機械密封的主要失效原因中, 由于動靜環鑲嵌不當, 造成環與環座發生相對轉動和脫落是重要原因之一。據有關部門統計, 由此造成的機械密封失效次數約占失效次數的12%。過盈量計算不準確是鑲嵌不當的主要原因之一。過盈量太大, 不僅增加熱套時的難度, 而且容易造成環座的塑性變形和密封環的碎裂; 而過盈量太小, 在使用中密封環會同環座發生相對轉動或脫落, 造成密封失效。此外, 過盈聯接的殘余應力對密封環的應用場合也有一定影響。因此, 對機械密封過盈量和應力場進行研究十分必要。

1、機械密封過盈量的確定

　　圖1為機械密封的過盈聯接, 配合直徑為294mm, 配合長度為29mm, 機械密封端面比壓是0.035MPa。靜環與靜環座采用“熱裝配”方法聯接, 靜環材料是碳石墨 , 彈性模量是15GPa,泊松比是0.2, 膨脹系數是9 ×10^-6 ℃^-1 , 抗壓強度75MPa。靜環座材料是3Cr13, 彈性模量是216.5GPa, 泊松比是0.3, 膨脹系數是1.05 ×10^-5 ℃^-1 , 抗拉強度是520MPa。過盈聯接靜環的結構示意圖見圖2。

　　圖2中, R₁為靜環的內徑, mm; R₂為摩擦副端面的內徑, mm; R₃為摩擦副端面的外徑, mm; R₄為靜環與靜環座結合處半徑, mm; R₅為靜環座的外徑, mm; L為靜環結合長度, mm。

1.1、半徑過盈量δ₁

　　因靜環與靜環座線膨脹系數不同而產生的半徑過盈量δ₁按下式計算[1]

δ₁= TR₄ (α₁-α₂) (1)

　　式中: α₁ , α₂為靜環座、靜環的膨脹系數, ℃^-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, 由過盈產生的結合壓強p有下列關系

　　式中: f₁為端面動摩擦因數; f₂為靜摩擦因數; p_c為端面比壓, Pa; 其中f₁= 0.07, f₂= 0.2。靜環座在結合壓強p作用下產生的位移u₁

　　式中: E₁為靜環座的彈性模量, Pa; μ₁為靜環座的泊松比。靜環在結合壓強p作用下產生的位移u₂

　　式中: E₂為靜環的彈性模量, Pa; μ₂為靜環的泊松比。

　　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

　　靜環脆裂對應的最大壓力

　　靜環座進入塑性變形對應的最大壓力

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

2、過盈配合的選擇

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

δ_b≈(δ_min +δ_max)/2

　　根據有效過盈量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, 靜環和靜環座的配合H7/z6和極限偏差[δmin] = 0.738 mm, [δmax]=0.822 mm。