由于旋轉(zhuǎn)接頭的動環(huán)和靜環(huán)(或浮動、游動環(huán))所組成的摩擦副式旋轉(zhuǎn)接頭最重要的零件。密封的工作質(zhì)量(泄漏指標(biāo))和壽命都與它有直接的關(guān)系。旋轉(zhuǎn)接頭中所有其他零件除了傳遞流體外部為摩擦副服務(wù)。并且它們的工作好壞也是以保證摩擦副工作達(dá)到最佳條件的程度為前提的。
旋轉(zhuǎn)接頭動環(huán)和靜環(huán)系在介質(zhì)中作相對摩擦滑動,它們之間的摩擦產(chǎn)生摩擦熱,磨損及其他現(xiàn)象。
旋轉(zhuǎn)接頭摩擦副設(shè)計應(yīng)使密封在特定的條件下,工作負(fù)荷最輕,密封效果最好,使用壽命最長。
旋轉(zhuǎn)接頭密封環(huán)的剛度是考慮的重要因素之一。必須有一個環(huán)剛度是很低的,這就能適應(yīng)表面不平度和球面度的設(shè)計和工藝要求,不至于存在很大的縫隙或產(chǎn)生很高的機(jī)械壓力區(qū)。根據(jù)這一原則,摩擦副應(yīng)用不同材料加以組合(常常一個環(huán)用硬材料,另一個環(huán)用軟材料),雖從動力相似角度來說,哪一個材料動環(huán)、靜環(huán)沒有差別,但實際上動、靜環(huán)材料選擇直接影響密封效果。因為通常動環(huán)形狀復(fù)雜,在受壓力波動的情況下容易產(chǎn)生角變形,而使密封無法保證。所以動環(huán)一般選用彈性模量大的硬材料,靜環(huán)使相對軟的材料組配。脆性材料一般不宜作動環(huán)。
(一) 摩擦副端面和球面在垂直軸線投影面上動直徑
摩擦副端面和球面在垂直于軸線投影面的直徑應(yīng)盡量小,以降低摩擦副的滑動速度和摩擦溫升。
(二) 端面和球帶面寬度
端面和球帶面寬度(系指端面、球面接觸寬度)有很重要的意義,寬度太大會導(dǎo)致端面,球面摩擦增大,摩擦功率增加,潤滑、冷卻效果降低;寬度減小,環(huán)的內(nèi)、外徑差值減小,端面平直度容易保證,球面曲率半徑誤差小,端面磨損均勻,摩擦生熱減少,從而改善了導(dǎo)熱條件,但是寬度過窄,強(qiáng)度不夠,會增加破損的危險,尤其是高壓時,這種現(xiàn)場更為突出。因此,端面、球帶面(球臺側(cè)面)寬度(球面時,即接觸球臺的弧長)應(yīng)該根據(jù)空心軸徑,工作介質(zhì)的性質(zhì)及其壓力,滑動速度(即轉(zhuǎn)速),摩擦副材料及其允許泄漏量等進(jìn)行綜合考慮。多數(shù)情況是通過試或?qū)嶋H用信息反饋找出的規(guī)律確定。
球面摩擦運動副工稱接觸面積,實際就是球臺側(cè)面積,即:
AQ=2πR2(cosa1-cosa2)
一般來說旋轉(zhuǎn)接頭的轉(zhuǎn)速越高,端面、球面滑動線速越大,摩擦生熱也大。為利導(dǎo)熱,寬度應(yīng)選得較小。
對易揮發(fā)液體,端面寬度應(yīng)取小一些。因為液體的揮發(fā)與端面間的溫升有密封關(guān)系。減少端面寬度,改善導(dǎo)熱情況,降低摩擦面溫升,對輸送易揮發(fā)液體少有利的。
對通氣旋轉(zhuǎn)接頭來說,環(huán)工作表面破損的可能性較小,且摩擦?xí)a(chǎn)生更多的熱量,因此端面,球面寬度應(yīng)適當(dāng)減小。
當(dāng)采用端面密封時,如果從強(qiáng)度或環(huán)的剛性角度考慮,在某些情況下不能用窄的寬度時,可采用球面以增加負(fù)荷接觸。
用硬材料制成的環(huán)要比軟材料制成環(huán)具有更大的徑向?qū)挾龋蝗挥捎膊牧现瞥傻囊岳饨沁M(jìn)入軟材料內(nèi),以引起剝落和摩擦副強(qiáng)烈的磨損,造成泄漏。