ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ ชุดซีลน้ำมันเพลาข้อเหวี่ยง ดำเนินงานสำคัญในการป้องกันการรั่วไหลของน้ำมันและสารปนเปื้อนภายนอกจากการบุกรุก อย่างไรก็ตามความท้าทายทางเทคนิคที่แท้จริงไม่เพียง แต่การปิดผนึกที่มั่นคงภายใต้สภาพการทำงานปกติ แต่ยังรวมถึงความน่าเชื่อถือในการรับมือกับแรงกดดันย้อนกลับอย่างฉับพลัน เมื่อเครื่องยนต์ชะลอตัวลงอย่างกะทันหันหรือการเปลี่ยนแปลงของโหลดอย่างกะทันหันอาจมีการสร้างแรงดันสูงทันทีในข้อเหวี่ยง หากซีลน้ำมันไม่สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วมันจะทำให้เกิดความล้มเหลวของซีลการรั่วไหลหรือปัญหาระบบหล่อลื่นที่รุนแรงยิ่งขึ้น การออกแบบซีลน้ำมันแบบดั้งเดิมมักจะมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพการปิดผนึกในระหว่างการหมุนไปข้างหน้า แต่ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาวะความดันย้อนกลับนั้นไม่เพียงพอทำให้ง่ายต่อการออกจากตำแหน่งการปิดผนึกเนื่องจากแรงดันน้ำมันช็อกภายใต้สภาวะที่รุนแรง หนึ่งในความก้าวหน้าหลักของชุดซีลน้ำมันเพลาข้อเหวี่ยงที่ทนต่อการสึกหรอคุณภาพสูงคือการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบมุมฮิสเทอรีซิสของริมฝีปากปิดผนึกเพื่อให้สามารถสร้างผลการจับตัวเองได้ทันทีเมื่อความดันย้อนกลับเพิ่มขึ้น
สาระสำคัญของการออกแบบมุมของฮิสเทรีซิสคือการทำให้รูปร่างทางเรขาคณิตและคุณสมบัติของวัสดุของริมฝีปากปิดผนึกทำงานร่วมกันเพื่อให้มันตรงกันข้ามกับสัญชาตญาณทั่วไปภายใต้แรงกดดันย้อนกลับ ริมฝีปากปิดผนึกของซีลน้ำมันธรรมดามักจะใช้โครงสร้างสมมาตรหรือมุมเดียวซึ่งสามารถพอดีกับวารสารในระหว่างการหมุนไปข้างหน้า อย่างไรก็ตามภายใต้แรงกดดันย้อนกลับแรงกระแทกของฟิล์มน้ำมันจะผลักริมฝีปากปิดผนึกออกไปด้านนอกและสร้างความเสียหายให้กับพื้นผิวสัมผัสปิดผนึก ชุดที่มีคุณภาพสูงใช้การออกแบบริมฝีปากแบบอสมมาตรและลักษณะ hysteresis ของวัสดุยืดหยุ่นดังนั้นเมื่อความดันย้อนกลับทำหน้าที่การปิดผนึกริมฝีปากจะไม่เพียง แต่จะไม่คลาย แต่จะสร้างแรงหนีบเพิ่มเติมเนื่องจากผลกระทบแบบไดนามิกของเหลว ปรากฏการณ์นี้คล้ายกับหลักการทำงานของวาล์วทางเดียว แต่ความท้าทายของแมวน้ำน้ำมันคือพวกเขาจะต้องรักษาการปิดผนึกในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิกสองทางแทนที่จะเป็นฟังก์ชั่นการเปิดและปิดอย่างง่าย
กุญแจสำคัญในการบรรลุเอฟเฟกต์นี้คือการควบคุมมุมเอียงของริมฝีปากปิดผนึกความแข็งของวัสดุและสัณฐานวิทยาของกล้องจุลทรรศน์ของพื้นผิวสัมผัส การออกแบบของมุมฮิสเทรีซิสไม่ได้เพิ่มขึ้นอย่างง่ายหรือลดลงของมุมที่แน่นอน แต่โดยการคำนวณจุดสมดุลที่เหมาะสมระหว่างการกระจายความดันของของไหลและการตอบสนองต่อความเครียดของวัสดุเพื่อให้ทิศทางการเสียรูปของริมฝีปากปิดผนึกภายใต้แรงดันย้อนกลับ ตัวอย่างเช่นซีลน้ำมันประสิทธิภาพสูงบางตัวใช้โครงสร้างริมฝีปากแบบก้าวหน้าโดยมีมุมชันที่ด้านข้างใกล้กับวารสารและมุมที่อ่อนโยนกว่าด้านนอก ด้วยวิธีนี้เมื่อแรงดันน้ำมันย้อนกลับส่งผลกระทบต่อแรงของของเหลวจะบังคับให้ด้านในของริมฝีปากเพื่อให้พอดีกับวารสารอย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้นแทนที่จะหันไปด้านนอก ในเวลาเดียวกันโมดูลัสยืดหยุ่นและลักษณะการทำให้หมาด ๆ ของวัสดุได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าความเร็วในการตอบสนองการเสียรูปถูกซิงโครไนซ์กับการเปลี่ยนแปลงความดันเพื่อหลีกเลี่ยงการรั่วไหลทันทีที่เกิดจากความล่าช้า
ข้อดีอีกอย่างของการออกแบบนี้คือความอดทนต่อข้อผิดพลาดในการประกอบและวารสาร Runout หากแรงเริ่มต้นของซีลน้ำมันแบบดั้งเดิมไม่เพียงพอภายใต้แรงดันย้อนกลับเนื่องจากการเบี่ยงเบนการติดตั้งหรือการสึกหรอในระยะยาวมันง่ายมากที่จะรั่วไหล แมวน้ำน้ำมันที่มีมุมฮิสเทรีซิสที่เหมาะสมยังคงสามารถรักษาการปิดผนึกที่มีประสิทธิภาพผ่านเอฟเฟกต์การแน่นตัวแบบไดนามิกแม้ในกรณีที่การสึกหรอเล็กน้อยหรือเพิ่มรัศมีของวารสาร นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการออกแบบไม่เพียง แต่พิจารณาถึงข้อกำหนดการปิดผนึกแบบคงที่ แต่ยังรวมถึงความสามารถในการปรับตัวภายใต้เงื่อนไขแบบไดนามิกในตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลัก ตัวอย่างเช่นเมื่อเครื่องยนต์ชะลอตัวลงอย่างกะทันหันความดันในข้อเหวี่ยงอาจเพิ่มขึ้นทันที ในเวลานี้หากตราประทับน้ำมันขึ้นอยู่กับแรงหนีบของการรบกวนเริ่มต้นพอดีมันจะล้มเหลวอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ภายใต้แรงดันสูง การออกแบบมุมของฮิสเทรีซิสจะแปลงแรงดันย้อนกลับเป็นแรงเพิ่มเติมเพื่อสร้างกลไกการตอบรับเชิงบวกเพื่อให้ความดันสูงขึ้นเอฟเฟกต์การปิดผนึกที่สูงขึ้นเพื่อให้สามารถคงที่ภายใต้สภาพการทำงานที่รุนแรง
จากมุมมองของวิทยาศาสตร์วัสดุประสิทธิผลของการออกแบบมุมฮิสเทรีซิสยังขึ้นอยู่กับอัตราส่วนที่แม่นยำของวัสดุคอมโพสิตริมฝีปากปิดผนึก ชุดซีลน้ำมันเพลาข้อเหวี่ยงที่ทนต่อการสึกหรอคุณภาพสูงมักจะใช้โครงสร้างคอมโพสิตแบบหลายชั้นซึ่งวัสดุชั้นในที่สัมผัสโดยตรงกับวารสารจะต้องมีทั้งค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและความต้านทานการสึกหรอสูงในขณะที่ชั้นรองรับจะต้องให้แรง ภายใต้การกระทำของความดันย้อนกลับลักษณะของการตีฮิสเทอรีซิสของวัสดุทำให้การเสียรูปไม่เป็นไปตามการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างสมบูรณ์ แต่มีการหน่วงเวลาเฟสบางอย่างซึ่งออกแบบมาเพื่อเพิ่มแรงหนีบรัศมีของริมฝีปากปิดผนึก นอกจากนี้วัสดุขั้นสูงบางอย่างสามารถรักษาคุณสมบัติเชิงกลที่มีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงหลีกเลี่ยงการลดทอนการปิดผนึกของการปิดผนึกที่เกิดจากการอ่อนตัวของความร้อนและครอบคลุมสภาพการทำงานที่กว้างขึ้น
ในการใช้งานจริงมูลค่าของการออกแบบนี้ไม่เพียง แต่สะท้อนให้เห็นในการลดอัตราการรั่วไหล แต่ยังมีส่วนร่วมในความน่าเชื่อถือในระยะยาวของเครื่องยนต์ ความล้มเหลวของซีลน้ำมันมักจะค่อยเป็นค่อยไปและการรั่วไหลเริ่มต้นเล็กน้อยจะช่วยเร่งการเสื่อมสภาพและการปนเปื้อนของน้ำมันหล่อลื่นซึ่งจะทำให้การสึกหรอรุนแรงขึ้น ชุดซีลน้ำมันที่มีฟังก์ชั่นการทำให้แน่นหนาของแรงดันย้อนกลับสามารถปิดกั้นวัฏจักรอุบาทว์นี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบเครื่องยนต์ที่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องยนต์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงหรือเริ่มต้นบ่อยครั้งการปรับปรุงความสามารถในการปิดผนึกแบบไดนามิกนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง
ชุดซีลน้ำมันเพลาข้อเหวี่ยงที่ทนต่อการสึกหรอคุณภาพสูงจะเปลี่ยนปัญหาการปิดผนึกแบบดั้งเดิมของความดันย้อนกลับเป็นปัจจัยที่ดีสำหรับการปิดผนึกที่เพิ่มขึ้นผ่านการออกแบบมุม hysteresis สะท้อนให้เห็นถึงวิวัฒนาการของแนวคิดการออกแบบของเทคโนโลยีการปิดผนึกที่ทันสมัยจากการป้องกันแบบพาสซีฟไปจนถึงการปรับตัว แกนกลางของมันอยู่ในการบูรณาการอย่างลึกซึ้งของกลศาสตร์ของไหลการเสียรูปของวัสดุและโครงสร้างเชิงกลเพื่อให้พื้นผิวการติดต่อปิดผนึกระดับมิลลิเมตรสามารถรักษาประสิทธิภาพที่ยาวนานและเชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิกที่ซับซ้อน โซลูชันที่ใช้งานง่าย แต่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมไม่เพียง แต่แสดงถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีซีลน้ำมันเพลาข้อเหวี่ยง แต่ยังกำหนดเกณฑ์มาตรฐานใหม่สำหรับความทนทานของระบบเครื่องยนต์ทั้งหมด
