由于旋转接头的动环和静环(或浮动、游动环)所组成的摩擦副式旋转接头最重要的零件。密封的工作质量(泄漏指标)和寿命都与它有直接的关系。旋转接头中所有其他零件除了传递流体外部为摩擦副服务。并且它们的工作好坏也是以保证摩擦副工作达到最佳条件的程度为前提的。
旋转接头动环和静环系在介质中作相对摩擦滑动,它们之间的摩擦产生摩擦热,磨损及其他现象。
旋转接头摩擦副设计应使密封在特定的条件下,工作负荷最轻,密封效果最好,使用寿命最长。
旋转接头密封环的刚度是考虑的重要因素之一。必须有一个环刚度是很低的,这就能适应表面不平度和球面度的设计和工艺要求,不至于存在很大的缝隙或产生很高的机械压力区。根据这一原则,摩擦副应用不同材料加以组合(常常一个环用硬材料,另一个环用软材料),虽从动力相似角度来说,哪一个材料动环、静环没有差别,但实际上动、静环材料选择直接影响密封效果。因为通常动环形状复杂,在受压力波动的情况下容易产生角变形,而使密封无法保证。所以动环一般选用弹性模量大的硬材料,静环使相对软的材料组配。脆性材料一般不宜作动环。
(一) 摩擦副端面和球面在垂直轴线投影面上动直径
摩擦副端面和球面在垂直于轴线投影面的直径应尽量小,以降低摩擦副的滑动速度和摩擦温升。
(二) 端面和球带面宽度
端面和球带面宽度(系指端面、球面接触宽度)有很重要的意义,宽度太大会导致端面,球面摩擦增大,摩擦功率增加,润滑、冷却效果降低;宽度减小,环的内、外径差值减小,端面平直度容易保证,球面曲率半径误差小,端面磨损均匀,摩擦生热减少,从而改善了导热条件,但是宽度过窄,强度不够,会增加破损的危险,尤其是高压时,这种现场更为突出。因此,端面、球带面(球台侧面)宽度(球面时,即接触球台的弧长)应该根据空心轴径,工作介质的性质及其压力,滑动速度(即转速),摩擦副材料及其允许泄漏量等进行综合考虑。多数情况是通过试或实际用信息反馈找出的规律确定。
球面摩擦运动副工称接触面积,实际就是球台侧面积,即:
AQ=2πR2(cosa1-cosa2)
一般来说旋转接头的转速越高,端面、球面滑动线速越大,摩擦生热也大。为利导热,宽度应选得较小。
对易挥发液体,端面宽度应取小一些。因为液体的挥发与端面间的温升有密封关系。减少端面宽度,改善导热情况,降低摩擦面温升,对输送易挥发液体少有利的。
对通气旋转接头来说,环工作表面破损的可能性较小,且摩擦会产生更多的热量,因此端面,球面宽度应适当减小。
当采用端面密封时,如果从强度或环的刚性角度考虑,在某些情况下不能用窄的宽度时,可采用球面以增加负荷接触。
用硬材料制成的环要比软材料制成环具有更大的径向宽度,不然由硬材料制成的以棱角进入软材料内,以引起剥落和摩擦副强烈的磨损,造成泄漏。