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雖然在許多應用中氣動氣缸通常是線性驅動的選項，但SMC氣缸設計的所有部分必須平衡并協(xié)同工作，以實現(xiàn)高效可靠的功能。依賴于良好設計的更關鍵的組件之一是密封系統(tǒng)。為了實現(xiàn)必要的密封系統(tǒng)有效性，多個工程學科需要共同努力，為每個應用達到正確的平衡。一個好的開始是仔細研究線性執(zhí)行器的輸出。

良好的線性執(zhí)行器設計包括許多性能指標。過去的做法是明確定義的，用于識別諸如負載能力、行程長度、位置精度和氣缸壽命等變量。今天的技術驅動選擇范圍更廣，隨后在設計過程中需要管理的變量也更多。應用參數(shù)現(xiàn)在通常包括以下特性：
? 加速和減速要求
? 線性執(zhí)行器負載的振動 ? 線性執(zhí)行器
周圍環(huán)境變量的影響，例如熱效應、污染、噪聲和硬件增長或變形
? 線性執(zhí)行器維修和再利用
? 報廢處置要求
? 初始和維持系統(tǒng)成本

為了實現(xiàn)高效可靠的功能，SMC氣缸依賴于精心設計的密封系統(tǒng)。為了實現(xiàn)必要的密封系統(tǒng)有效性，多個工程學科必須共同努力以達到應用的正確平衡。

所有這些因素都需要檢查所有組件，以確保系統(tǒng)運行所需的平衡。要了解如何實現(xiàn)這種平衡，讓我們看看密封系統(tǒng)在氣缸功能中的作用。

密封系統(tǒng)
密封系統(tǒng)是SMC氣缸設計的關鍵要素。其所有性能測量可歸為以下四個方面之一：
1. 內部流體過度泄漏或外部流體泄漏
2. 摩擦水平超出所需規(guī)格
3. 總系統(tǒng)成本超過水平
4. 密封系統(tǒng)的工作壽命太短，這可能是由于上述任何一個或多個因素在不到所需的時間范圍內超出可接受的范圍。

這些領域相互依賴，通常需要仔細檢查和平衡。良好的系統(tǒng)設計需要權衡，其中一個領域的改進通常意味著犧牲其他三個領域中的一個或多個。

密封系統(tǒng)的故障通常會掩蓋或隱藏更大的系統(tǒng)問題，因為密封往往是氣缸中發(fā)生故障的區(qū)域之一。密封功能涉及一些基本的關鍵要素——密封材料、密封面以及內部和外部流體。
密封件的基本原理是：
? 利用密封材料的位置與配合面形成必要的間隙，以減少內部流體向外流動和外部流體向內流動。
? 將間隙保持在足夠低的水平，以適當?shù)乇３至黧w分離并產(chǎn)生所需的壓差。

在許多情況下，密封設計包括通過彈性材料、彈簧和其他加載元件的干涉和壓縮而施加在密封材料上的初始應力。
將密封材料定位為緊密間隙可控制泄漏，同時使用使用可用能源（如系統(tǒng)流體壓力、熱效應和運動）的設計有助于加載密封材料。

環(huán)境因素如何影響有效性
對于有效密封所需的間隙，重要的是要考慮許多影響基本密封功能的環(huán)境變量。其中一些環(huán)境因素包括：
? 流體流量和壓力分布
? 熱變化
? 介質變化
? 硬件運動
? 裝配過程
? 時間

所有上述因素最終都會影響所需的氣缸性能所需的間隙，尤其是在內部和外部流體之間存在顯著壓差的情況下。

密封系統(tǒng)性能的衡量主要有四個方面：泄漏、摩擦、壽命和系統(tǒng)成本。在與其他工程學科合作以優(yōu)化密封系統(tǒng)時，還需要調整三個主要方面：材料、幾何形狀和工藝。

為了更好地了解在設計過程中如何選擇材料、幾何形狀和工藝，概述所涉及的環(huán)境因素的影響是有幫助的。請注意，這些因素不是獨立的，每個因素之間都有許多不同的依賴關系。

流體流量和壓力分布
密封中涉及的流體影響最終系統(tǒng)設計。在使用不同的內部流體來控制外部流體的進入來設計不同壓力的氣缸時，可能會出現(xiàn)幾種現(xiàn)象：
? 密封材料會發(fā)生化學降解（膨脹、硬化、開裂等）。
? 異物或流體會滲入密封件
? 泄漏可能通過配合表面的微觀結構發(fā)生

其他行為與所涉及氣體的壓力速率和路徑有關。一些例子包括：
? 爆炸性減壓，這是由于壓力的快速釋放和隨后滲透氣體從密封材料逸出時撕裂而引起的材料開裂和起泡
? 高壓或壓力尖峰加速密封材料的擠壓
? 流體噴射對材料的侵蝕
? 定向密封性能取決于密封系統(tǒng)是從一側加壓還是從兩側加壓

熱變化
因為密封件是控制間隙以實現(xiàn)良好流體流動控制的接觸元件，所以它們會受到與
密封材料與配合表面的任何動態(tài)接觸產(chǎn)生的摩擦熱相關的溫度自然升高的影響。這種摩擦加熱與其他環(huán)境變化（如外部溫度、流體溫度和配合表面熱流）相結合，共同影響保持有效密封所需的必要間隙水平。以下是一些與熱變化相關的常見行為：
? 密封材料和配合表面材料的軟化或硬化，這會影響密封材料滲入配合表面的深度，并最終影響摩擦、磨損和泄漏控制
? 影響密封位置的密封件附近軸承材料的軟化或硬化
? 加速化學降解
? 由于熱收縮或膨脹而導致部件生長或收縮

材料變化
如前所述，流體成分和由此產(chǎn)生的密封材料的化學降解改變了基本密封過程中的所有四個關鍵要素。汽缸運行過程中引入的其他因素涉及這些材料中的一種或多種，??包括：
? 密封材料或配合表面的磨損或腐蝕
? 內部或外部流體受到污染 ? 內部或外部流體
的潤滑質量下降

硬件運動
移動受壓部件的動態(tài)總是會影響密封間隙。一些影響密封功能的硬件運動包括：
? 偏移、側向加載、角度錯位或翹起
? 過度的公差疊加
? 膨脹，這是硬件在壓力下的增長
? 振動或抖動，這是短行程的高頻循環(huán)

組裝過程
正確組裝可確保密封系統(tǒng)在狀態(tài)下開始使用。一些涉及組裝的常見問題包括：
? 適當?shù)挠布O計（半徑、倒角、去除毛刺等）以實現(xiàn)良好的安裝
? 使用集成的活塞/磨損環(huán)組件、桿盒和其他易于組裝的設計
? 使用心軸、裝載錐體和其他便于手動或自動組裝的工具

時間
所有系統(tǒng)都會隨著時間而變化，因此基于時間的活動會影響密封系統(tǒng)性能也就不足為奇了。與時間相關的因素的一些示例包括：
? 材料的蠕變、應力松弛、壓縮變形、分解或化學降解
? 磨損引起的硬件動態(tài)變化增加
? 疲勞、應力軟化和其他與占空比相關的現(xiàn)象
? 各種特殊事件，例如存儲或長期保持和定位操作
這些因素往往被忽視，因此所有各方了解工作周期的各個步驟和所涉及的時間是一個很好的做法。

解決環(huán)境因素的技巧
因為密封件的基本功能受一系列環(huán)境因素的影響，所以設計團隊必須進行溝通以確保可測量值的適當平衡。以下過程將實現(xiàn)該目標：
? 確定參與SMC氣缸組件設計的所有相關方
? 解決泄漏、摩擦、系統(tǒng)成本和壽命問題，并確保所有相關方都知道如何計算這些措施
? 確定各種設計選項并確定設計、測試和驗證領域的。一些示例包括：3D 裝配、過程映射、有限元分析 (FEA)、表面光潔度分析、材料測試、產(chǎn)品驗證、故障模式影響分析 (FMEA)

這種方法允許穩(wěn)健、快速的設計過程。有效的SMC氣缸功能需要適當?shù)拿芊庀到y(tǒng)功能，這需要仔細檢查基本密封功能，以便結合其他氣缸工程功能檢查所有環(huán)境因素。

仔細研究設計一系列新的氣動密封系統(tǒng)

特瑞堡密封系統(tǒng)一直在與客戶合作開發(fā)新的氣動密封系統(tǒng)系列。市場需求表明需要更堅固、更長壽命和更具成本效益的氣動氣缸密封系統(tǒng)。收集市場數(shù)據(jù)后，結果證明氣缸性能的價值是在以下環(huán)境中運行良好的密封系統(tǒng)：
? 在啟動時潤滑最少的無油壓縮空氣中
? 100 psi 的壓縮空氣條件，230 psi壓力
? 100 fpm 的工作速度范圍，短期偏移可達 400 fpm
? 低摩擦，在操作過程中無粘滑
? 4000 英里的使用壽命
為實現(xiàn)這種平衡，設計團隊解決了
同時進行材料、設計和工藝改進。結果集中在三個領域：
? 開發(fā)合適的 Zurcon® 聚氨酯材料，提供優(yōu)異的耐磨性和適當?shù)膹姸?、化學相容性和摩擦特性，以實現(xiàn)長壽命、出色的密封、低摩擦和適當?shù)目傁到y(tǒng)成本。
? 開發(fā)適當?shù)膸缀涡螤?，在密封唇處具有圓形接觸區(qū)域以保持潤滑脂膜、較小的唇部厚度以降低徑向力和摩擦力、允許適當?shù)膲毫せ畹目諝馔ǖ酪约巴ㄟ^使用低硬度 Zurcon 材料提供的其他功能。FEA 和產(chǎn)品測試驗證并確認了這些功能的性能。
? 開發(fā)和驗證注塑成型工藝的使用，以限制成本并提供所需的材料特性。

進行了測試以確保在泄漏、摩擦、系統(tǒng)成本和可測量的壽命之間達到適當?shù)钠胶?。右圖顯示
了為確定過程中活塞桿密封件泄漏而進行的耐久性測試，以查看與 29 psi 和 145 psi 下的泄漏相關的趨勢。其他驗證測試包括破裂摩擦、低溫性能、高壓測試和爆破壓力測試。