Grâce à une nouvelle conception de la bague d « étanchéité et à l’utilisation de matériaux élastomères autolubrifiants, la bague VR de type SOA est désormais le choix privilégié pour les applications dans la plage de pression moyenne (15-150 bar). Dans les pompes et les joints rotatifs, il était auparavant presque impossible d’utiliser en toute sécurité des joints d’arbre radiaux avec des matériaux élastomères à des valeurs p-v élevées. Les forces radiales élevées entraînent le grippage du matériau d » étanchéité dans la surface de l’arbre. Les couples de perte élevés et les températures de frottement élevées ne sont que quelques-uns des inconvénients auxquels les utilisateurs doivent faire face lorsqu’ils utilisent des joints d’arbre radiaux conventionnels.
Les surcharges mécaniques et physiques à des valeurs p-v élevées sont dues à une extrusion excessive de la fente d’étanchéité entre le support de pression et l’arbre.
Effet d « étanchéité dynamique dans la zone de la lèvre d » étanchéité
Le principe de fonctionnement de ces joints radiaux sans ressort est basé sur le fait que les corps de membrane en forme de S sont montés sur des corps de support métalliques avec une précharge précisément adaptée. La lèvre d’étanchéité inclinée adjacente au corps de la membrane s’oppose à la direction de la pression du fluide et est soutenue à l’arrière par le disque de pression intégré. Lorsque le corps de la membrane est tendu sur le corps métallique, une force radiale et tangentielle se développe dans les sections de la membrane et de la lèvre d’étanchéité. Cette force radiale et tangentielle remplace la force du ressort qui est nécessaire en tant que force radiale pour créer la force d’étanchéité dans les joints standard.
La présence de la force tangentielle permet de réduire la force radiale de ce RWDR à un quart de la force radiale de la bague standard. C’est le principal avantage de cette conception de joint et elle répond donc aux exigences de base qui devraient être imposées à chaque point d’étanchéité.
- pas de traces de rodage sur l’essieu, même sans durcissement et meulage
- même sur les essieux en acier inoxydable (V2A, V4A)
- faible perte de puissance, possibilité de vitesses élevées
- charge de pression élevée, effet d’étanchéité élevé
- des valeurs de durée de vie élevées
Extrusion de la fente d’étanchéité
Chaque joint d’arbre rotatif est soumis à une extrusion lorsqu’une pression est appliquée dans la zone de la lèvre d’étanchéité en direction du côté opposé à la pression, c’est-à-dire que le matériau d’étanchéité est aspiré dans l’espace d’étanchéité entre l’arbre d1 et le diamètre effectif DW.
La distance de la fente de scellement ds = (DW-dI) / 2 est le facteur déterminant pour la valeur p-v du point de scellement (p-v) = f (ds)
Au cours de ce processus, le matériau élastomère dans la zone arrière de la lèvre d’étanchéité entre l’espace du support de pression et l’arbre se déplace vers le côté opposé à la pression sous l’influence de la pression et de la vitesse.
Le diamètre effectif Dw est déterminé soit par la conception de la bague d’étanchéité, soit par le composant situé derrière la lèvre d’étanchéité (composant du boîtier (boîtier, disque, etc.) situé derrière la lèvre d’étanchéité).
Sous la charge de compression p, une force radiale Fr beaucoup plus élevée et une force axiale supplémentaire Fa dans la direction du côté opposé à la pression se produisent en raison de l’aspiration du matériau d’étanchéité dans l’espace annulaire ds. Avec les arbres en rotation, la torsion agit sur la géométrie de la lèvre d’étanchéité sous l’influence de la charge de pression. Il en résulte des contraintes de cisaillement élevées dans le matériau d’étanchéité. Ces contraintes de cisaillement rt sont une fonction f(p, v, µo, ds). Il est absolument nécessaire d’obtenir une dimension ds constante sur toute la circonférence de la fente d’étanchéité. En outre, la lèvre d’étanchéité doit être soutenue par une surface orientée à environ 30° par rapport au diamètre effectif Dw, de sorte qu’elle ne repose pas sur l’arbre sur toute sa longueur sous l’effet de la pression.
Si la distance ds est trop grande ou irrégulière, cela peut entraîner des brûlures et un cisaillement des lèvres d « étanchéité pendant le fonctionnement. La distance ds est donc le facteur décisif pour déterminer si un joint tient sous la pression et la vitesse circonférentielle spécifiées ou s’il est détruit.
Joint d » étanchéité joint d’arbre SOA
Dans le système d « étanchéité VR, l’espace d » étanchéité ds est pris en compte par la dimension de l’alésage du corps de support DW. Des charges de pression plus élevées et dynamiques nécessitent des distances ds plus petites. Les valeurs minimales de distance ds ont été déterminées pour les joints d’arbre rotatifs VR sous l’influence de la charge de pression.
Pour pouvoir absorber des pressions élevées, ds doit donc être petit
et le support de pression derrière le joint doit être plus stable et plus précis. Jusqu « à présent, ce support de pression a été réalisé dans l’anneau standard avec un disque supplémentaire monté derrière le joint d » étanchéité
Dans le modèle VR SOA, ce disque de pression est intégré dans la structure du joint. Le centrage métallique supplémentaire du joint par rapport à l’alésage du logement permet d’obtenir des valeurs ds extrêmement faibles. Cela garantit que le joint est absolument centré par rapport à l’arbre.
Ceci est nécessaire pour obtenir la même dimension ds sur toute la circonférence de la fente d « étanchéité. Ce n’est qu » à cette condition que l’on peut garantir que le schéma de torsion (schéma de contrainte) du matériau d « étanchéité est constant sur toute la circonférence sous l’influence de la pression et qu’il n’y a pas d’extrusion du matériau. Des rapports de contrainte inégaux dans la fente d » étanchéité entraînent une défaillance prématurée (fissures tangentielles) ou réduisent considérablement la durée de vie des joints.
Dimensions des joints d’arbre SOA
Détermination du couple
SOA avec d3 = -0,03 mm
HNBR 70 Shore
n = 15 rpm
Diagramme 2 : Détermination du couple
Détermination du couple Mt ( perte de couple pour une fente d’étanchéité de 0,03 mm )
- Sous différentes valeurs de pression et différents diamètres d’arbre
- Perte de puissance P = Mt x w
Résumé
Nouveau type de joint à lèvre radial résistant à la pression
Nouveau type de joint à lèvre radial résistant à la pression pour une utilisation dans la plage de pression moyenne. La réduction du jeu entre l’arbre et la bague d’appui et l’amélioration du matériau élastomère (graissage par slef) ont conduit à une conception entièrement nouvelle du joint à lèvre radial. Ce nouveau type de joint permet l’utilisation dans la plage de pression moyenne des pompes, en particulier des pompes à essence.
