Publié le 01/09/2020 / Cliff/Seals
Lorsqu’il s’agit de maintenir un arbre rotatif de haut fonctionnement, vous devez sélectionner le joint à lèvre approprié.
Le joint d’arbre protège l’arbre rotatif des contaminants tels que la poussière et la saleté, et il empêche l’eau d’entrer et le lubrifiant d’entrer.
Un joint rotatif, également appelé joint d’arbre radial, se trouve généralement entre un arbre rotatif et un boîtier fixe — tel qu’une paroi de cylindre — pour arrêter les fuites de fluide le long de l’arbre. La surface extérieure du joint rotatif est fixée au boîtier, tandis que la lèvre intérieure du joint appuie sur l’arbre rotatif.
Les applications courantes pour les joints d’arbre comprennent les moteurs, les boîtes de vitesses, les pompes et les essieux. Ils sont également de plus en plus utilisés pour le traitement des aliments et des produits chimiques, ainsi que dans les applications de gaz sous pression.
Trois des considérations les plus importantes lors du choix du meilleur joint à lèvre pour un arbre rotatif sont:
- Le matériau du joint est constitué,
- la dureté de la surface de l’arbre et
- la rugosité de la surface de l’arbre.
Voici notre guide sur la façon d’obtenir des performances et une longévité optimales pour vos joints et arbres, minimisant ainsi le risque de défaillance des joints.
Quel matériau Convient le mieux aux joints rotatifs?
Le matériau de choix pour un joint à lèvre d’arbre rotatif est le polytétrafluoroéthylène, également connu sous le nom de PTFE. Ce matériau est couramment utilisé dans les joints en raison de son frottement extrêmement faible et de sa résistance à l’usure.
Il fonctionne également exceptionnellement bien à des températures de fonctionnement élevées, nécessitant une lubrification minimale. De plus, il est compatible avec de nombreux produits chimiques, ce qui en fait un bon choix universel.
Les joints à lèvre d’arbre rotatif en PTFE sont très résistants et ont un faible coefficient de frottement, ce qui leur permet de glisser sur les points les plus élevés de la surface de contact (dans ce cas, l’arbre rotatif) tout en résistant à l’abrasion. Et ils peuvent le faire sans lubrification.
Quelles Propriétés des arbres Rotatifs métalliques Affectent le plus les performances d’étanchéité?
La rugosité et la dureté d’un arbre rotatif métallique sont les deux caractéristiques les plus importantes à prendre en compte lors de la conception d’un joint à lèvre pour l’arbre. Regardons d’abord la rugosité.
Qu’est-ce que la rugosité dans un arbre rotatif?
La rugosité, dans le contexte d’un arbre rotatif, désigne l’irrégularité de la surface de l’arbre. La façon dont nous mesurons la rugosité de l’arbre consiste à mesurer les points haut et bas de la surface de l’arbre, puis à calculer la différence. C’est ce qu’on appelle la tolérance usinée.
La rugosité peut être minimisée en finissant correctement la surface de l’arbre. Une surface bien finie avec une tolérance usinée de manière appropriée permettra d’excellentes performances d’étanchéité, ainsi qu’une longévité.
Un arbre rotatif avec une rugosité de surface élevée peut permettre des chemins de fuite à travers les points bas de la surface de l’arbre. L’abrasivité de la surface peut également user rapidement le joint, entraînant une défaillance.
Généralement, plus la surface de l’arbre rotatif est lisse, plus le joint sera performant. Cependant, une douceur excessive au-delà des spécifications peut en fait diminuer l’efficacité d’un joint. En effet, sur des surfaces extrêmement lisses, un film de fluide lubrifiant n’est pas autorisé à s’écouler entre le joint et la surface de contact.
Le passage de ce film lubrifie le joint et prolonge sa longévité. Sans cela, le sceau s’usera plus tôt. Essentiellement, si la surface de votre arbre rotatif est trop lisse, un joint fonctionnera trop bien — jusqu’à ce qu’il ne le fasse pas.
Qu’est-ce que la dureté dans un arbre rotatif?
La dureté d’un arbre rotatif est mesurée en examinant la profondeur à laquelle un pénétrateur peut pénétrer à la surface de l’arbre lorsqu’il est forcé dessus à haute pression. À l’aide d’une échelle de Rockwell, nous pouvons mesurer la profondeur de pénétration par rapport à celle faite par une pression de référence.
Un joint doit toujours être plus doux que l’arbre rotatif. Cela garantit qu’il s’use à la place de l’arbre. Ainsi, plus l’arbre est dur, plus vous avez d’options pour le matériau d’étanchéité.
Dans les arbres rotatifs métalliques, plus la surface est dure, mieux c’est. Une dureté accrue permet l’utilisation de matériaux d’étanchéité hautement renforcés, ce qui augmentera la durée de vie du joint à lèvre et de l’arbre lui-même.
L’alternative, une tige en métal plus souple, est sensible à l’abrasion et à l’érosion des meilleurs matériaux de lèvre d’étanchéité (PTFE). Ainsi, lorsque vous travaillez avec un arbre rotatif souple, vous devez utiliser un joint plus doux. C’est une solution réalisable, mais cela signifie que vous serez coincé avec une durée de vie plus courte.
Il y a cependant un avantage à maintenir la dureté de surface de l’arbre rotatif en dessous de 45 sur l’échelle Rockwell C, et c’est que la plupart des joints poliront réellement la surface de l’arbre pendant la période initiale de « mise en place ».
Après cette période, l’usure de l’arbre rotatif s’atténuera, en fonction du matériau PTFE du joint, de la finition de surface de l’arbre et de la vitesse de pression * (indice PV) de l’application.
Lorsque la dureté dépasse 45 Rockwell C, la finition de surface initiale fabriquée est absolument cruciale pour sceller la durée de vie. Pourquoi? Parce qu’il n’y a pas beaucoup de polissage autorisé dans la période de « literie ». Lorsque la dureté est élevée, toute rugosité de la surface entraînera une usure du joint.
Comme vous pouvez le voir, la rugosité et la dureté de la surface de l’arbre rotatif ne sont pas des propriétés indépendantes en ce qui concerne la conception du joint à lèvre — à mesure que la dureté augmente, la rugosité doit baisser. Alternativement, une surface moins dure permet un peu plus de rugosité.
Quelle est la dureté recommandée pour un arbre rotatif?
La dureté idéale pour un arbre rotatif en métal dépend de la vitesse de l’arbre et de la pression ambiante.
- À l’extrémité inférieure du spectre, dans des vitesses d’arbre rotatif allant jusqu’à 150 sfpm (0,76 m / s), avec 0 psi, la dureté doit être d’au moins 35 Rc (avec une lubrification élevée) ou 44 (si aucune lubrification).
- 70 + Rc peuvent être nécessaires pour 1000 psi à la même vitesse (jusqu’à 150 sfpm).
- 60 + Rc peuvent être nécessaires pour 2500 sfpm à la même pression (0 psi).
Dans la pratique d’ingénierie typique, la dureté utilisée est normalement un compromis entre le coût des métaux de finition plus durs et la durée de vie des joints. Comme pour toute tâche de conception, le défi consiste à trouver une solution qui répond non seulement aux exigences techniques, mais aussi aux limites logistiques (c’est-à-dire budgétaires).
Atteindre l’adéquation optimale Entre l’arbre rotatif et le joint à lèvre
En raison de la large gamme de charges en PTFE et des spécifications des matériaux, il n’est pas toujours facile de trouver exactement le joint rotatif adapté à votre arbre pour assurer une efficacité et une longévité optimales du joint.
Si vous ne trouvez pas un joint d’arbre existant qui répond à vos besoins, vous devrez peut-être concevoir un joint personnalisé. C’est exactement ce que nos ingénieurs seal se spécialisent ici chez Eclipse Engineering. Nous fabriquons de nombreux types de joints pour les applications d’arbres rotatifs. y compris les joints à lèvres tubés, les joints à lèvres OD à joint torique et les joints microlipaires.
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