旋轉接頭使用壽命究竟有多長呢?如果粘附磨損起主導作用,并且使用條件是恒定的和已知的,那么,可以根據相似條件下取得的磨損量A比較近似地確定壽命L=a/A。當然密封的可磨損高度a不可能任意地加大,因為它受機械變形和熱變形的影響。一般情況下,可磨損高度a=0.5~5mm。
近幾年來旋轉接頭的期望壽命已比過去增長了好多倍,原因是采用了比較好的材料和先進的結構,此外,還有維護人員對這種型式的密封已經掌握得很好了。
通常旋轉接頭的使用壽命不僅單獨取決于端面和球面的磨損,而且還決定于所用橡膠和塑料材料的老化性能。在密封50℃的乙醇胺時,P1=5.8bar和v9=5.4m/s,O形圈大約在運行40,000h之后變脆,而在這段時間里碳環的磨損量只有0.35mm。
接觸壓力、摩擦系數、滑動速度和溫度的任何程度的增高以及斷續工況都會降低使用壽命。除了粘附磨損外,還有磨料磨損、腐蝕磨損和沖刷磨損以及振動、溫度和材料等因素疊加在一起影響旋轉接頭的壽命。所以說旋轉接頭的使用壽命的數據總是不大可靠。這就是說,旋轉接頭預計壽命的置信概率很低。近幾年來通過大量實驗用不同理論,從不同角度來預測磨損壽命。
不論是對于多相和多晶材料(多晶金屬、合金和聚合物),還是對結構上完善的單晶體,已經查明,破壞過程的活化能大小,對于金屬接近升華能,而對于聚合物則接近熱破壞過程的活化能(在單軸拉伸試驗中)。
六十年代在美國國際商用機器公司(IBM)的實驗室里,一批科學家在Bayer的領導下,擬定了設計機械零件時預測磨損的方法。他們把磨損分為零磨損和可側磨損兩類。如果磨損量不超過表面粗糙度的高度,這就是零磨損,否則就是可測磨損。
在某些情況下,應按載荷來預測磨損。因此IBM法的作者求得了可測磨損情況下的最大允許載荷與給定使用期限內的允許磨損量的對應關系。
除了材料的腐蝕及機械破損外,壽命取決于密封面的最終磨損狀態。大多數情況下摩擦副中軟材料都用石墨,所以石墨環的極限磨損量將決定旋轉接頭的壽命。普通的機械密封設計規定石墨環的磨損量為小于0.1um/h。因此若取石墨環端面高度為2.5mm時,連續運轉可使用2~8a。日本JIS標準中規定機械密封的壽命“最低使用一年,但在苛刻的條件以及使用頻率、開動率高的場合不在此限。”我國對旋轉接頭機械密封壽命也做了嚴格要求,最低適用壽命不得低于一年,苛刻公工況下不在此限制內。
前面已對磨損的影響因素作了較全面的分析,它是一個復雜不可逆的過程。選擇選擇接頭壽命的計算必須以可靠的磨損資料為依據,而可靠的磨損資料來源于大量的試驗及實際使用信息反饋。生產實踐經驗表面,目前國產旋轉接頭(流體壓力低于20kgf/cm2,滑動速度低于10m/s)平均使用壽命1.5~5a,有的可達10a之久。在有些使用的場合,使用壽命只有0.5~1a的時間,已被看作是很好的數值了。
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