平行的,当毛坯进入到A点时,磨削过程就会马上开始,所有的加工余量也会被去除。所有的步骤都是不能省略的。所以磨削的整个过程需要沿着AC轨迹循序渐进。两切削面之间的距离也是由大变小。两个砂轮之间形成一个截断的锥形。
3 磨削区域的形成
如图3所示,M点是金刚笔修整器,O”轴所在的修整器平行于O轴所在的砂轮。M’’M’是砂轮的M的轨迹,如果砂轮所在的O轴平行于送料盘(CT)所在的O’轴,那么M’’M’将会形成平坦的磨削表面,并且两个切削面都相互平行。当然,非常完善的加工是不存在。如果砂轮O在垂直方向顺时针旋转α角度,在水平方向选择β角度。这时砂轮的切削表面与MM’一起形成了一个3维曲面球(靠近毛坯处)。这样,正确的磨削才能被实现。沿着ACB的区域就被称为磨削区域。
一般而言,如图4所示,是客户对磨削的一些要求:两个加工好的切削表面的平行度范围必须在0.002～0.003mm内,任何一面的精确度必须为0.001～0.0015mm。
K是粗糙度与光滑度的比率。为了得到更好的加工结果,K的取值范围是1～3。
4 数学复习
4.1 建立3维空间的笛卡尔坐标系统
如图5所示,Oxyz和PXYZ是任意的3维笛卡尔坐标集。M是3维空间中的任意一点。
i,j,k是Oxyz坐标里面x,y,z的单位向量
i’,j’,k’是PXYZ坐标里面X,Y,Z的单位向量
α1,β1,γ1是i’与i,j,k之间的夹角
α2,β2,γ2是j’与i,j,k之间的夹角
α3,β3,γ3是k’与i,j,k之间的夹角
4.2 向量法
4.3 3维空间坐标集的转换
如图5所示,M是任意的一点。M和P在Oxyz中的坐标分别为(x,y,z)和(xp,yp,zp),M在PXYZ中的坐标为(X,Y,Z),因此:
将等式(1)中的各式点乘i,j,k得
将等式(1)中的各式点乘i’,j’,k’得
5 DDGM中的运算
5.1 DDGM建立笛卡尔坐标体系
如图3、6所示,O是砂轮磨削面的中心,砂轮面所处的位置为x轴,O’是送料盘的中心,OO’的中心线为y轴。S和Q点都在Oxyz空间的Oxz平面内。Oxyz围绕在Oxz平面内的S点顺时针旋转α度得到P’x’y’z’,P’x’y’z,围绕在XOY平面内的Q点逆时针旋转β度得到PXYZ。当Oxyz移到P’x’y’z’位置时,Q点会移到Q’点。
为了简化运算,如图7所示,在实际的坐标体系运算中,转换的步骤是在Oxz平面内Oxyz平行的移动到Sx’y’z’。这样就得到
Sx’y’z’在xOz平面内围绕S点顺时针旋转α度得到Sx”y”z”,这样就得到:
Sx”y”z”在xOy平面内围绕Q’点逆时针旋转β度得到Sx”’y”’z”’,这样就得到了
Sx”’y”’z”’平行移动回到PXYZ,这样就得到了
当α和β非常小的时候,那么我们可以假设sinα≈α,sinβ≈β,cosα≈1,cosβ≈1,并且α[2]≈β[2]≈αβ≈0
将式(4)～(6)代入(7)中,得到
5.2 砂轮表面的方程
如图3所示,M”M’是M的轨迹,a为砂轮修整器的力臂,θm是O”y和a之间的夹角,e和f分别是中心O”到x轴y轴的距离,b、c是Oz与Q点,Ox与S点之间距离,180°<θm<270°,因此,cosθm与sinθm为负号,Oxyz坐标系中M的座标为:
把方程(9)代入方程(8),M在PXYZ坐标为:
以P为中心设极坐标Pρψ,ρm是M的半径,ψm是轴YM与ρm的夹角,M在Pρψ的坐标为:
5.3 磨削部件表面方程
如图3所示,N是组件上的任意点,L是磨机轴线与送料盘轴线之间的距离,rn为N的半径,φn为O'y和rn之间夹角,180°>φ>90°,因此,cosφn为负,sinφn为正,N在Oxyz中的坐标为:
把方程(12)代入方程(8),得
N是M的对应点(N在M’’M’的轨迹上),因此:Xn=Xm (14)
把方程(14)代入方程(10)和(13),得
同理,可得ρn=ρm,故:
把φn和θn代入方程(10)和(13),将(10)、(13)中的Yn、Zn、Ym、Zm代入方程(16),令(13)式中Yn=0,Yn作为Oxyz原点,可得:
α、β、f、a、rn、l、b、e、φn和θm满足式(17)的关系。
6 有利方程
6.1 组件磨削量
δ是图4所示一侧表面,也是xA-xB的差值,故
方程(15)中A、B点对应参数为:r=rAφ=φAθ=θA
把他们代入方程(15)和(18),得:
δ正比于α,rA和φA,与β无关
6.2 粗精磨量的比值
C点是图3中精磨面和粗磨面的唯一可能边界
粗磨量NC=xA-xB
精磨量Nf=xC-xB
K是NC与Nf之比,故NC=kNf或xC=KxB+xA (20)
在方程(15)中相应A、B、C点参数为:
把他们代入方程(15)、(20)得:
如果K选定,则α/β值应满足方程(21)
6.3 组件磨削精度
图3、4所示,精度是xB”与xB’之差,平行度通常是精度的两倍,d是元件尺寸,ε是磨削精度,故(22)
把他们代入方程(15)、(22)得:
若ε=0,则磨削精度完美的,但事实上,这是不可能的,只是理想值,设ε=0,故
磨削元件精度与α/β,r,φ有关,与修整器参数无关。
6.4 砂轮修整器安装位置
如图8所示,S为O与O'轴间距,ω是Oy与S间夹角,点C在Oy上,rC=rA,φC=180°,270°>θm>180°,故点M在Oxyz中坐标为:
同时,f=Ssinω,e=Scosω,代入方程(12),则M点在PXYZ中坐标为
M点在Pρψ中坐标为
把修整器参数代入方程(19),得
如图8所示,有:
设θ”=ζ”+ω,则ζ”=θ”-ω,ζ”=arcos{[R”[2]-a[2]-s[2]]/2as}
设θ’=ζ’+ω,则ζ’=θ’-ω,ζ’=arcos{[R’[2]-a[2]-s[2]]/2as}
ζ’和ζ”是在s与坐标系O”xyz中点M’、M”线a之间夹角,其幅值可确定修整器中心适合位置,把他们代入(21),得(27)
若K选定,α/β和参数ζ”,ζ’,ω的关系满足方程(27)
7 实际应用
在6.1方程(19)显示磨削量δ与a,rA,φA有关,DDGM适用于同一类型或相似类型的元件,故δ假定为一常数,TC尺寸,点A、B、C位置、角α均由方程(19)确定。
在6.2中,方程(21)表明,K与α/β的关系,rA,φA,θA,φC,θC均为常数,与α和A、B、C点,TC尺寸由方程(19)确定后,角β由方程(21)确定。
在6.3节中,方程(24)表明,当ε=0时,rB,φB’,φB”均为常数,假定元件d尺寸是常数,则角β由方程(24)确定,由方程(21)、(24)得到的β值并不相等,故应分别对两个不同的β选取合适的方法计算。
事实上,产品形态是较复杂的,例如:在批量生产中,如果生产效率是首要的,则把已知α代入方程(21)的β与K,再把α/β代入方程(23),检验ε,如果ε满足用户要求,则无需其他操作,如果ε不满足用户要求,则改变β、K值直到达到所需要求如果仍达不到要求,则改变β,K和α/β。
如果α增大,则磨削将从D点而不是A点开始,磨削区长度变短,单位磨削力增大,这将不利于磨削。
如果α减少,则将导致由传统一个磨削工作周期变为两个周期,生产率下降,这又与首要指标相违背。
在批量生产中,如果磨削精度是首要考虑的,则把已知ε,α代入方程(23),确定β,将α/β代入方程(21),得K。如果K<1,则通过变化β,α/β值,重复前述步骤直到达到所需要求。
第6.4节表明,通过选定α/β与K,代入方程(27),可得三组对应ζ’,ζ”,分别位于O”xyz坐标系第2、3、4象限,这意味着每一象限中均有一组合适位置,机座通常设于第3、4象限,故修整器只得安排与二象限。
8 进一步研究方向
图1表明,在传统设计中,磨轮与旋转送料盘与α、β角关系,假定α=0,保持β不变,磨轮成β角,磨削区截头锥形将变为一半,磨削只存在于AC间,沿CB方向通道宽度将变大,磨削将AC进行,CB将变为通道,所有参数应进行合理调整,方程应重新计算,机构应具有更高的刚度,更简奏,易于设计、制造。使用同时应具有稳定的精度,高生产率,低成本。磨床座可完成α、β的转角,但其结构较复杂,刚度低,生产成本高。假设由砂轮修整器转动α、β角或由修整器按预定3D曲线完成修整。当然,此时机构基本的设计和数学计算将从一个完全不同的视点开始。
参考文献
[1].George W H,Donald E H.Applied Mechanies Dynamies. California Institute Tecology Press,19912
[2].Stan G,Norman C Mastering Techical Mathematics.F.Rider Publisher Inc.1999
[3].Wang Y K.The Fundamentals of Cylindrical Centerless Grinding. Beijing:China Machine Press,1980
立轴双端面磨床换件机构设计 篇5
立轴圆台双端面磨床是一种高效率的平面加工机床, 它在一次连续进给中能磨削工件的两个相互平行的端面, 且加工精度高、表面粗糙度低, 所以适合加工高精度、小批量多品种、圆与非圆薄片零件, 在汽车、空调压缩机、轴承、齿轮、磁性材料等行业中得到了广泛的应用。经常加工的零件有活塞销、活塞环、进排气阀座、轴承环、冰箱压缩机阀件、齿轮等。
2 双端面磨床工作过程简要介绍
如图1所示, MK7731型立轴圆台双端面磨床的工作过程是:下主轴磨头固定旋转, 换件机构将载有工件的夹具盘送到上下2个主轴磨头中间, 上主轴磨头旋转并向下移动磨削工件, 待工件磨削完成后, 上主轴磨头向上移动离开工件, 此时换件机构再将卡具盘从上下主轴磨头中间移出, 完成工件磨削。而在工件的磨削过程中, 上下主轴相对反向旋转, 工件是通过传动装置自身旋转, 这样使工件能够得到更好的表面粗糙度和刀花。本文主要对该磨床换件机构的设计进行介绍。
3换件机构设计原理
换件机构由工件自转驱动部分以及换件驱动部分组成。这2部分主要实现以下2个功能: (1) 完成上下料功能; (2) 带动工件实现自转功能。经过构思, 结构如图2所示:换件机构通过套筒6与床身固定, 换件与工件自转结构设计上采用实心轴4、空心轴5、套筒6及轴承嵌套联接, 实现换件动作与工件自转动作相分开。工件自转采用齿轮减速机构, 具有传动平稳、传动比精确、工作可靠、效率高、寿命长等特点;换件部分采用液压油缸进行控制, 具有结构简单、工作可靠、装拆方便等特点。
1.减速电机2.联轴器3.向心球轴承4.实心轴5.空心轴6.套筒7.圆锥滚子轴承8.卡具盘9.50齿轮10.胀套11.连杆12.油缸连接杆13.油缸
工件自转是由减速电机1驱动的, 经过联轴器2与实心轴4相连, 将运动传到固定在实心轴端部的50齿轮9上, 再由50齿轮把运动传到卡具盘内的23齿轮、104齿轮, 如图3所示, 可以设计不同的卡具与104齿轮固定, 将不同形状和大小的工件固定在卡具上, 同104齿轮一起旋转, 达到工件自转的目的。为了使没有中心轴的104齿轮固定旋转, 采用支撑齿轮齿的方法, 在104齿轮的四周固定有4个可以自身旋转的外轮, 外轮中心通过滚动轴承进行支撑, 让104齿轮的齿在外轮的槽口内通过, 从而达到104齿轮固定旋转的目的。加工时, 齿轮的每个齿和外轮的槽口都要进行倒角处理, 齿轮的齿宽要与外轮的槽口宽度相匹配, 安装后要求运动平稳, 且没有干涉现象。减速电机传出的转速是300r/min, 经过轴端的50齿轮Z1=50、卡具盘中的23齿轮Z2=23及104齿轮Z3=104传给工件。传动比i=n1/n3= (-Z2/Z1) × (-Z3/Z2) =Z3/Z1=104/50, n1=300r/min, 所以104齿轮的转速n3=300×50/104≈144r/min, 因为换件机构动作频繁, 齿轮均采用耐磨高硬材料15CrMo及GCr15, 并表面渗碳处理, 由于23齿轮与2个齿轮同时啮合, 所以小齿轮23热处理硬度HRC55-60, 比另外2个大齿轮硬度高, 50齿轮与104齿轮硬度HRC40-45。
换件驱动装置主要作用是将工件送到加工位置, 我们采用油缸推动换件装置的旋转轴, 使其带动卡具盘摆动, 把工件送入到加工位置, 达到换件的目的。由于换件的动作没有什么阻力, 选用缸径40mm, 压力7MPa的油缸就够用。利用固定在床身上的油缸13通过油缸连接杆12推动连杆11旋动, 连杆11与空心轴5通过胀套10连接, 空心轴5又与上面的卡具盘8过渡连接, 从而油缸的动作通过连杆、空心轴传动到卡具盘, 带动卡具盘把工件旋转到加工位置, 旋转的角度是由接近开关来控制反馈给油缸进行动作。另外, 换件设置快、慢两个速度进行控制。利用两个电磁换向阀来控制油缸的进油、回油, 一个电磁阀控制时, 液压油进入油缸的速度较慢, 实现慢速换件操作;两个电磁阀同时控制时, 液压油进入油缸的速度较快, 实现快速换件操作。机床正常自动工作情况下, 为了减少换件时间, 提高生产效率, 两个电磁阀同时控制, 实现快速换件操作, 而当手动操作情况下, 如调试过程中, 为了防止误操作, 保证机床和操作者的安全, 设定只能一个电磁阀进行控制, 实现慢速换件操作。
4 结语
石墨端面封严装置密封性检测装置 篇6
关键词：石墨,端面封严装置,密封性,检测
0 引言
封严是对转动部件和非转动部件间的泄漏进行控制。航空发动机封严的密封特性对于发动机性能具有极为重要的影响, 直接决定发动机品质。石墨端面密封装置是航空发动机中较为理想的密封装置, 石墨封严的密封效果较好, 寿命长, 泄漏量小, 甚至完全不泄漏, 尤其是在高温、高压、高转速条件下仍能保证可靠的密封性能, 这是其他类型密封装置所不具备的。航空发动机在工作一个翻修间隔期后需要对机件进行检查修理, 石墨端面封严装置修理装配后总装配前需要进行气体密封试验检查以便对修理情况进行验证。
1 石墨端面封严装置结构、特性及工作原理
1.1 石墨端面封严装置结构介绍
石墨端面封严装置属于接触式机械封严装置的一种, 主要由三部分组成, 第一部分为石墨端面封严静环, 主要材料为耐磨及润滑性良好的石墨, 它安装在外壳体内, 内部有波形弹簧、压板、密封圈。第二部分为端面密封动环, 它表面光滑, 热稳定性好, 耐磨能力强, 线膨胀系数小, 摩擦系数低, 组对性能好。第三部分为O型密封圈, 其作用是对径向配合面进行密封, 防止泄漏。
1.2 石墨端面封严装置特性
石墨端面封严装置具有较好的密封效果, 较长的使用寿命, 摩擦功率消耗低, 不损坏旋转轴外表面的特点。同时, 它对旋转轴在工作过程中产生的振动、偏摆、偏斜等不敏感, 密封效果不会受以上因素的明显影响。
1.3 石墨端面封严装置工作原理
通过石墨端面封严静环内部的波形弹簧弹力保证密封端面的贴合, 二者产生摩擦运动, 依靠密封端面极高的平面度及粗糙度要求, 保证密封端面的接触面积, 从而实现转、静子间的密封。工作时密封端面间维持一个极薄的油膜可以避免端面间的干摩擦, 能够有效地降低密封端面地磨损程度, 延长使用寿命。
2 石墨端面封严装置修理后密封试验的必要性
航空发动机上使用的石墨端面封严装置, 在使用过程中会出现弹簧失效、石墨件结合面掉块、胶圈失效等故障, 这些故障都会引起石墨端面封严装置装机使用过程中出现密封失效的故障, 在装机前都需要通过一定的修理方法进行排除, 修理后需要通过一定的检测手段对于修理结果进行验证, 确定该石墨端面封严装置是否能够满足继续装机工作的需要。气体密封试验可以验证端面密封装置修理后工作的可靠性, 同时可以减少装机后出现故障反复拆装带来的成本增加。
3 气体密封试验夹具设计
3.1 气体密封试验具体要求
由于石墨端面封严装置安装到附件机匣功率输出端, 主要作用是对转动齿轮轴和壳体之间的油气进行封严, 根据附件机匣工作环境和工作压力, 制定静态下气体密封试验参数要求见表1。按如下参数试验过程中压差稳定后开始记录泄漏量, 允许漏气, 数量不超过10个气泡, 不允许有水进入封严件。
3.2 技术难点的解决方案
结合该型石墨端面封严装置的工作原理及气体密封试验参数的具体要求, 设计了如图1的试验夹具, 下面对于具体情况进行介绍:
3.2.1 模拟石墨端面密封装置装配时的状态。
本次研究的夹具内设计了模拟齿轮轴轴径的圆柱用以安装端面封严动环;设计了模拟壳体堵盖的凹槽 (上面开有安装O型密封圈的凹槽) 用以安装石墨密封组件, 从而模拟石墨端面密封装置装配时的状态。
3.2.2 满足石墨端面密封装置装配过程的尺寸要求方案。
由于石墨端面密封装置是由石墨端面封严静环和端面封严动环组成的, 为保证石墨与旋转环能完全接触, 达到密封性要求, 需要在装配时保证石墨密封组件中的弹簧能够具有一定的压缩量, 从而在结合面之间产生一定的压力, 但弹簧在壳体内部, 无法检测。针对这个问题, 通过间接的控制石墨端面封严静环和端面封严动环装配后的高度来保证, 达到装配过程的尺寸要求。
3.2.3 分析气体密封试验参数和要求确定夹具最终的结构。
气体密封试验要求装配好的石墨端面封严静环连同端面封严动环组成的端面密封装置进行密封性实验, 用空气检查石墨环与端面封严动环结合面的密封性。根据气体密封试验要求, 本次研究设计的夹具在全密封的状态下, 在端面封严动环安装的圆柱上, 开了一个直径为4mm的通孔, 并在下方焊接了漏气管, 方便进行泄漏气体的观察和收集。
另外, 本夹具还考虑了石墨端面封严静环进行密封试验后分解的问题。在夹具上盖 (即安装石墨端面封严静环的上盖) 开三个圆形凹槽, 便于试验后, 使用顶具将石墨封严组件从上盖中顶出。这个方法在实际分解过程中应用效果较好, 防止了分解过程中石墨端面封严静环滑脱和使用冲击力进行分解造成的机件故障。
1-紧固螺钉;2-夹具上盖;3-石墨端面封严静环;4-O型密封圈;5-O型密封圈;6-O型密封圈;7-端面封严动环;8-下盖;9-漏气管.
4 试验程序及验证试验
4.1 试验程序
(1) 将石墨端面封严装置安装到夹具中, 用麂皮将石墨端面封严静环和端面封严动环接触面擦拭干净;
(2) 夹具上下盖安装到位后按对角拧紧的方式拧紧螺栓, 将夹具安装到试验器水槽上, 保证漏气管伸到水面下方30mm;
(3) 调整试验器气动开关, 向试验器供应干燥的压缩空气;
(4) 缓慢调整微调开关, 向石墨端面封严装置密封试验夹具内供气, 当表的读数在0.09±0.01MPa范围内时, 停止供气;
(5) 当压力稳定后, 用秒表计时5分钟, 同时观察并记录石墨端面封严装置密封试验夹具上漏气管内漏出的气泡数量;
(6) 试验结束, 断开试验器, 拆下石墨端面封严装置。
4.2 验证试验
气体密封试验用设备和夹具设计和制造后, 选取了10组石墨端面密封装置进行了气密试验验证, 具体试验结果见表2;并将石墨端面密封装置分别安装到附件机匣组件中, 进行组件液压密封试验 (具体试验要求见表3) 进行对比。
通过对比分析表2试验数据, 试件1、3、4、6和不超标试件7, 装配到附件机匣组件上后, 进行液压试验检查, 试验结果不漏油符合规定要求。试件5、10, 装配到附件机匣组件上后, 进行液压试验检查, 试验结果是轻微渗油。试件2、8、9, 在附件机匣组件液压密封试验时也出现严重漏油现象。可以看出, 使用该试验夹具检查结论与附件机匣组件密封试验检查结果基本相同, 综上可以得出本次研究设计的气体密封试验夹具可以满足试验要求。
5 结论
(1) 气体密封试验夹具结构设计能够满足石墨端面密封装置气体密封试验要求, 结构合理, 操作简单。
(2) 经过对比试验, 使用气体密封试验对于检查石墨端面密封装置故障的方法可行、有效。
参考文献
[1]沈虹.航空发动机封严技术的发展[J].燃气涡轮试验与研究, 2011 (4) :51-55.
[2]贺立峰.弹簧刚度对端面接触式机械密封振动的影响[J].润滑与密封, 2010 (6) :64-68.
双端面机械密封 篇7
关键词：活齿端面谐波齿轮,煤矿机械,应用
活齿端面谐波齿轮传动是一种新型传动装置,以现有的谐波传动和活齿传动为基础,综合了传动比大和传递功率大的优点[1]。煤矿机械中传动齿轮体积小,传动比大,承载力高,机械能耗少。近年来,煤矿机械的功率增加非常迅速,机械设备的输出扭矩增大,使煤矿机械传动齿轮的受力增大。结合活齿端面谐波齿轮体积小、承载大的特点,若取代煤矿机械中的齿轮传(应用在煤矿机械中,将提升原有煤矿机械传动的承载能力,避免齿轮在承受大载荷时易失效。
(煤矿机械中传动齿轮的特点是体积较小,重量轻,传动比大,结构紧密,承载力高,机械能耗少。近年来,煤矿机械的功率增加非常迅速,采煤机的功率增加了4~6倍,掘进机的功率增加了2~3倍,大型、特大型矿井提升机功率的大幅增加煤矿机械传动齿轮的受力增大,煤矿机械的齿轮大多为中、大模数,多为低速重载传动。由于受煤矿使用条件和机器尺寸的限制,传动齿轮的外形尺寸不能有太大的变化。如果煤矿机械齿轮传动在不加大外形尺寸的条件下能提高其强度和寿命,这些问题都将迎刃而解,同时,原有煤矿机械设备的功率也能够有一次飞跃。
根据煤矿机械的背景再结合活齿端面谐波齿轮体积小、承载大的这些特点,可以考虑将该传动应用于煤矿机械中,取代煤矿机械中的齿轮传动,提升原有煤矿机械传动的承载能力,克服以往齿轮在承受大载荷时就易失效的缺点。
1 活齿端面谐波齿轮传动装置的基本结构
活齿端面谐波齿轮传动装置主要由端面齿轮、波发生器、活齿及槽轮等4部分构成。活齿端面谐波齿轮可分为单边传动和双边传动的形式[2],应用于不同场合。如图1所示为单边传动装置的基本结构。端面齿轮2替代了传统谐波齿轮传动中的刚轮,轴向圆柱端面凸轮替换了波发生器6中的径向圆盘凸轮。多块活齿4组成柔轮,置于槽轮3中作轴向往复运动。端面齿轮2与活齿4一端做错齿运动,波发生器6的端面凸轮与活齿4另一端接触。主动件是波发生器6,与输入轴7相连,从动件是槽轮3,与输出轴1相连,端面齿轮2固定在减速箱5上,形成一个大传动比的减速结构。
双边传动的活齿端面谐波齿轮与单边结构类似,将双边的结构对称在波发生器的两边,形成一个对称的结构。波发生器是一个两边对称的端面凸轮,活齿、槽轮和端面齿轮依次对称的分布在波发生器两端,两边的结构与运动是完全一致的,这种对称的结构在传动过程中能抵消一部分受力从而具有更好的使用性能。
2 活齿端面谐波齿轮的应用可行性
2.1 活齿端面谐波齿轮的传动比
在传动比方面,活齿端面谐波齿轮传动能够实现较大的传动比。波发生器和端面齿轮以及活齿的数目差别非常大,活齿可做成多齿结构,齿差可进一步增大。对活齿端面谐波齿轮的活齿、端面齿轮和波发生器的齿数进行合理设计就能够将它的传动比大幅增加,实现一般减速器无法达到的传动比。
2.2 活齿端面谐波齿轮传递的功率
由于活齿端面谐波齿轮啮合副为面接触而且是多齿同时接触,一般渐开线齿轮啮合副大多为线接触且是单齿接触,所以活齿端面齿轮传动传递功率大。现对比相同传动比,相同模数,相同材料(选用45号钢)下,活齿端面谐波齿轮传动与直齿圆柱齿轮传动所能传递的最大功率。
活齿端面谐波齿轮模数m=6,传动比i=24,n=1470 r/rain ZE=50,Zo=48,U=2,ψd=0.15,齿形半角a2=30°。其中h=πm I/2tana2=16.33 mm。
花键联接在动载荷下的许用挤压应力σmax=10 MPa代入求得Pi=66 k W。直齿圆柱齿轮主要参数:m=6 mm,传动比i=24,采用二级传动,ni=1470 r/min,大齿轮的齿数Z2=100。
式中,小齿轮分度圆半径d1=144 mm,齿宽b=122 mm,齿数比u=4.17,载荷系数K=1.2,节点区域系数ZH=2.5,弹性系数ZE=189.8,重合度系数Zε=0.88,SEH=SEHP=362 MPa,求得输入转矩Ti=T2/i=26708 N×mm输入转矩T2=640992 N×mm。由公式Ti=9.55×106P/nj,得输入功率Pi=Ti×ni/9.55×106=4 k W。
由表1可得,活齿端面谐波齿轮所能传递的功率远远高于相同模数、材料、传动比的直齿圆柱齿轮。
3 结语
从传动比方面来看,活齿端面谐波齿轮可在较小几何参数下获得较大传动比,在煤矿机械的应用中可有效提高产品的传动参数,减小产品的重量。从传递的功率来看,煤矿机械中的齿轮减速器需要传递较大的功率,普通的齿轮容易失效,而活齿端面谐波齿轮接触面积大,不易失效。同时,在相同传动比情况下,活齿端面谐波齿轮比普通齿轮传递的功率大数十倍。由此可见,活齿端面谐波齿轮传动是一种很适合于应用于煤矿机械中的传动装置。
参考文献
[1]张佑林,姚传志,李峰.活齿端面谐波齿轮传动装置[P].中国,发明专利,专利号:ZL 200410012992.6.
[2]张佑林,李峰,刘文波.活齿端面谐波齿轮的传动原理与传动比[J].武汉理工大学学报,2004,26(6):42-45.