集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的開發(fā)應(yīng)用
2018-1-8 來源：廣西玉柴機(jī)器股份有限公司 作者：陳 隆
【摘要】: 旋轉(zhuǎn)場合應(yīng)用的油缸為了保證旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)而采用的密封方式一般為間隙密封方式，間隙密封是一種最簡單而應(yīng)用廣泛的密封方法。它依靠相對運(yùn)動(dòng)零件配合面間的微小間隙來防止泄漏。由于配合面存在微小間隙，所以需要達(dá)到防止泄漏，也是技術(shù)難點(diǎn)之一。本文從在壓力場合下，利用的間隙密封技術(shù)結(jié)合聚四氟乙烯密封材料密封案例應(yīng)用于精密的控制場合，開發(fā)出集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸應(yīng)用。突破了多方面的技術(shù)瓶頸，具有典型的借鑒意義。
【 關(guān)鍵詞】: 間隙密封技術(shù); 集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸; 聚四氟乙烯; 熱效應(yīng)
1.引言
間隙密封是一種最簡單而應(yīng)用廣泛的密封方法。其優(yōu)點(diǎn)為，具有自潤滑特性、無需密封件，不易磨損等特點(diǎn)。但是間隙密封難以完全消除泄漏，零件加工精度要求高，應(yīng)用的場合也受到很大的限制，主要利用在液壓閥組方面居多，但在一些壓力較高、高端精密的場合很少推廣利用間密封的技術(shù)案例。本文從生產(chǎn)現(xiàn)場珩磨設(shè)備應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸存在設(shè)計(jì)缺陷方面進(jìn)行分析探索，結(jié)合了間隙密封技術(shù)與聚四氟乙烯密封材料在旋轉(zhuǎn)壓力場合進(jìn)行密封的典型案例，具有推廣價(jià)值。
2.原設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸缺陷分析
我們使用的珩磨設(shè)備為珩磨柴油機(jī)氣缸體缸套底孔的精密設(shè)備。由于原設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸存在設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致珩磨加工氣缸體缸套底孔時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生表面粗糙度、圓柱度或圓度超差，主要缺陷主要從以下幾方面進(jìn)行分析。
2.1 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的分體結(jié)構(gòu)分析
旋轉(zhuǎn)漲刀油缸為分體結(jié)構(gòu)，液壓控制腔及壓縮氣體通道腔獨(dú)立設(shè)計(jì)，如圖1 所示。其內(nèi)部分體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)分為三層，由里向外分別是旋轉(zhuǎn)芯軸、芯軸浮動(dòng)軸套、旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套。芯軸浮動(dòng)軸套通過銷釘浮動(dòng)固定在芯軸安裝套上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)芯軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，芯軸浮動(dòng)軸套可以在徑向圓周上產(chǎn)生一定的微量移動(dòng)。芯軸浮動(dòng)軸套與芯軸安裝套為非旋轉(zhuǎn)件，旋轉(zhuǎn)芯軸為旋轉(zhuǎn)件。氣體介質(zhì)進(jìn)入珩磨頭的旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)密封采用橡膠O 型密封件密封，密封件安裝在旋轉(zhuǎn)芯軸上，并作用于相對股固定且有一定微量浮動(dòng)的軸套孔密封，為孔用動(dòng)密封。致使O 型密封件與密封軸套均是易損件，磨損形式為接觸磨損。
分體式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸，在結(jié)構(gòu)上零件數(shù)量多，各零件的配合精度要求非常高，維修過程若頻繁更換密封件后，精度難以保證。另一方面較多零件的結(jié)構(gòu)和浮動(dòng)的轉(zhuǎn)芯軸軸套，在油缸旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)時(shí)，振動(dòng)較大，這些振動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)移到珩磨頭，不僅導(dǎo)致珩磨機(jī)體缸孔的粗糙度下降，對體缸孔的圓柱度和圓度精度影響也非常大，經(jīng)常出現(xiàn)缸孔錐度和橢圓而精度超差。珩磨氣缸體缸孔采用的是缸孔自動(dòng)導(dǎo)向珩磨工藝，若旋轉(zhuǎn)油缸振動(dòng)越大，對珩磨頭的外圓精度尺寸導(dǎo)向性要求也非常高。在我們的生產(chǎn)實(shí)踐中，也經(jīng)常出現(xiàn)從廠家磨回來的珩磨頭能磨得出合格產(chǎn)品的只有30% 左右，無形中影響了生產(chǎn)和增加操作者的工作量，還產(chǎn)生了磨削成本的過度浪費(fèi)。
2.2 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸內(nèi)置漲刀功能分析
原設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸具有漲刀功能，使用液壓控制漲刀。漲刀機(jī)構(gòu)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的旋轉(zhuǎn)芯軸內(nèi)，液壓油進(jìn)入旋轉(zhuǎn)芯軸上的漲刀機(jī)構(gòu)（漲刀活塞）也一樣存在上述的旋轉(zhuǎn)體與非旋轉(zhuǎn)體的密封結(jié)構(gòu)，也是采用丁腈橡膠O 型密封件密封，與壓縮空氣結(jié)構(gòu)一樣，密封件安裝在旋轉(zhuǎn)芯軸上，并作用于相對固定且有一定微量浮動(dòng)的軸套孔密封，為孔用動(dòng)密封，同樣磨損形式為接觸磨損。
2.3 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的密封材料性能分析
原設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的分體結(jié)構(gòu)及漲刀功能結(jié)構(gòu)中，均采用了丁腈橡膠O 型密封件密封。丁腈橡膠（NBR）O 型密封圈密封，是丁二烯和丙烯腈共聚合成橡膠。丁腈橡膠的動(dòng)靜摩擦系數(shù)1.5μ，摩擦系數(shù)和磨損均隨載荷的增加而降低。在較低載荷時(shí)，丁腈橡肢表現(xiàn)為滯后摩擦; 在較高載荷時(shí)，表現(xiàn)為粘著摩擦。干摩擦條件下，丁腈橡膠的摩擦系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的增加先減少再增加，主要磨損機(jī)理為粘著磨損; 原油潤滑條件下丁腈橡膠的摩擦系數(shù)是隨轉(zhuǎn)速的增加先增加后減少而后又增加，主要磨損機(jī)理為濕磨粒磨損。同時(shí)原油介質(zhì)的腐蝕性及溶脹作用對橡膠摩擦磨損規(guī)律具有直接影響。另外，由于工作中存在摩擦，溫度影響也非常大。丁腈橡膠溫度適用范圍-30℃ ~100℃，工作壓力＜ 800N/cm2 ，隨著溫度的升高耐壓強(qiáng)度降低非常明顯，如100℃，工作耐壓＜ 392N/cm2。丁腈橡膠的線膨脹系數(shù)為5.7~7.9×10-4 ℃ -1，膨脹系數(shù)較大，對溫度的影響相對較大。也就是說，在工作中密封件受溫度升高的影響而膨脹，磨損有急劇上升的趨勢。對于丁腈橡膠O 型密封圈的優(yōu)點(diǎn)為耐油性好，但用于旋轉(zhuǎn)及壓力的密封場合，是避開此類密封件的優(yōu)點(diǎn)利用，是設(shè)計(jì)上的一大失誤。
2.4 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸維護(hù)維修現(xiàn)狀及對質(zhì)量影響
由于壓縮空氣密封通道與液壓油密封通道使用O 型密封件密封，在壓力旋轉(zhuǎn)的交變載荷場合下，O 型密封件極易磨損。O 型密封件需要每周更換1 次，占用生產(chǎn)時(shí)間1.5 小時(shí); 而相對固定且有一定浮動(dòng)的軸套，6 個(gè)月更換1 次， 占用生產(chǎn)時(shí)間4 小時(shí)。加工缸孔的珩磨頭出現(xiàn)精度異常，1 個(gè)月更換珩磨頭1 次，更換加調(diào)整時(shí)間需要8小時(shí)左右。
由于旋轉(zhuǎn)漲刀油缸存在漏油、漏氣的不穩(wěn)定性，珩磨氣缸體缸孔時(shí)存在很大的質(zhì)量隱患，操作人員珩磨氣缸體每個(gè)缸孔均需要進(jìn)行檢測缸孔的圓柱度和圓度，不能按一定頻次的抽檢方式進(jìn)行，大大約束了生產(chǎn)的正常發(fā)揮。操作人員稍有不慎，容易就出現(xiàn)廢品，工作強(qiáng)度及壓力極大。
3.旋轉(zhuǎn)漲刀油缸設(shè)計(jì)開發(fā)方向
針對原旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的結(jié)構(gòu)及密封缺陷，在開發(fā)設(shè)計(jì)中必須避開上述缺陷。主要從三方面進(jìn)行開發(fā)探索，一方面擬采用集成結(jié)構(gòu)方式，另一方面擬采用新型密封材料密封，第三方面為漲刀油缸采用間隙密封設(shè)計(jì)。
3.1 集成結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)漲刀油缸從減少零件及降振方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)
上述分析到，原分體式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸振動(dòng)較大，這些振動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)移到珩磨氣缸體缸孔的表面，造成表面質(zhì)量粗糙度大。為了減少振動(dòng)，通過從減少零件的數(shù)量來消除多零件間的裝配間隙及裝配誤差，進(jìn)一步降低由于這些誤差在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動(dòng)，從而減少振動(dòng)源的產(chǎn)生。優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵核心技術(shù)在于具有一定壓力的液壓油和壓縮空氣集成于一個(gè)結(jié)構(gòu)控制腔中。其密封要求需要解決高壓液壓油和低壓壓縮空氣不同介質(zhì)的密封和壓力不平衡的異類介質(zhì)結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的內(nèi)泄漏技術(shù)難題。旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的改造關(guān)鍵核心技術(shù)主要是集成與減振，具體為:
3.1.1 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的集成設(shè)計(jì)
取消芯軸浮動(dòng)軸套設(shè)計(jì)，放棄原旋轉(zhuǎn)油缸的三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)改進(jìn)為雙層結(jié)構(gòu): 旋轉(zhuǎn)芯軸和旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套，旋轉(zhuǎn)芯軸通過兩個(gè)軸承安裝于旋轉(zhuǎn)芯軸安轉(zhuǎn)套內(nèi)，如圖2 所示。
集成設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)漲刀油缸工作時(shí)，只有旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套支承，旋轉(zhuǎn)芯軸旋轉(zhuǎn)，減少了油缸旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)產(chǎn)生源頭，防止振動(dòng)通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞，提高旋轉(zhuǎn)油缸的旋轉(zhuǎn)精度。
3.1.2 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的旋轉(zhuǎn)芯軸及其安裝套設(shè)計(jì)分析
由于轉(zhuǎn)軸密封面的線速度較高，所以表面粗糙度對密封效果和密封件的壽命影響較大。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表面，表面粗糙度Ra0.2~0.5μm 時(shí)，密封件的壽命為最佳。若轉(zhuǎn)軸密封表面有螺旋形加工痕跡時(shí)，便具有螺桿泵的作用，當(dāng)螺旋方向與軸的轉(zhuǎn)向一致時(shí)，（從軸伸出端看），就會(huì)泄漏，轉(zhuǎn)速愈高泄漏愈嚴(yán)重，因此要設(shè)法避免。所以設(shè)計(jì)時(shí)，我們把密封件設(shè)計(jì)安轉(zhuǎn)在旋轉(zhuǎn)芯軸上，如圖3 所示; 把摩擦面設(shè)計(jì)在旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套上，如圖4 所示。而旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套采用兩種材料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一種零件兩種材料的有效組合。安裝套主體材料采用45 鋼或40Cr，與密封件的密封接觸面采用表面鍍硬鉻材料，內(nèi)孔采用研磨技術(shù)研磨，達(dá)到粗糙度Ra0.4，進(jìn)一步減少油缸旋轉(zhuǎn)的密封件與安裝套的摩擦阻力。
3.2 集成結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)漲刀油缸密封設(shè)計(jì)分析
密封的技術(shù)關(guān)鍵是解決主要兩大方面的抽象難題: 一方面是設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)油缸中旋轉(zhuǎn)體與非旋轉(zhuǎn)體間的密封技術(shù)保障旋轉(zhuǎn)油缸的密封可靠性。另一方面是旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的振動(dòng)產(chǎn)生及傳遞問題，保障氣缸體缸孔珩磨的精度。
3.2.1 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的旋轉(zhuǎn)密封原理
旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的密封件可安裝于轉(zhuǎn)軸上或非轉(zhuǎn)軸的固定套上，如圖2 所示，密封件安裝槽設(shè)計(jì)在旋轉(zhuǎn)芯軸上。密封件其密封接觸部分與非旋轉(zhuǎn)件間為減少磨損及發(fā)熱，必須有一層薄薄的潤滑油膜。如果密封接觸部分與密封圓周的壓力過小，則油膜太厚容易泄漏。反之，若壓力過大，密封接觸部分會(huì)將油液全部擠出而不能形成油膜，則工作時(shí)摩擦熱增加，油封可能很快磨損及老化失效。因此，密封接觸部分的密封壓力要適度、均勻和持久。密封件與旋轉(zhuǎn)面接觸的密封接觸部分不宜過寬，以免發(fā)熱嚴(yán)重，因此標(biāo)準(zhǔn)密封件不能承受液體壓力的作用。故選用聚四氟乙烯材料的格萊圈密封。
3.2.2 擬采用新型密封材料聚四氟乙烯密封分析
聚四氟乙烯（PTFE）具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，耐腐蝕性極強(qiáng)，耐高低溫，是一種廣泛應(yīng)用的高性能工程塑料。利用PTFE 的粘彈阻尼和摩擦阻尼耗能，可以在苛刻條件下的機(jī)械結(jié)構(gòu)中作為減振元件應(yīng)用。所以聚四氟乙烯減振性能符合使用要求。
聚四氟乙烯材料的其它性能: 其摩擦系數(shù)為0.04μ，比丁腈橡膠小將近40 倍。聚四氟乙烯材料的摩擦系數(shù)隨著負(fù)荷的增加，在一定范圍內(nèi)，其摩擦系數(shù)將減小，通常四氟的靜摩擦系數(shù)f 和負(fù)荷之間存在f=0.178(w-0.5)) 的關(guān)系。如在高速高壓下，其摩擦系數(shù)可低于0.01μ，是一種非常優(yōu)越的自潤滑材料，而摩擦系數(shù)不隨溫度而變化。除此之外，聚四氟乙烯材料耐磨性高，除具有一定的吸振功能外，還具有細(xì)長纖維和節(jié)組成的膨體結(jié)構(gòu)，由一定的間隙補(bǔ)償功能。聚四氟乙烯材料溫度適用范圍廣-180℃ ~260℃間，其線膨脹系數(shù)在19℃突然上升為48×10-5/℃，在30℃又是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)為25×10-5/℃。膨脹系數(shù)相對丁腈橡膠也小得多，隨溫度的變化量如圖4所示:
3.2.3 聚四氟乙烯密封與結(jié)合體工作狀態(tài)膨脹分析
集成結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的旋轉(zhuǎn)芯軸還是旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套不管是45 鋼或40Cr，其材料膨脹系數(shù)非常接近，在20~100℃時(shí)約為12×10-6/℃，而作為密封件的聚四氟乙烯線膨脹系數(shù)20~48×10-5/℃，相差10 倍。也就是說，當(dāng)在同一溫度下聚四氟乙烯比45 鋼或40Cr 膨脹量大。所以在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)芯軸安裝密封件的溝槽時(shí)，應(yīng)結(jié)合兩種材料的膨脹特點(diǎn)留有有足夠的軸向膨脹空間，溝槽的軸向膨脹為0.2mm。為了保證在各種狀態(tài)下具有良好的密封性能，旋轉(zhuǎn)芯軸與旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套的配合間隙配合，間隙為0.03mm。
3.2.4 聚四氟乙烯密封線速度分析
溫度過高是密封件老化的主要原因，摩擦是熱的主要來源。密封表面線速度愈高發(fā)熱愈嚴(yán)重。因?yàn)椴牧系哪蜔嵝圆煌圆煌牧系姆饷婕试S的速度范圍也不同，選用材料時(shí)應(yīng)注意。如圖5 所示，為丁晴橡膠NBR、聚丙烯橡膠ACM 和聚四氟乙烯PTFE 密封件所允許的線速度范圍。從圖5 可知，四氟乙烯PTFE 密封件所允許的線速度較大，耐熱性好; 并且與旋轉(zhuǎn)體的軸徑有較大關(guān)系，旋轉(zhuǎn)體的軸徑越大，線速度越高。在設(shè)計(jì)中，可參考圖示的線速度范圍。如圖所示，當(dāng)密封的軸徑為65mm 時(shí)，若采用聚四氟乙烯PTFE 密封件，其允許線速度為16m/s。
3.3 集成結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)漲刀油缸漲刀油缸間隙密封設(shè)計(jì)
間隙密封是一種最簡單而應(yīng)用廣泛的密封方法。它依靠相對運(yùn)動(dòng)零件配合面間的微小間隙來防止泄漏。間隙密封的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，摩擦力小，耐用，但對零件的加工精度要求較高，且難以完全消除泄漏。在設(shè)計(jì)中為得到最佳的間隙配合，必須探討三個(gè)技術(shù)課題: 泄漏量、熱楔力及液壓卡緊。
3.3.1 間隙密封原理中配合間隙與泄漏阻力關(guān)系分析
采用間隙密封時(shí)，油缸活塞與缸筒的配合間隙與哪些條件相關(guān)聯(lián)，影響最大？首先，引入液體流過間隙時(shí)單位流量的壓力損失公式對其原理進(jìn)行分析，間隙密封原理簡圖如圖6 所示。
由上式中可知，泄漏阻力與配合間隙h 的三次方成反比，因此可用減小配合間隙的辦法來減少泄漏，這就是要求提高配合面的加工精度。故此，為保證較高的活塞與缸筒的配合間隙精度，我們利用研磨的手段來提高配合間隙精度。
3.3.2 配合間隙內(nèi)的熱效應(yīng)分析
在高溫及高壓下，油液的粘度將隨溫度和壓力發(fā)生較大的變化，為此應(yīng)考慮其影響。活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸筒固定，活塞移動(dòng)，在密封長度L 方向上形成剪切流，如圖7 所示。
以上系數(shù)公式中，α 為油液的體積膨脹系數(shù)，為油液每單位體積的定容比熱， 為油液的粘溫系數(shù)，隨油液不同而異（如表1 所示）， 為縫隙進(jìn)油口處油的動(dòng)力粘度。
因此，在設(shè)計(jì)集成結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)漲刀油缸漲刀油缸的活塞與缸筒的配合間隙時(shí)，結(jié)合前面所述的泄漏阻力與配合間隙h 的三次方成反比的特性，應(yīng)＞ 0.005mm 考慮，但又不宜過大。活塞組合件1 如圖8 所示，活塞的基本尺寸為φ40mm，上差為-0.005mm， 下差-0.010mm; 如圖9所示與活塞配合的缸筒基本尺寸為φ40mm，上差為+0.010mm， 下差+0.008mm; 公差大于0.005mm。同理，活塞組件2 與缸筒2 配合公差也大于0.005mm。
3.3.3 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸漲刀油缸的活塞與缸筒的液壓卡緊分析
間隙密封結(jié)構(gòu)中，當(dāng)活塞與缸筒間液流的徑向力不平衡，而使活塞偏心加大，最終使活塞壓向缸筒的內(nèi)側(cè)壁面，出現(xiàn)卡緊現(xiàn)象，稱為液壓卡緊，如圖10 所示。液壓卡緊發(fā)生條件:
1、活塞與缸筒存在偏心。
2、活塞與缸筒間的配合間隙有錐度。
3、在錐度縫隙中，沿液體流動(dòng)方向縫隙是逐漸擴(kuò)大的。
當(dāng)以上三個(gè)條件同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)液壓卡緊，或當(dāng)活塞有凸起部分時(shí)，也可能產(chǎn)生液壓卡緊。液壓卡緊力:
液壓卡緊力乘缸筒間的干摩擦系數(shù)μ 則得活塞移動(dòng)時(shí)的軸向摩擦阻力
從以上的分析可知，液壓卡緊的產(chǎn)生，對于零件的加工中產(chǎn)生的配合偏心、錐度等應(yīng)該避免。在實(shí)踐中應(yīng)該考慮間隙密封活塞兩端的壓力差。除此之外，液壓卡緊系數(shù)也息息相關(guān)。
3.3.4 旋轉(zhuǎn)漲刀油缸漲刀油缸活塞與缸筒間隙密封結(jié)構(gòu)采取消除液壓卡緊方法
針對上述分析，在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)漲刀油缸漲刀油缸時(shí)，為杜絕間隙密封中液壓卡緊的弊端，分別從以下各措施進(jìn)行改善。
1、提高各配合零件的加工精度和裝配精度，避免偏心。
2、目前，間隙密封在液壓閥組中應(yīng)用例子較多，普遍采用的辦法為開均壓槽。即在活塞臺(tái)肩上開平衡徑向力的均壓槽，示意圖如圖12 所示。圖示中，槽的位置盡可能的靠近高壓側(cè)，一般開兩條槽已見效，三槽以上效果不大，當(dāng)均壓槽開在臺(tái)肩1/4 處時(shí)，對減少液壓卡緊的效果為最佳。我們在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)漲刀油缸漲刀油缸的活塞組合件時(shí)，在其活塞位置設(shè)計(jì)均壓槽，即在高壓側(cè)（左側(cè)）離活塞臺(tái)肩的1/4（活塞總長為16mm，離高壓側(cè)4mm 處）開均壓槽設(shè)置，并開雙均壓槽設(shè)置，如圖13 所示。
3、油液中若含有不均勻高分子添加劑和其它雜質(zhì)均會(huì)使縫隙堵塞，卡緊現(xiàn)象更容易發(fā)生，為此應(yīng)注意保持液壓系統(tǒng)的油液清潔。
4.集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸設(shè)計(jì)開發(fā)效果
通過上述系統(tǒng)的分析，旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的開發(fā)應(yīng)從避免上述技術(shù)弊端進(jìn)行設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵技術(shù)突破了原旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的設(shè)計(jì)弊端，其技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)四大特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)、防振設(shè)計(jì)、耐磨設(shè)計(jì)和間隙密封設(shè)計(jì)，如圖14 所示。
4.1 集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
壓縮空氣與液壓油兩種介質(zhì)集中于旋轉(zhuǎn)芯軸與旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套的各密封腔，利用聚四氟乙烯密封圈密封，互不干擾傳輸，實(shí)現(xiàn)分體結(jié)構(gòu)到集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型。
4.2 防振設(shè)計(jì)
在減振方面，分體結(jié)構(gòu)的零部件具有分散性，產(chǎn)生振動(dòng)來源點(diǎn)多。集成結(jié)構(gòu)的零件大大減少，零件具有集中性，再有在配合上精度要求更高，部分動(dòng)態(tài)零件的配合使用研磨配合工藝，在運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，振動(dòng)自然就減弱。另一方面，使用聚四氟乙烯密封件代替原丁腈橡膠（NBR）O 型密封圈密封，摩擦阻力更小，且具有一定的吸振功能，進(jìn)一步控制了振動(dòng)源的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)防振設(shè)計(jì)。
4.3 耐磨設(shè)計(jì)
旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套采用兩種材料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一種零件兩種材料的有效組合。安裝套主體材料采用45 鋼或40Cr，與聚四氟乙烯密封件的密封接觸面采用表面鍍硬鉻材料，其內(nèi)孔采用研磨技術(shù)研磨，粗糙度Ra0.4，減少油缸旋轉(zhuǎn)的密封件與安裝套的摩擦阻力，提高耐磨的目的。另一方面，旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的旋轉(zhuǎn)芯軸設(shè)計(jì)精密軸承安裝于旋轉(zhuǎn)芯軸安裝套內(nèi)，并非是依靠密封件導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)，
是密封件能夠均勻磨損，提高使用壽命。
4.4 間隙密封設(shè)計(jì)
集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的旋轉(zhuǎn)芯軸，內(nèi)置的漲刀活塞采用雙級漲刀活塞設(shè)計(jì)，活塞設(shè)計(jì)為免裝密封件設(shè)計(jì)，只依靠活塞與其配合的缸筒精密間隙配合實(shí)現(xiàn)間隙密封設(shè)計(jì)。間隙密封技術(shù)分別從泄漏、熱楔力及液壓卡緊等方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析其弊端而進(jìn)行揚(yáng)長避短優(yōu)化設(shè)計(jì)。
集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸的開發(fā)設(shè)計(jì)，已經(jīng)成功運(yùn)用于我們公司的柴油機(jī)氣缸體缸孔珩磨機(jī)床上，解決了溫度變化和壓力變化的旋轉(zhuǎn)密封瓶頸。在質(zhì)量控制方面，由于集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸自振問題和檢測介質(zhì)壓縮空氣泄漏問題的解決，珩磨機(jī)體缸孔的質(zhì)量更加穩(wěn)定受控。
5.結(jié)束語
聚四氟乙烯密封材料在集成旋轉(zhuǎn)漲刀油缸開發(fā)設(shè)計(jì)中的成功利用，探索出了在旋轉(zhuǎn)交變載荷場合中，如何達(dá)到減振及耐磨功效典型案例，具有很好的推廣價(jià)值。
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