機(jī)械密封的主要失效原因中, 由于動(dòng)靜環(huán)鑲嵌不當(dāng), 造成環(huán)與環(huán)座發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)和脫落是重要原因之一。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì), 由此造成的機(jī)械密封失效次數(shù)約占失效次數(shù)的12%。過盈量計(jì)算不準(zhǔn)確是鑲嵌不當(dāng)?shù)闹饕�原因之一。過盈量太大, 不僅增加熱套時(shí)的難度, 而且容易造成環(huán)座的塑性變形和密封環(huán)的碎裂; 而過盈量太小, 在使用中密封環(huán)會同環(huán)座發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)或脫落, 造成密封失效。此外, 過盈聯(lián)接的殘余應(yīng)力對密封環(huán)的應(yīng)用場合也有一定影響。因此, 對機(jī)械密封過盈量和應(yīng)力場進(jìn)行研究十分必要。

1、機(jī)械密封過盈量的確定

　　圖1為機(jī)械密封的過盈聯(lián)接, 配合直徑為294mm, 配合長度為29mm, 機(jī)械密封端面比壓是0.035MPa。靜環(huán)與靜環(huán)座采用“熱裝配”方法聯(lián)接, 靜環(huán)材料是碳石墨 , 彈性模量是15GPa,泊松比是0.2, 膨脹系數(shù)是9 ×10^-6 ℃^-1 , 抗壓強(qiáng)度75MPa。靜環(huán)座材料是3Cr13, 彈性模量是216.5GPa, 泊松比是0.3, 膨脹系數(shù)是1.05 ×10^-5 ℃^-1 , 抗拉強(qiáng)度是520MPa。過盈聯(lián)接靜環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

　　圖2中, R₁為靜環(huán)的內(nèi)徑, mm; R₂為摩擦副端面的內(nèi)徑, mm; R₃為摩擦副端面的外徑, mm; R₄為靜環(huán)與靜環(huán)座結(jié)合處半徑, mm; R₅為靜環(huán)座的外徑, mm; L為靜環(huán)結(jié)合長度, mm。

1.1、半徑過盈量δ₁

　　因靜環(huán)與靜環(huán)座線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的半徑過盈量δ₁按下式計(jì)算[1]

δ₁= TR₄ (α₁-α₂) (1)

　　式中: α₁ , α₂為靜環(huán)座、靜環(huán)的膨脹系數(shù), ℃^-1 ; T為密封腔工作溫度與室溫的差值, ℃。

1.2、半徑過盈量δ₂

　　根據(jù)過盈配合界面的摩擦阻力矩大于密封面的摩擦力矩, 由過盈產(chǎn)生的結(jié)合壓強(qiáng)p有下列關(guān)系

　　式中: f₁為端面動(dòng)摩擦因數(shù); f₂為靜摩擦因數(shù); p_c為端面比壓, Pa; 其中f₁= 0.07, f₂= 0.2。靜環(huán)座在結(jié)合壓強(qiáng)p作用下產(chǎn)生的位移u₁

　　式中: E₁為靜環(huán)座的彈性模量, Pa; μ₁為靜環(huán)座的泊松比。靜環(huán)在結(jié)合壓強(qiáng)p作用下產(chǎn)生的位移u₂

　　式中: E₂為靜環(huán)的彈性模量, Pa; μ₂為靜環(huán)的泊松比。

　　平衡摩擦副端面摩擦力矩的半徑過盈量δ₂

δ₂= u₁-u₂ (5)

1.3、最小半徑過盈量δ_min

δmin =δ₁+δ₂ (6)

1.4、最大半徑過盈量δ_max

　　靜環(huán)脆裂對應(yīng)的最大壓力

　　靜環(huán)座進(jìn)入塑性變形對應(yīng)的最大壓力

　　取兩者的最小壓力作為過盈產(chǎn)生的壓力, 其余算法與最小過盈量算法一樣, 即可求得過盈聯(lián)接的最大半徑過盈量δ_max。

2、過盈配合的選擇

　　由于根據(jù)過盈聯(lián)接公式計(jì)算的過盈量范圍比大, 為縮小范圍和保證聯(lián)接有效, 用有效過盈量δ_b ,根據(jù)公差配合選擇合適過盈量。

δ_b≈(δ_min +δ_max)/2

　　根據(jù)有效過盈量δ_b確定過盈配合基本偏差代號的選擇和配合�；�本偏差代號z, 靜環(huán)和靜環(huán)座的配合H7/z6和極限偏差[δmin] = 0.738 mm, [δmax]=0.822 mm。