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雖然在許多應(yīng)用中氣動(dòng)氣缸通常是線性驅(qū)動(dòng)的選項(xiàng)，但SMC氣缸設(shè)計(jì)的所有部分必須平衡并協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)高效可靠的功能。依賴(lài)于良好設(shè)計(jì)的更關(guān)鍵的組件之一是密封系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)必要的密封系統(tǒng)有效性，多個(gè)工程學(xué)科需要共同努力，為每個(gè)應(yīng)用達(dá)到正確的平衡。一個(gè)好的開(kāi)始是仔細(xì)研究線性執(zhí)行器的輸出。

良好的線性執(zhí)行器設(shè)計(jì)包括許多性能指標(biāo)。過(guò)去的做法是明確定義的，用于識(shí)別諸如負(fù)載能力、行程長(zhǎng)度、位置精度和氣缸壽命等變量。今天的技術(shù)驅(qū)動(dòng)選擇范圍更廣，隨后在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要管理的變量也更多。應(yīng)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(fù)載的振動(dòng) ? 線性執(zhí)行器
周?chē)h(huán)境變量的影響，例如熱效應(yīng)、污染、噪聲和硬件增長(zhǎng)或變形
? 線性執(zhí)行器維修和再利用
? 報(bào)廢處置要求
? 初始和維持系統(tǒng)成本

為了實(shí)現(xiàn)高效可靠的功能，SMC氣缸依賴(lài)于精心設(shè)計(jì)的密封系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)必要的密封系統(tǒng)有效性，多個(gè)工程學(xué)科必須共同努力以達(dá)到應(yīng)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(yùn)行所需的平衡。要了解如何實(shí)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(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。其所有性能測(cè)量可歸為以下四個(gè)方面之一：
1. 內(nèi)部流體過(guò)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(guò)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(gè)或多個(gè)因素在不到所需的時(shí)間范圍內(nèi)超出可接受的范圍。

這些領(lǐng)域相互依賴(lài)，通常需要仔細(xì)檢查和平衡。良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要權(quán)衡，其中一個(gè)領(lǐng)域的改進(jìn)通常意味著犧牲其他三個(gè)領(lǐng)域中的一個(gè)或多個(gè)。

密封系統(tǒng)的故障通常會(huì)掩蓋或隱藏更大的系統(tǒng)問(wèn)題，因?yàn)槊芊馔菤飧字邪l(fā)生故障的區(qū)域之一。密封功能涉及一些基本的關(guān)鍵要素——密封材料、密封面以及內(nèi)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(nèi)部流體向外流動(dòng)和外部流體向內(nèi)流動(dòng)。
? 將間隙保持在足夠低的水平，以適當(dāng)?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(shè)計(jì)包括通過(guò)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(yīng)力。
將密封材料定位為緊密間隙可控制泄漏，同時(shí)使用使用可用能源（如系統(tǒng)流體壓力、熱效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)）的設(shè)計(jì)有助于加載密封材料。

環(huán)境因素如何影響有效性
對(duì)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(zhì)變化
? 硬件運(yùn)動(dòng)
? 裝配過(guò)程
? 時(shí)間

所有上述因素最終都會(huì)影響所需的氣缸性能所需的間隙，尤其是在內(nèi)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(gè)方面：泄漏、摩擦、壽命和系統(tǒng)成本。在與其他工程學(xué)科合作以?xún)?yōu)化密封系統(tǒng)時(shí)，還需要調(diào)整三個(gè)主要方面：材料、幾何形狀和工藝。

為了更好地了解在設(shè)計(jì)過(guò)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(qǐng)注意，這些因素不是獨(dú)立的，每個(gè)因素之間都有許多不同的依賴(lài)關(guān)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(shè)計(jì)。在使用不同的內(nèi)部流體來(lái)控制外部流體的進(jìn)入來(lái)設(shè)計(jì)不同壓力的氣缸時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)象：
? 密封材料會(huì)發(fā)生化學(xué)降解（膨脹、硬化、開(kāi)裂等）。
? 異物或流體會(huì)滲入密封件
? 泄漏可能通過(guò)配合表面的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生

其他行為與所涉及氣體的壓力速率和路徑有關(guān)。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(shí)撕裂而引起的材料開(kāi)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(duì)材料的侵蝕
? 定向密封性能取決于密封系統(tǒng)是從一側(cè)加壓還是從兩側(cè)加壓

熱變化
因?yàn)槊芊饧强刂崎g隙以實(shí)現(xiàn)良好流體流動(dòng)控制的接觸元件，所以它們會(huì)受到與
密封材料與配合表面的任何動(dòng)態(tài)接觸產(chǎn)生的摩擦熱相關(guān)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(jié)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(guān)的常見(jiàn)行為：
? 密封材料和配合表面材料的軟化或硬化，這會(huì)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(xué)降解
? 由于熱收縮或膨脹而導(dǎo)致部件生長(zhǎng)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(xué)降解改變了基本密封過(guò)程中的所有四個(gè)關(guān)鍵要素。汽缸運(yùn)行過(guò)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(nèi)部或外部流體受到污染 ? 內(nèi)部或外部流體
的潤(rùn)滑質(zhì)量下降

硬件運(yùn)動(dòng)
移動(dòng)受壓部件的動(dòng)態(tài)總是會(huì)影響密封間隙。一些影響密封功能的硬件運(yùn)動(dòng)包括：
? 偏移、側(cè)向加載、角度錯(cuò)位或翹起
? 過(guò)度的公差疊加
? 膨脹，這是硬件在壓力下的增長(zhǎng)
? 振動(dòng)或抖動(dòng)，這是短行程的高頻循環(huán)

組裝過(guò)程
正確組裝可確保密封系統(tǒng)在狀態(tài)下開(kāi)始使用。一些涉及組裝的常見(jiàn)問(wèn)題包括：
? 適當(dāng)?shù)挠布O(shè)計(jì)（半徑、倒角、去除毛刺等）以實(shí)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(shè)計(jì)
? 使用心軸、裝載錐體和其他便于手動(dòng)或自動(dòng)組裝的工具

時(shí)間
所有系統(tǒng)都會(huì)隨著時(shí)間而變化，因此基于時(shí)間的活動(dòng)會(huì)影響密封系統(tǒng)性能也就不足為奇了。與時(shí)間相關(guān)的因素的一些示例包括：
? 材料的蠕變、應(yīng)力松弛、壓縮變形、分解或化學(xué)降解
? 磨損引起的硬件動(dòng)態(tài)變化增加
? 疲勞、應(yīng)力軟化和其他與占空比相關(guān)的現(xiàn)象
? 各種特殊事件，例如存儲(chǔ)或長(zhǎng)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(gè)步驟和所涉及的時(shí)間是一個(gè)很好的做法。

解決環(huán)境因素的技巧
因?yàn)槊芊饧幕竟δ苁芤幌盗协h(huán)境因素的影響，所以設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須進(jìn)行溝通以確?？蓽y(cè)量值的適當(dāng)平衡。以下過(guò)程將實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)：
? 確定參與SMC氣缸組件設(shè)計(jì)的所有相關(guān)方
? 解決泄漏、摩擦、系統(tǒng)成本和壽命問(wèn)題，并確保所有相關(guān)方都知道如何計(jì)算這些措施
? 確定各種設(shè)計(jì)選項(xiàng)并確定設(shè)計(jì)、測(cè)試和驗(yàn)證領(lǐng)域的。一些示例包括：3D 裝配、過(guò)程映射、有限元分析 (FEA)、表面光潔度分析、材料測(cè)試、產(chǎn)品驗(yàn)證、故障模式影響分析 (FMEA)

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

仔細(xì)研究設(shè)計(jì)一系列新的氣動(dòng)密封系統(tǒng)

特瑞堡密封系統(tǒng)一直在與客戶(hù)合作開(kāi)發(fā)新的氣動(dòng)密封系統(tǒng)系列。市場(chǎng)需求表明需要更堅(jiān)固、更長(zhǎng)壽命和更具成本效益的氣動(dòng)氣缸密封系統(tǒng)。收集市場(chǎng)數(shù)據(jù)后，結(jié)果證明氣缸性能的價(jià)值是在以下環(huán)境中運(yùn)行良好的密封系統(tǒng)：
? 在啟動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑最少的無(wú)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(dá) 400 fpm
? 低摩擦，在操作過(guò)程中無(wú)粘滑
? 4000 英里的使用壽命
為實(shí)現(xiàn)這種平衡，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)解決了
同時(shí)進(jìn)行材料、設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)。結(jié)果集中在三個(gè)領(lǐng)域：
? 開(kāi)發(fā)合適的 Zurcon® 聚氨酯材料，提供優(yōu)異的耐磨性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、化學(xué)相容性和摩擦特性，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命、出色的密封、低摩擦和適當(dāng)?shù)目傁到y(tǒng)成本。
? 開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)膸缀涡螤睿诿芊獯教幘哂袌A形接觸區(qū)域以保持潤(rùn)滑脂膜、較小的唇部厚度以降低徑向力和摩擦力、允許適當(dāng)?shù)膲毫せ畹目諝馔ǖ酪约巴ㄟ^(guò)使用低硬度 Zurcon 材料提供的其他功能。FEA 和產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證并確認(rèn)了這些功能的性能。
? 開(kāi)發(fā)和驗(yàn)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(jìn)行了測(cè)試以確保在泄漏、摩擦、系統(tǒng)成本和可測(cè)量的壽命之間達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶?。右圖顯示
了為確定過(guò)程中活塞桿密封件泄漏而進(jìn)行的耐久性測(cè)試，以查看與 29 psi 和 145 psi 下的泄漏相關(guān)的趨勢(shì)。其他驗(yàn)證測(cè)試包括破裂摩擦、低溫性能、高壓測(cè)試和爆破壓力測(cè)試。