Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Поршневые кольца для гидроцилиндров (ОСТ 2 А54-1-72) применяют в гидросистемах станкостроения в среде вязких масел (v5o = 15...50 мм/с) при 15 МПа, L < 7,5 м/с, 9 100°С [74]. Комплект УПС состоит из двух-девяти

колец с последовательно развернутыми в противоположные стороны разрезами. Кольца изготовляют из чугуна СЧ20 по ГОСТ 1412-79 с косым (45°) разрезом для Da = 32... 1000 мм. Габариты колец близки к размерам колец по ГОСТ 9515-81.

Глава S

УПЛОТНЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ПАР ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

5Л. Основные конструктивные группы

Уплотнения соединений пар враща тельного движения (УВ), подразделяют на УВ валов, УВ распределителей гидромашин и УВ поворотных соединений (рис. 5.1).

УВ валов. Условия эксплуатации этих уплотнений характеризуются относительно низким давлением (р < < 1 МПа), высокой скоростью скольжения (г> < 15...20 м/с), температурным диапазоном 9 =-50... + 150°С, высокими требованиями к герметичности [2 < 1,0 мм/(м-с)], которые предопределяют применение только контактных УВ, малой химической агрессивностью и токсичностью рабочих сред. Кроме того, УВ валов должны быть очень компактны и дешевы при ресурсе tp = 1000...5000 ч. Этому комплексу требований соответствуют эластомерные

радиальные манжеты с пружинами (рис. 5.2). Распространены также пластмассовые (фторопластовые) кольцевые УВ с пружиной (рис. 5.3, а), торцовые эластомерные УВ (рис. 5.3, б), манжеты с гидродинамическими (маслоотгон-ными) рельефами на рабочей кромке. Для закрытых подшипников качения изготовляют беспружинные эластомерные радиальные уплотнения (рис. 5.3, г). При повьииенных требованиях к ресурсу и скорости скольжения (v 20 м/с) применяют механические торцовые УВ (рис. 5.4), однако они дороже манжет и имеют большие габариты. Радиальные эластомерные беспружинные манжеты применяют также для защиты внутренних полостей объектов от пыли и грязи (см. рис. 5.3,в). Большинство манжетных УВ армируют каркасом. Неармирован-ые манжс i ы (см. рис. 5.2,г) применяют, когда в ai pei ате возможен только торцовый способ установки или по условиям

Рис. 5.1. Классификация УВ

валов

Поворотных соединений mpySo-npoBodoS (рис 5.6)

Распределителей гидромашим (pucf.gj

Гернопередач му/рт (рис 1.9)

Пластмассовые ксльцевые (рис 5.з.а}

Торцовые механические

(рис S.i/)

Эластомерные манжеты торцовые (рис ! 3,1)

Зпастомерные манжеты радиальные

Для валов (рис 3.2)

Активного типа (рис 5.11)

Дли Втулок

(pucs.m

Для повышенного давления (рис 5. Щ


Рис. 52. Эластомерные радиальные манжеты с пружинами:

а - армированная; б - армированная с пыльником; в - армированная с открытым каркасом; г - неар-мированная; д - армированная с наружной кромкой для уплотнения втулок

монтажа необходимо деформировать манжету. Отличительной особенностью всех типов манжет при большом разнообразии исполнения корпусов является наличие губки с уплотняющей кромкой.


Рис. 5.3. Конструкции УВ: а - фторопластовое кольцо с пружиной; 6 - торцовая манжета; в - пылегрязезащитная манжета; г - манжета для уплотнения подшипников; д - фторопластовая манжета (2 - вал; 2 - уплотняющий элемент; 2- грязезащитный элемент; 2"- вспомогательное уплотнение-прокладка; i - браслетная нажимная пружина; 4 - корпус агрегата)

Манжетами обычно называют кромочные эластомерные уплотнения, реже - пластмассовые. Возможности уплотнений этой группы ограничены свойствами эластомерного материала: его температурным диапазоном, старением, износостойкостью, совместимостью со средами, поэтому при эксплуатации УВ в неблагоприятных для эластомеров условиях применяют более дорогие и крупногабаритные торцовые уплотнения (см. гл. 8).

УВ распределительных устройств гидромашин. Эти устройства обеспечивают коммутацию РЖ из рабочих камер насосов или гидромоторов в магистрали высокого и низкого давления. Их подразделяют на торцовые (аксиальные) и радиальные. УВ радиальных распределительных устройств являются разновидностью бесконтактных щелевых уплотнений, УВ аксиальных распределителей - разновидностью торцовых уплотнений с саморегулируемым зазором. Особенность этих УВ - конструктивное объединение УВ с блоком цилиндров гидромашины, которое обусловливает


Рис. 5.4. Торцовые УВ агрегатов автомобилей:

а - компрессора; б - водяного насоса (i - неподвижные элементы; 2 - вал; 3 - тор из композиционного материала; 4 - вспомогательное УН; 5 - пружина)




Рис. 5.5. Торцовый распределитель насоса: а - схематический продольный разрез; б - вид торца диска (штриховой линией показано положение окна блока на перемычке в момент коммутации рабочей камеры)

действие на УВ очень сложной системы сил.

Условия эксплуатации УВ распределителей отличаются высоким давлением (обычно Ртах = 40 МПа; иногда рах = = 65 МПа), значительной скоростью скольжения (и < 18 м/с) и 9 =-50... ...-1-150°С. Требования к герметичности умеренны, поскольку утечки происходят во внутренние полости машин и используются для смазывания и охлаждения пары трения (обычно Q « 10 ммДм • с), что соответствует классу негерметичности 5). РЖ обладают хорошими смазочными свойствами, не токсичны и не агрессивны. Основное требование к УВ - обеспечение наработки до (5...20) 10 ч без существенного увеличения утечек. Конструкция торцового распределителя показана на рис. 5.5. В неподвижном опорном диске 1 выполнены серпообразные каналы / и П, по которым РЖ отводится в гидромагистрали. Окна Б вращающегося блока цилиндров 2 последовательно перемещаются из полости / в полость , проходя перемычку 5, на которой полость А рабочей камеры изолирована от полостей /, . Утечки РЖ Qy происходят по торцовому зазору 5 между диском и блоком цилиндров. Задача расчета УВ сводится к определению сил, действующих на блок [4]. При этом давление пленки жидкости в зазоре на торец блока должно уравновешивать аксиальную нагрузку на блок и зазор должен быть ограничен (от долей микрометра до 2 мкм). При опре-

делении зазора необходимо учитывать деформации торцов блока и диска. Силовые и температурные деформации рассчитывают методом конечных элементов с помощью ЭВМ. Расчеты УВ распределителей отличаются от расчета торцовых уплотнений учетом более сложных конфигураций зазора и баланса сил.

УВ поворотных соединший. Для герметизации подвижных соединений трубопроводных магистралей, допускающих возвратно-вращательное движение элементов трубопровода, применяют эластомерные, пластмассовые, комбинированные кольца (радиальные УВ) или торцовые уплотнения. Пример радиального УВ показан на рис. 5.6, а, на котором зазор между подвижной частью 1 и неподвижной цапфой 3 герметизируется кольцом 2 из фторопласта, поджимаемым к расточке (детали /) давлением р жидкости в трубопроводе.

Недостатком данного Ув является возможная потеря герметичности при возникновении разрежения в полости (р < 0) и в момент запуска после продолжительной остановки. Для обеспечения контактного давления Рк > Р при любых условиях уплотнение должно иметь силовой элемент. На рис. 5.6,6 показана конструкция УВ, в котором уплотнительный элемент - кольцо 4

J 2 1


Рис. 5.6. УВ поворотного соединения: а - радиальное с фторопластовым кольцом; б - радиальное с эластомерным и фторопластовым кольцами; в - торцовое

Рис. 5.7. Уплотнение ограниченно подвижного соединения трубопроводов: I - подвижна* деталь; 2 - кольца-уплотнители; i - неподвижная деталь

из фторопласта - дополнительно прижимается к контртелу эластомерным кольцом 2. Другим примером УВ этого вида является комплект из двух фторопластовых колец с браслетной пружиной (см. рис. 5.3, а). Торцовое уплотнение трубопроодов (см. рис. 5.6, в) герметизирует соединение между подвижной частью I и неподвижной цапфой 5 с помощью кольца 2, поджимаемого давлением р и пружиной 5. Уплотнение рассчитано на высокое давление (50 МПа) и допускает некоторые осевые перемещения и перекосы соединяемых элементов, компенсируемые подвижной вдоль оси втулкой 4 с сферическим торцом [4]. Сопрягаемые поверхности деталей 1, 2 и 4 должны быть тщательно обработаны (погрешность формы менее 1 мкм). Это уплотнение является торцовым, оно рассчитано на высокое давление и малые скорости скольжения. Ограниченно подвижное в нескольких направлениях соединение трубопроводов (осевое перемещение, поворот, скручивание) герметизируют уплотнением, показанным на рис. 5.7. Здесь уплотнителем является эластомерное кольцо. Зазор между сферой и цилиндром, обработка посадочных мест должны соответствовать требованиям подвижных соединений кольцами круглого сечения.

Стандарты и технические условия. Ассортимент стандартизованных манжет (в основном по ГОСТ 8752 - 79), технические условия, требования к сопряженным деталям и пресс-формам приведены в каталоге-справочнике [70]. ГОСТ

8752 - 79 регламентирует резиновые армированные манжеты: однокромоч-ные, тип I (см. рис. 5.2, а) и однокромоч-ные с пыльником, тип II (см. рис. 5.2, б).

Манжеты армированные для автомобилей с открытым металлическим каркасом (см. рис. 5.2, в) и гидродинамическим (маслосгонным) рельефом кромки выпускают по ТУ 38-105185-71. По этим ТУ выпускают также манжеты с пыльником (см. рис. 5.2, б).

Уплотнения, встраиваемые в закрытые подшипники качения (см. рис. 5.3, г), выпускают по ТУ 38-105337-71 и ТУ 38-105579-73.

Манжеты грязесъемные и пылегрязе-защитные (см. рис. 5.3, в) выпускают по нормали ОН-13-250-68.

Зарубежные стандарты на манжеты: BSI 1399 (Великобритания); DIN 3760 (ФРГ); JIS В2402 (Япония); SMS 2290, 2291 (Швеция); SAE J ИОв, J 111в, J 946с, J 1002 (США).

5.2. Механизм герметизации и расчет манжетных уплотнений валов

Радиальные манжетные уплотнения с нажимной пружиной (см. рис. 5.2) при перепадах давлений 0,05 - 0,15 МПа являются самым распространенным типом уплотнений валов вследствие простоты и низкой стоимости, малых размеров, достаточной герметизирующей способности и возможности эксплуатации в контакте со многими средами. Эти свойства манжеты определяются удачным воплощением в малогабаритной конструкции преимуществ эластомерного уплотнения и браслетной пружины, которая имеет стабильные во всем температурном диапазоне параметры и не подвержена старению.

Возможности манжетных уплотнений ограничиваются свойствами резины. Прежде всего имеют значение ускоренное старение при высокой температуре и потеря высокоэластичности при низкой, а также механическое стеклование




шт Рс б)

Рис. 5.8. Схема сил, действующих на элемент радиальной манжеты

при больших частотах вращения. Отсюда следуют требования к ограничению температуры нагрева кромки и ее тщательному анализу, ограничению радиального биения валов и высокому качеству их обработки. Необходимо также анализировать возможности потери герметичности при низкой температуре и большой частоте вращения.

Допустимый температурный диапазон работы манжеты зависит от типа резины [70]. Манжеты из резины 1-й группы (например, 7-ИРП-1068-Зс на основе СКН-26) применяют для герметизации масел при 9 = -45...-Ь 120°С и и < < 10 м/с. Если в масле происходит повышенное набухание резины 1-й группы, применяют резину 2-й группы на основе СКН-40 при 9= -30...--120°С; время работы при 9 > 100 °С должно быть ограничено несколькими часами. Резины 3-й группы на основе СКН-18 или комбинации СКН-18 и СКН-26 (например, 7-В-14-1) наиболее морозостойки. Резины 4-й группы на основе СКФ-32 (ИРП-1314-1) стойки во многих синтетических жидкостях и предназначены для работы при 9 =-45...-ь 150°С и и < 20 м/с. Резины 5-й группы на основе наиболее теплостойкого каучука СКФ-26 (ИРП-1287, ИРП-1316) предназначены в основном для манжет, работающих в контакте с хлорированными углеводородами при 9 = -25... -f 175 °С и и < 35 м/с.


Таблица 5.1

Предельное радиальное биение 28 д и несо-осносгь посадочного места относительно оси вала Ее для армированных манжет

Рис. 5.9. Траектории движения точек кромки манжеты

Схема сил, действующих на элемент манжеты, показана на рис. 5.8, а. С валом контактирует узкая кромка губки манжеты, на которой создается (в основном пружиной) необходимое для герметизации контактное давление = р; = = 1,5...3,0 МПа. Под действием гидродинамических процессов на этой кромке возникает тонкая пленка смазочного материала, характерная для полужидкостной смазки.

В манжетах с нажимной пружиной давление р можно изменять в необходимых пределах, регулируя усилие пружины перед установкой манжеты. При неподвижном вале механизм уплотнительного действия этих манжет аналогичен механизму эластомерных УН. Материал кромки под действием давления Рк заполняет все поверхностные микронеровности вала, что предотвращает утечку. При вращении вала каждая точка уплотняющей поверхности кромки должна совершать радиальные перемещения для восстановления контакта с валом, сопряженные точки поверхности которого кроме основного движения по окружности совершают радиальные перемещения вследствие биений. Силы трения и адгезии увлекают участки кромки в направлении вращения. В результате этого точки уплотняющей кромки совершают сложные движения, траектории которых в режиме сохранения герметичности близки к элипсам (на рис. 5.9, а показаны результаты экспе-

Диаметр вала, мм

Частота вращения, мин

2ед, мм

До 80

0,12

До 500

0,20

80...150

0,15

500...1500

0,15

150...360

0,20

2000....3000

0,12*

1500...4000

0,08

360...500

0,25

Св. 5000

0,02*

По рекомендащ1ям работы [70].

риментов [67]). Движение от центра

происходит вследствие возмущающего воздействия поверхносги вала со скоростью набегания неровности поверхности. Движение к центру и против вращения происходит под действием упругих и высокоэластических напряжений со скоростью росстановления формы материала. На каждый элемент кромки действуют также силы инерции, возникающие при рассматриваемых движениях. При частоте вращения, выше предельной, кромка отрывается от вала - траектории меняются (рис. 5.9, б). Увеличение инерционных сил при значительном динамическом эксцентриситете также вызывает местный или полный отрыв кромки от вала, в результате чего появляются утечки. Допустимые отклонения формы вала указаны в табл. 5.1. Таким образом, появление утечек определяется отклонениями от круглости поверхности вала, частотой вращения и скоростью скольжения, динамическим Ед и статическим Ее эксцентриситетом, свойствами резины (скоростью восстановления формы, коэффициентом трения), свойствами жидкости, погрешностями установки манжеты. Такая система связей крайне усложняет аналитическое исследование процессов в кромке.

Важной причиной утечек через манжетные уплотнения является наличие статического и динамического эксцентриси-


Рис. 5.10. Области герметичности Г и малых утечек У в зависимости от динамического эксцентриситета и частоты вращения

тетов вала. Первый обусловливает неравномерность распределения давления р, по окружности кромки, второй - радиальные перемещения точек уплотняющей кромки при вращении вала. При наличии динамического эксцентриситета Ед поверхность вала совершает радиальные перемещения (биение) Аг = = Ед sin (ot, где со = 2яп/60; п - частота вращения, мин". Чтобы кромка уплотнения не отставала от вала, ее поверхность должна восстанавливать форму со скоростью t; > Уд = ЕдСО. Фактически при температуре несколько вьппе температуры стеклования влияние релаксации резины проявляется уже при > 0,1 м/с. При температуре, приближающейся к температуре стеклования резины ( - 35... ... - 40 °С), релаксационные процессы резины интенсифицируются, а скорость восстанавливаемости значительно уменьшается. Кроме того, биение вала вызывает появление инерционных сил в кромке, пропорциональных ускорению j = ЕдЮ, и снижение контактного давления. В результате совместного влияния релаксационных и инерционных воздействий на кромку при некотором сочетании Ед и п происходит разуплотнение вала (рис. 5.10 и 5.11).

Одной из существенных причин негерметичности манжет является неперпендикулярность (у) уплотняющей кромки к оси вала. Поверхность вала на его передней половине движется относительно перекошенной кромки так, что пленка жидкости увлекается валом из



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76