October 30, 2007 © SKF Group Slide 0

Systém uložení se neskládá pouze z ložiska, obsahuje i další části : Proč těsnění ? Systém uložení se neskládá pouze z ložiska, obsahuje i další části : a) těsnění b) mazivo c) hřídel d) ložisko Těsnění hraje důležitou roli při zadržování maziva a odpuzování nečistot a výrazně se tak podílí na celkové životnosti ložiska. October 30, 2007 © SKF Group Slide 1

Terminologie Strana vzduchu Strana oleje Vnější povrch/Vnější průměr Kryt/Pouzdro Čelní zaoblení Zadní zaoblení Čelní plocha Zadní čelo Pružná část/závěs Šroubová pružina Pata Strana oleje Strana vzduchu Nákružek pro zajištění pružiny Zadní čelo břitu Drážka pro pružinu Těsnící hrana Přední čelo břitu Relativní poloha pružiny Břit Zadní strana Čelní strana Pouzdro/Výztuha Zadní strana pomocného břitu Pomocný břit/Přídavný břit (prachovka) Přední strana pomocného břitu Břit/Hlavní těsnící břit October 30, 2007 © SKF Group Slide 2

Systém uložení s těsněním Pamatujte… Systém uložení s těsněním je víc než jen těsnění Prostředí Těleso Těsnění Mazivo October 30, 2007 © SKF Group Slide 3

Hlavní funkce těsnění Čtyři hlavní funkce hřídelových těsnicích kroužků Zadržuje mazací médium Těsní proti znečišťujícím látkám Odděluje dvě různá média Odolává tlaku Poznámka: Hlavní těsnící břit vždycky čelí jeho hlavní funkci. October 30, 2007 © SKF Group Slide 4

Mazací médium v místě styku břitu a hřídele Šroubová pružina Hlavní těsnící břit Olejový film STRANA VZDUCHU OLEJ Kontaktní šířka břitu Jak je vytvořen a udržován olejový film. Olej je transportován směrem ke straně vzduchu kapilárními síly přes mikroskopickými nerovnoměrnostmi povrchu hřídele. Kapilární síly transportují oleje pryč ze strany oleje směrem ke straně vzduchu. Jak můžeme vidět, je velmi důležité, že šroubová pružina, deformace břitu, natažení těsnícího břitu a relativní poloha šroubové pružiny způsobí rozložení radiální síly v kontaktní oblasti. Od strany oleje by měl tlak narůstat velmi rychle a dosáhnout vrcholu blíže ke straně oleje a potom mírně klesat. Když se otáčí hřídel, rozložení síly a přidružené třední formuje mikroskopické čerpání na povrchu těsnícího břitu známého jako mikroskopická drsnost. Tyto drsnosti se objevují v určitém vzoru podle rozležení radiální síly a způsobuje hydrodynamický pumpovací efekt, tedy transport oleje směrem ke straně oleje. Jestliže je všechno jak má být, jsou oba jevy v rovnováze a olejový film je udržován. Rovnováha je charakterizována silným a stabilním meniskusem, který je na rozhraní olej-vzduch. This is how the oil film is formed and maintained. Oil is transported towards the air side by capillary forces via the microscopic irregularities of the shaft surface. The capillary force transports the oil away from the lubrication side towards the environment side. As we shall see, it’s very important that the spring, the lip deflection, the sealing edge stretch and relative spring position cause a certain radial load distribution over the contact area. Starting form the oil side, the pressure should rise rapidly and reach its peak close to the oil side, and then fall moderately. When the shaft rotates the radial force distribution and the associated friction forms microscopic vanes on the surface of the sealing edge, known as microasperities. These asperities appear in a certain pattern according to the radial force distribution and cause a hydrodynamic pumping effect resulting in a oil transport flow towards the oil medium side. If everything works as intended the two oil transport phenomena are balanced and an oil film is maintained. The balance is characterised by a strong and stable meniscus, that is, an oil-air interface. HŘÍDEL October 30, 2007 © SKF Group Slide 5

Tribologie Těsnící břit Meniskus Styková plocha If everything works as intended the two oil transport phenomena are balanced and an oil film is maintained. The balance is characterised by a strong and stable meniscus, that is, an oil-air interface. October 30, 2007 © SKF Group Slide 6

Teplota pod těsnícím břitem Olejový film STRANA VZDUCHU OLEJ HŘÍDEL October 30, 2007 © SKF Group Slide 7

Přehled materiálů Nitrilkaučuk Hydrogenová nitrilová pryž Fluorokaučuková pryž Silikonová pryž Polyakrylátový elastomer PTFE Křehnutí materiálu Ztráta pružnosti Změna pružnosti Rychlejší stárnutí materiálu Provozní teplota blízko limitu → Ostatní provozní parametry mírné (např. nulový tlakový rozdíl nebo neagresivní médium) October 30, 2007 © SKF Group Slide 8

Nitrilkaučuk Nitrilkaučuk Výhody: Nevýhody: Celkově dobré vlastnosti Dobrá odolnost proti opotřebení a roztržení Malá deformace v tlaku Dobrá odolnost proti olejům a plastickým mazivům Cenově přijatelný Nevýhody: Omezená odolnost vůči teplotě Omezená odolnost vůči stárnutí Nitrilkaučuk NBR (ISO, ASTM, DIN) R (SKF/CR) October 30, 2007 © SKF Group Slide 9

Hydrogenová nitrilová pryž Nitrilkaučuk Hydrogenová nitrilová pryž Výhody: Odolnost proti agresivním chemikáliím Odolnost proti opotřebení a roztržení Malá deformace v tlaku Odolnost vůči teplotě, až +150°C (302 F) Nevýhody: Horší vlastnosti při nízkých teplotách Více náchylné k tečení Použití: velkorozměrová těsnění těsnění s tlakovým rozdílem alternativa za fluorokaučukovou pryž HNBR WNBR (ISO, DIN) NEM (ASTM) Duratemp, H (SKF/CR) October 30, 2007 © SKF Group Slide 10

Fluorokaučuková pryž Výhody: Nevýhody: Velmi dobrá odolnost vůči teplotě Malá deformace v tlaku Vynikající odolnost proti bobtnání Odolnost vůči agresivním médiím Nevýhody: Průměrné vlastnosti při nízkých teplotách Vysoká cena Flurokaučuková pryž Viton® FPM (ISO) FKM (DIN, ASTM) V (SKF/CR) October 30, 2007 © SKF Group Slide 11

Fluorokaučuková pryž Při vysoké teplotě uvolňuje toxické plyny a páry a i po ochlazení je nebezpečné s nimi manipulovat. Přes 300°C (572 F) October 30, 2007 © SKF Group Slide 12

PTFE - Polytetrafluoroetylén Odolnost proti: Olejům a plastickým mazivům Ozónu, kyslíku a UV světlu Většině paliv (automobilní a vzdušný prostor) Rozpouštědlům (např. aceton, xylen) Kyselinám Citlivé na: Kapalné zásady (sodík, draslík) Plynné halogeny (fluór, chlor) Horký louh Hodně fluorované oleje October 30, 2007 © SKF Group Slide 13

PTFE - Polytetrafluoroetylén Při vysoké teplotě uvolňuje toxické plyny a páry a i po ochlazení je nebezpečné s nimi manipulovat. Přes 300°C (572 F) October 30, 2007 © SKF Group Slide 14

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Doporučené hodnoty drsnosti Rz a Rp: Rz : 1 až 4 mm (ISO, DIN) Rz : 1,65 až 2,9 mm (RMA) Rpmax: 0,5 až 1,25 mm (RMA) Doporučené hodnoty drsnosti Ra: - 0,2 až 0,8 mm Kvalita povrchu Ra Rz Rpmax Unfortunately the R-a value doesn’t describe the surface structure very well, it only gives the average surface roughness and is therefore insensitive to peak and valley extremes. The same R-a value can be obtained for very different surface structures. October 30, 2007 © SKF Group Slide 15

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tvrdost hřídele: Min. 30 HRC (RMA) 45-60 HRC (ISO) Kvalita povrchu Tvrdost povrchu There are requirements for surface hardness, that is, for wear resistance and also for avoiding damage during handling, installation etc. The recommendations vary in different reference literature. Even the scale used vary, HRC is the most common scale, however. October 30, 2007 © SKF Group Slide 16

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tolerance stykové plochy pro těsnění metrických rozměrů Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tolerance stykové plochy Jmenovitý průměr hřídele d1 přes včetně mm Tolerance průměru (h11) max. min. mm Kruhovitost (IT8) Úchylka max. mm Then we have the requirements regarding the shaft diameter. The metric diameter tolerance should be h11. The corresponding tolerances in inches are given in another table. October 30, 2007 © SKF Group Slide 17

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Nekruhovitost by měla být menší než 0,0050 mm pro maximálně 2 výstupky nebo meně než 0,0025 mm pro maximálně 7 výstupků. Průřez povrchu Průřez povrchu (špička). Tento příklad ukazuje 5 výstupků. Tolerance stykové plochy pro těsnění metrických rozměrů Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tolerance stykové plochy Kruhovitost Jmenovitý průměr hřídele d1 přes včetně mm Tolerance průměru (h11) max. min. mm Kruhovitost (IT8) Úchylka max. mm There are also requirements for the roundness or the circularity. Different references have different recommendations. The recommendations according to RMA, for instance, are simple. October 30, 2007 © SKF Group Slide 18

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Pravotočivé a levotočivá otáčení, 60 min-1 Posun vlákna Úhel stoupání arctg Obvod hřídele x Počet otáček Bavlněné vlákno, 0,25 mm Požadavek na úhel stoupání: max 0,05 ° (oba směry!) Závaží, 30 g Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tolerance stykové plochy Kruhovitost Stopy po obrábění The shaft surface mustn’t have a machine lead, that is, a surface structure that forms threads that cause a hydrodynamic pumping action. There is a simple but effective method of detecting any machine lead using a cotton string and a weight. A lead angle of maximum 0.05 degrees is acceptable. Stopy po obrábění ve tvaru šroubovice October 30, 2007 © SKF Group Slide 19

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Nesouosost, mm Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tolerance stykové plochy Kruhovitost Stopy po obrábění Nesouosost Of course the centre line of the shaft and the housing bore should ideally coincide, but deviations are always present and known as Shaft-To-Bore-Misalignment, ”deviations from coaxiality” or simply just ”offset”. If the deviation is too large, there is an uneven wear on the seal that shortens the service life. RMA recommends a maximum of 0.25 mm, but the acceptable deviation depends on the shaft diameter and seal type. Těsnění CRW5 Průměr hřídele, mm October 30, 2007 © SKF Group Slide 20

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Házení, mm Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tolerance stykové plochy Kruhovitost Stopy po obrábění Nesouosost Házení There are also requirements for the dynamic eccentricity of the shaft, known as the dynamic runout. It occurs when the shaft surface fails to describe a perfect circle when it rotates. Possible root causes are a bent shaft, an oval shaft profile or excessive bearing play, for instance. It is advisable to arrange the seal in close proximity to the bearing to minimise runout effects. Dynamic runout can be a serious problem, especially at high rotational speeds since the seal lip isn’t able to follow the shaft counterface. There are tolerance recommendations for the amount of runout that take speed and seal type into account. Otáčky October 30, 2007 © SKF Group Slide 21

Požadavky na hřídel Kvalita povrchu Tvrdost povrchu Tolerance stykové plochy Kruhovitost Stopy po obrábění Nesouosost Házení Sražení a zaoblení hran OK, the last requirement treats lead-in chamfers. The shaft end should be chamfered and rounded to avoid damage during installation. The recommendations take the shaft diameter and seal type into account. October 30, 2007 © SKF Group Slide 22

Požadavky na těleso Kvalita povrchu Vnější povrch z elastomeru (ISO/DIN): Ra: 1,6 až 6,3 µm Rz: 10 až 25 µm Rzmax: méně než 25 µm Ocelové pouzdro (ISO/DIN): Ra: 0,8 až 3,2 µm Rz: 6,3 až 10 µm Rzmax: méně než 10 µm RMA doporučení: Drsnost povrchu s max. hodnotou Ra 2,5 µm pro tlak max. 0,2 bar. Pro větší hodnoty Ra se doporučuje použít těsnící prostředek. Kvalita povrchu The surface roughness recommendations are usually specified using the classic parameters. The recommendations depend on the seal type and are also conditioned by the system pressure, according to RMA. October 30, 2007 © SKF Group Slide 23

Požadavky na těleso Kvalita povrchu Tolerance průměru Díra v tělese pro těsnící kroužky metrických rozměrů Jmenovitý průměr hřídele d1 přes včetně mm Díra v tělese (tolerance H8 podle ISO) Úchylky max. min. mm Sražení hrany ra max. mm Kvalita povrchu Tolerance průměru The bore diameter should be machined to tolerance H8. The corresponding tolerances in inches are given in another table. October 30, 2007 © SKF Group Slide 24

Příklad aplikace V-kroužku V-kroužky Příklad aplikace V-kroužku V-kroužky se často používají v průmyslovém segmentu přenosu výkonu a omezeně u těžkých vozidel a v automobilovém průmyslu. Převodovky Čerpadla a motory Montáž V-kroužků V-kroužky jsou dostupné pro hřídele průměru od 3 mm až nad 2000 mm. Snadno se montují na konec hřídele nebo mohou být dělena a slepena na průchozím hřídeli. Obecně se snadno montují. October 30, 2007 © SKF Group Slide 25

V-kroužky Dynamická těsněnící funkce Statická těsněnící funkce Hřídelové těsnění Sekundární těsnění October 30, 2007 © SKF Group Slide 26

V-kroužky Jako ventil pro nadměrné množství plastického maziva Zadržuje mazací médium Zabraňuje průniku nečistot October 30, 2007 © SKF Group Slide 27

Hydraulická těsnění October 30, 2007 © SKF Group Slide 28

Hydraulický válec Systém utěsnění pístní tyče Systém utěsnění pístu Systém statického utěsnění October 30, 2007 © SKF Group Slide 29

Terminologie Spodní část válce Kloubová hlavice Pístní tyč Trubka válce Píst Kluzné ložisko nebo CARB Statické těsnění Statické těsnění Těsnění pístní tyče Vodící kroužek Vodící kroužek Těsnění pístní tyče Stírací kroužek October 30, 2007 © SKF Group Slide 30

Tři tlakové úrovně pro hydraulické válce Aplikace pro lehké zatížení, až do 16 MPa Aplikace pro střední zatížení, až do 25 MPa Aplikace pro těžké zatížení, až do 40 MPa October 30, 2007 © SKF Group Slide 31

Hydraulická těsnění – přehled Těsnění pístu Piston seals Rod seals Těsnění pístní tyče Wiper seals Stírací kroužky Guides Vodící kroužky October 30, 2007 © SKF Group Slide 32

Materiály hydraulických těsnění October 30, 2007 © SKF Group Slide 33

Polymerové materiály Polymer materials are used for all kinds of products - plastics and rubbers are polymers. October 30, 2007 © SKF Group Slide 34

Elastomery Pryže Termoplastové elastomery (TPE) Nitrilkaučuk HNBR Fluorokaučuková pryž Termoplastové elastomery (TPE) Urethan založený na TPE (TPU) Ester založený na TPE (TPE-E) Kluzný kroužek (PTFE) Kluzný kroužek (Polyamid) Vodící kroužek (Acetátová pryskyřice) Pryskyřice tvrditelné teplem Fenolová pryskyřice Termoplastické pryskyřice PTFE Polyamid Acetátová pryskyřice Polyetén Opěrný kroužek (Acetátová pryskyřice) Other important materials are thermoset and thermoplastic resins. They are used for slide rings, guiding elements and support rings. Here you can see some examples. October 30, 2007 © SKF Group Slide 35

October 30, 2007 © SKF Group Slide 36