учебно-Методическое пособие

по лабораторной работе

«Уплотнения»

Минск 2002

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Уплотнительные устройства (уплотнения) применяет в подвижных и неподвижных соединениях конструкций для разделения сред с различными физическими свойствами и (или) параметрами.

Условия эксплуатации и уплотнений весьма разнообразны, т.к. они

применяются во всех областях техники, где возникает проблема герметизации. Очень часто именно степень герметизации определяет качественные показатели узлов и машин.

Полной стандартизированной классификации уплотнений пока не создано. Это объясняется, главным образом, многообразием видов уплотнений. Однако в научно-технической литературе, технической документации и производственной сфере сложилась определенная система понятий и терминов.

По назначению уплотнения подразделяют в соответствии с типом герметизируемого соединения.

Уплотнения для неподвижных соединений (УН) бывают постоянно и периодически действующими. Для герметизации подвижных соединений, передающих вращательное движение, применяютуплотнения типа УВ. Для возвратно-поступательного движения - УПС. Для соединений со сложными движениями - УС. В соответствии с принципом действия и отраслевой принадлежностью существует классификация уплотнений в следующих категориях:

1) классы - контактные, бесконтактные и разделительные;

2) подклассы - в соответствии с основными эксплуатационными

особенностями, определяющими свойства уплотнения: проточные, динамические, эластомерные, механические, набивочные, диафрагмовые и др.;

3) типы по назначению герметизируемого соединения: УН, УВ, УИС, УС;

4) группы - по особенностям механизма герметизации: щелевые, лабиринтные, вихревые, винтовые, кольцевые, манжетные и т.д.;

5) подгруппы - по основным конструктивным признакам: резиновые, резинотканевые, полимерные, металлические и др.;

6) виды - по конкретным конструкциям: кольцо резиновое, манжета, сальниковая набивка и т.д.

Нормальная работа гидропривода осуществляется только при надежном уплотнении (герметизации) всех его аппаратов или их элементов, через которые возможна утечка рабочей жидкости.

Уплотнительные устройства (уплотнения) предназначены для обеспечения герметичности соединений гидроустройств с целью предотвращения или уменьшения утечек жидкости через зазор в соединениях, а также защиты внутренних полостей и гидроустройств от проникновения частиц загрязнения, влаги и воздуха из внешней среды. Уплотнительное устройство в общем случае состоит из рабочих элементов, сопрягаемых деталей соединений (например, золотника и корпуса), уплотнителя и вспомогательных элементов.

Уплотнитель - это деталь контактного уплотнительного устройства, находящаяся в контакте с сопрягаемыми деталями и препятствующая перетеканию рабочей среды через зазоры между сопрягаемыми деталями.

В бесконтактных уплотнениях уплотнителем является разделительная среда (жидкая, газообразная или композиционная), заполняющая полость уплотнения.

К вспомогательным деталям уплотнительного устройства от-

носятся детали, обеспечивающие нормальную работу уплотнителей

(защитные, нажимные, опорные кольца и др.).

Для предохранения рабочих полостей гидроустройств от проникновения частиц загрязнения, влаги и воздуха из внешней среды предназначены грязесъёмники и пыльники. Номенклатуру показателей качества резиновых контактных уплотнений устанавливает ГОСТ 4.17-80.

К показателям назначения, определяющим область применения уплотнителей, относятся работоспособность в среде рабочей жидкости, интервал рабочих температур и давлений жидкости, диапазон относительных перемещений (линейная скорость, частота вращения и т.д.), допускаемые силы трения. При низких температурах эксплуатации уплотнителей наблюдается усадка резины и потеря эластичности уплотнений, при высоких - старение резины и быстрая потеря эластичности. Скорость относительного перемещения в уплотнительных устройствах обусловливает температуру в зоне

контакта уплотнения и тем самым влияет на физико-механические

показатели резины.

К показателям назначения уплотнителей, определяющим герметичность соединения, относятся степень герметичности и контактное напряжение. Выбор степени герметичности гидроустройства определяется его назначением в гидроприводе и важностью задач, выполняемых гидроприводом. Контактное механическое напряжение в уплотнительном устройстве с увеличением давления рабочей жидкости увеличивается, однако при этом из-за наличия

уплотнителей в подвижных соединениях увеличиваются силы трения, а в неподвижных соединениях возникает возможность выдавливания уплотнителей в зазор.

К показателям назначения, характеризующим конструкцию уплотнителей, относятся допуски и размеры уплотнителя (пресс-формы), отклонения от геометрической формы сечения и взаимного расположения поверхностей уплотнителей и т.д.

К показателям назначения, характеризующим сопрягаемые детали и точность сборки, относятся внешний вид поверхности сопрягаемых деталей (например, вала, штока и т.д.), предельные отклонения размеров, шероховатость поверхности и точность сборки.

Качество упругих резиновых уплотнителей зависит от физико-механических показателей выбранной резины (относительное удлинение при разрыве, твердость, истираемость, относительная остаточная деформация сжатия и др.).

Кроме показателей назначения большое значение имеют показатели надежности (например, ресурс, срок службы, срок сохраняемости и др.), а также экономические показатели (стоимость и др.) уплотнителей.

2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ГИДРОУСТРОЙСТВА УПЛОТНИТЕЛЬНЫМИ КОЛЬЦАМИ

Уплотнительное кольцо - радиальный или осевой (торцовый) уплотнитель в виде кольца, применяемый в подвижных и неподвижных соединениях.

Тип уплотнения выбирают в зависимости от рабочего давления в гидросистеме (ГС), характера соединения (подвижное или неподвижное) и назначения механизма, определяющего допустимую утечку и потери на трение.

Резиновые кольца отличаются простотой конструкции, минимальными размерами, возможностью герметизации радиального соединения независимо от направления действия давления, широкой универсальностью, низкой стоимостью, хорошей герметичностью. Однако их недостатком является ограниченная долговечность работы в подвижных соединениях. В гидроустройствах используют резиновые уплотнительные кольца круглого, прямоугольного, овального, V - образного и Х - образного сечений. Наиболее широкое распространение в объемных гидроприводах получили уплотнительные кольца круглого сечения (ГОСТ 9833-73), которые предназначены для работы при давлении до 50 МПа в неподвижных соединениях и до 32 МПа в подвижных соединениях в средах нефтяных жидкостей и водных эмульсий.

Скорость относительного перемещения деталей уплотнительных устройств до 0,8 м/с. Материал уплотнительных колец – резиновая маслостойкая смесь.

Для размещения уплотнительного кольца в изделии предусматривают место установки - кольцевую канавку определенных размеров. Глубину канавки выбирают такой, чтобы кольцо было обжато по поперечному сечению на определенную величину. Обжатие оценивают коэффициентом предварительного сжатия (в процентах) Е = (d-h)∙100/d, где d - диаметр сечения кольца в свободном состоянии. Коэффициент предварительного сжатия обычно принимают равным 10...35%. Канавку выполняют шириной b, приблизительно на 20...25% большей диаметра d. Параметры шероховатости поверхностей сопрягаемых деталей выбирают исходя из назначения соединения: для неподвижного Ra ≤ 1,6 мкм, для подвижного Ra ≤ 0,20 мкм.

Рис. 1. Канавки под резиновые кольца круглого сечения

Резиновые уплотнительные кольца круглого сечения имеют две группы точности (1 - для подвижных соединений, 2 - для неподвижных соединений) и могут изготавливаться из резины различных групп (технические требования по ГОСТ 18829-73).

При монтаже уплотнительного устройства уплотнительное кольцо подвергается сжатию, при котором возникает механическое контактное напряжение (рис.2).

При действии высокого давления жидкости уплотнительное кольцо находится в месте установки в состоянии дополнительного сжатия под действием контактного напряжения и давления жидкости (σ_к + Р₀) (рис. 2, в).

При зазоре более 0,02 мм и некотором давлении Р > Р₀ уплотнительное кольцо может выдавливаться в зазор и разрушаться. Для предотвращения разрушений устанавливают защитные кольца из более твердого материала, например фторопласта, полиамида и др. (рис. 2, г). Защитные кольца устанавливают в неподвижных соединениях при Р > 18 МПа, в подвижных - при Р > 10 МПа.

Для исключения срезания колец при сборке изделий в конструкции деталей предусматривают заходные фаски под углом 30° (рис. 3, а). При

сборке рекомендуется смазывать трущиеся поверхности уплотнений тонким слоем смазочного материала.

Рис. 2. Схемы работы уплотнительных колец круглого сечения: а- в свободном состоянии; б – после установки; в – под давлением или в движении; г – с защитным кольцом.

Рис. 3. Схемы установки уплотнительных колец:

а – радиальных; б - осевых (торцовых).

Осевые (торцовые) уплотнения (рис. 3, б) по сравнению с радиальными (рис. 3, а) имеют следующий недостаток: при раскрытии стыков соединений предварительное контактное напряжение резко уменьшается и герметизация соединений нарушается. Шифр обозначения резиновых колец показан на рис. 4.

Рис.4. Шифр обозначения резиновых уплотнительных колец круглого сечения по ГОСТ 9833-73.

Рис. 5.Схемы установки уплотнительных колец.

3. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

3.1. Резинометаллические уплотнения торцовые с тарельчатыми пружинами

Для герметизации торцовых разъемов корпусов, работающих при высоких давлениях и широком диапазоне температур, где обычные уплотнения (кольца, прокладки и др.) не обеспечивают герметизацию на длительный период времени, применяют торцовые резинометаллические уплотнения (РУТ) (рис. 6, а). Они представляют собой тонкостенную резиновую оболочку 2, внутри которой установлены тарельчатые пружины 3 с шайбой 4, которая служит для облегчения подбора пружин с заданной удельной нагрузкой (нагрузка в месте контакта Р = 150 Н/см²) и для ограничения деформации пружин. Защитное кольцо 1 г-образного профиля предотвращает выдавливание резиновой оболочки при динамическом раскрытии стыка соединения до 0,1 мм.

РУТ разработаны для условных диаметров Dу = 4...100 мм. В среде масел типа МГЕ эти уплотнения работоспособны в диапазоне температур от -60° до +130°С при давлении до 63 МПа. Ресурс работы РУТ 10 циклов пульсаций давления до 32 МПа в течение 13,8 лет.

3.2. Герметизация неподвижных соединений с помощью прокладок и прокладочных материалов

К прокладочным уплотнениям относятся уплотнения различных видов, предназначенные для герметизации фланцевых соединений:

- плоские (листовые) прокладки для герметизации разъемов корпусов машин в условиях низкого давления (рис.6);

- плоские кольцевые прокладки, которые могут применяться в различных конструкциях сопряжений: открытых (рис. 6, з), закрытых замком (рис. 6, ж) и закрытых в канавке типа «паз-шип» (рис. 6, е);

- линзовые прокладки (рис. 6, д) для уплотнений линейного контакта конус-сфера;

- гребеньчатые прокладки (рис. 6, г), имеющие острые кольцевые выступы;

- металлические рессорные прокладки, например и Z - и К - образного профиля (рис. 6, в, б), и другие типы прокладок, называемые специальными.

Рис.6. Уплотнения и способ установки уплотнений неподвижных соединений.

В качестве материалов для изготовления прокладок выбирают эластомеры (резина), полимеры и др.

Материалы прокладок выбираются прежде всего исходя из совместимости рабочей и окружающих сред и подразделяются на группы:

- эластомерные (резиновые);

- полимерные;

- композиционные неметаллические на основе бумаги, асбеста и других материалов;

- металлические;

- комбинированные.

Механизм герметизации прокладками всех групп характеризуется наличием в месте контакта уплотнения с фланцем контактного давления или, проще говоря, действием усилия обжатия уплотнения. С точки зрения процессов, которые протекают в зоне контакта, рассмотренные материалы характеризуются модулем упругости, твёрдости, температурным коэффициентом линейного расширения, пористостью и другими параметрами.

3.3. Герметизация резьбовых соединений

На рис. 7 показаны способы уплотнений резьбовых соединений кольцами. Ввиду того, что при завёртывании этих соединений прокладки подвергаются действию сдвига и деформации, материал прокладок должен обладать эластичностью и упругостью.

Рис. 7. Способы герметизации резьбовых соединений с помощью колец.

Самый простой способ уплотнения резьбовых соединений (штуцеров, пробок) - смазывание витков резьбы герметиками - составами, которые при взаимодействии с воздухом полимеризуются и становятся эластичной массой. Однако при этом способе затрудняется демонтаж деталей вследствие «прилипания» герметизирующего состава к резьбе после некоторого периода эксплуатации.

Применяются способы уплотнения резьбовых соединений упругими прокладками, которые выполняются из цветных металлов - алюминия, меди и т.д. В конструкции (рис. 8, а) прокладка подвержена воздействию силы затяжки. Чтобы исключить раздавливание прокладки, её необходимо выполнять из твердого и упругого материала или ограничивать силу затяжки.

В конструкции (рис. 8, б) прокладка заключена в замкнутое кольцевое пространство, образованное выточкой в корпусе. В данном случае допустимо, чтобы материал прокладки деформировался и выдавливался в зазоры данного соединения. Это улучшает герметизацию соединения.

Рис. 8. Способы герметизации резьбовых соединений упругими прокладками.

Резьбовые соединения герметизируются также за счет создания натяга в резьбовом соединении. Существует два варианта. Первый - это изготовление внутренней и наружной цилиндрической резьбы, которые при сборке обеспечивают соединения с натягом. Второй вариант - это коническая резьба по ГОСТ 6111-52, которая обеспечивает натяг за счет своей конструкции (упругая деформация витков резьбы при завинчивании).

Уплотнения легкосъёмных крышек, например крышек смотровых люков, откидных дверок, устанавливаемых на петлях, шарнирах и т.д., имеют некоторые особенности. Сила прижатия в этом случае обычно невелика: затяжка (в особенности у откидных дверок) неравномерна. Такие крышки обычно уплотняют толстыми прокладками из мягких, легко сжимаемых материалов (мягкой резины, пластиков, пробки). Для удобства пользования прокладку укрепляют на одной из соединяемых деталей вулканизацией, на клею или механическими способами.

В конструкциях (рис. 9 а, б) уплотнение достигается толстой прокладкой из мягкой резины, которая приклеена к крышке. На рис. 9. в изображена штампованная крышка. В этом случае прокладка крепится в специальном углублении крышки. Крепление прокладки возможно без клея, но так, чтобы прокладка удерживалась в пазу при снятии крышки. На рис. 9. г. уплотнение крепится к крышке, а на корпусе по периметру выполнены канавка 1 и отверстия 2 для отвода смазки, которая просочилась через уплотнения.

Рис. 9. Способы герметизации легкосъемных крышек.

4. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ МАНЖЕТ

Манжеты для герметизации возвратно-поступательного движения могут быть V-образного и Х-образного поперечного сечения. Для герметизации подвижных соединений гидроцилиндров (штока с крышкой и поршня с гильзой) применяют V-образные манжеты (рис. 10, а) из резины или полимерных материалов. Лепестки 1 и 2 при монтаже деформируются до размеров D и d под действием сил упругости материала и давления рабочей среды (давление должно разжимать лепестки манжеты) обеспечивают достаточное прижатие к сопрягаемой поверхности и не требуют дополнительных распорных устройств или деформации.

Рис. 10. Уплотнительные манжеты: а - по ГОСТ 14896-84; б - по ГОСТ 8752-79 тип 1; в - по ГОСТ 8752-79 тип 2.

На рис. 11 показаны различные способы установки манжет V-образного поперечного сечения. На рис. 11, а манжета установлена в корпусе и препятствует утечке масла в сопряжении штока и корпуса. В отверстии корпуса выполнены выточки (рис. 11, а), через которые давление воздействует на лепестки манжеты и плотнее прижимает их к штоку и корпусу.

Рис. 11. Способы установки манжет и грязесъемников

Манжеты работают с незначительной силой трения и поэтому долговечны, однако требуют высокой точности и качества изготовления сопрягаемых поверхностей.

Манжетным уплотнениям характерно то, что они работают только одной стороной и одна манжета может обеспечить герметичность контакта поршня с гильзой только в цилиндре одностороннего действия.

Для уплотнения поршней в гидроцилиндрах двухстороннего действия необходимо устанавливать по две манжеты.

V-образные манжеты стандартизованы (ГОСТ 14896-84) и предназначены для уплотнения деталей гидроцилиндров, перемещающихся со скоростью до 0,5... 1,5 м/с при давлении до 50 МПа, рабочий диапазон температуры - 60... + 200 °С и частота срабатывания - до 0,5 Гц. В случае высоких давлений (более 10 МПа) при применении манжет предусматриваются защитные кольца из фторопласта для предупреждения выдавливания кромки манжеты в зазор между поршнем и гильзой. Достоинством манжет является то, что в процессе эксплуатации они не требуют дополнительного регулирования.

В зависимости от конструкции и рабочего давления манжеты разделяются на три типа: 1-й и 3-й тип для давления до 50 МПа; 2-й тип для давления до 32 МПа. Для работы с минеральными маслами в зависимости от условий работы применяются манжеты, изготовленные из различных групп резины: 0, 1, 2а, 2б и 4.

Долговечность работы манжеты обеспечивается не только работой в требуемых диапазонах температур и давлений, но и соблюдением определенных требований при монтаже и эксплуатации:

- при сборке уплотнительного узла необходимо исключить попадание в рабочую зону механических частиц размером более 25 мкм;

- уплотнительный узел должен быть защищен от попадания загрязнения в процессе работы;

- тонкость фильтрации масла должна быть не грубее 25 мкм;

- манжету, извлеченную из гнезда, повторно желательно не применять, т.к. при демонтаже она обычно получает механические повреждения;

- движущиеся поверхности, контактирующие с манжетами, рекомендуется термообработать до твердости 50 НRC и желательно хромировать, шероховатость их должна быть R_a = 0,16 мкм;

- при монтаже места установки и трущиеся поверхности следует смазать тонким слоем консистентной смазки или маслом, используемым в гидроприводе;

- для предотвращения механических повреждений лепестков манжеты о выступы канавки, резьбу и т.д. сопрягаемых деталей применяют специальные монтажные втулки;

- гнездо и шток должны иметь заходные фаски 15-30°. Манжеты с внутренним диаметром более 76 мм могут монтироваться в закрытых канавках поршня (рис. 11), причем при монтаже кратковременное растяжение манжет не должно превышать 25%.

Шифр обозначения манжет по ГОСТ 14896-84 приведен на рис. 13,

Рис. 13. Шифр обозначения манжет по ГОСТ 14896-84.

Манжеты армированные для валов по ГОСТ 8752-79 (рис. 10, б, в) служат для уплотнения валов при избыточном давлении внутри корпуса до 0,05 МПа при окружных скоростях до 20 м/с и температуре 45 - 50°С в зависимости от группы резины.

Манжета состоит из корпуса 1, выполненного из материала уплотнения, металлической арматуры 2, предназначенной для увеличения жесткости уплотнения, браслетной или нажимной пружины 3, которая предназначена для создания радиального усилия на губке манжеты и предварительного прижатия губки к валу. Манжеты изготавливаются двух типов:

I - однокромочные (рис. 10, б) и II - двухкромочные (рис. 10, в), а также двух исполнений: 1- с механически обработанной кромкой по внешнему диаметру D; 2 - с формованной кромкой. Кроме этого, манжеты могут изготавливаться из резины шести групп в зависимости от диапазона температур и гидравлического или смазывающего масла. Максимальные скорость и давление, допускаемые для манжет данного типа, ограничиваются нагревом лепестка манжеты в результате трения.

При соблюдении правил эксплуатации уплотнительных узлов утечка через манжету не превышает 0,1 см³/час.

Повышенная утечка масла может возникнуть при различных условиях, например, повреждениях лепестка или вала (коррозия, царапины и т.д.) при запрессовке, попадании в зону контакта грязи и пыли, а также при радиальном биении вала, которое не должно превышать 0,15-0,08 мкм для частот от 1000 до 5000 мин^-1. Рекомендуемый параметр шероховатости вала Rа = 0,32 мкм, твердость 48-53 НRС.

Остальные рекомендации по монтажу манжет аналогичны рекомендациям для манжет по ГОСТ 14896-84.

Шифр обозначения манжет по ГОСТ 8752-79 показан на рис. 14.

Рис. 14. Шифр обозначения манжет по ГОСТ 8752-79/

5. УПЛОТНЕНИЯ ШЕВРОННЫЕ РЕЗИНОТКАНЕВЫЕ

ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ПО ГОСТ 22704-77

Уплотнения данного типа предназначены для герметизации узлов с возвратно-поступательным движением (плунжеры, поршни и -т.д.) при давлении до 63 МПа, скорости до 3 м/с и температуре - 50 + 100°С.

Уплотнение (рис. 15) состоит из кольца опорного 1, манжет 2 и кольца нажимного 3, причем количество манжет зависит от давления: при р < 6,3 МПа количество манжет n =3, при 6,3 < р < 10 n = 4.

Размер d соответствует диаметру уплотняемого штока, D – диаметру цилиндра, Н - зависит от числа манжет в пакете.

Рис. 15. Уплотнение шевронное резинотканевое по ГОСТ 22704-77.

Для изготовления уплотнения применяют резины группы 1 (-30°С < t < +70°С), группы 2 (-50°С < t < +100°С).

Регулирование усилия прижима манжет к штоку (обеспечение герметичности), в случае появления утечек масла после небольшого изнашивания манжет, осуществляется следующим образом (рис. 16, а). Удаляется одна из прокладок П, затем узел собирается и зажимается до упора. Вследствие того, что прокладок стало меньше, нажимное кольцо смещается в осевом направлении. При этом манжеты распираются и сильнее прижимаются к штоку.

Конструкции уплотнительных узлов представлены на рис. 16. Усилие прижима регулируется с помощью фланца 1 (рис. 16, а) или гайки 1 (рис. 16, б). Данное уплотнение не может центрировать шток, поэтому необходимо в любой конструкции обеспечивать центрирование, которое можно осуществить с помощью фланца 1 (рис. 16, а), корпуса 2 (рис. 16, б) или втулки 4 (рис. 16, в), в которой для улучшения работы манжет может быть сделана канавка. Кроме приведенных существует еще множество конструкций, которые обеспечивают нормальную работу и регулировку шевронных уплотнений. Шифр обозначения показан на рис. 17.

Рис. 16. Конструкции уплотнительных узлов с шевронными уплотнениями

Рис. 17. Шифр обозначения шевронных уплотнений по ГОСТ 22704-77.

6. ЗАЩИТА ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ ОТ ПЫЛИ И ГРЯЗИ.

ГРЯЗЕСЪЕМНИКИ РЕЗИНОВЫЕ ПО ГОСТ 24811- 81

Грязесъемники предназначаются для очистки от грязи и пыли поверхности штоков во время движения штока в цилиндр. Грязесъемники изготавливаются четырех основных типов:

1 - закрепленные во фланцевых соединениях (рис. 19, а);

2 -устанавливаемые в посадочные места (рис. 19, б);

3 - комбинированные (резиновое основание и фторопластовый скребок) (рис. 19, в);

4 - закрепленные запрессовкой в посадочные места (рис. 19, г).

Пример условного обозначения грязесъемника - на рис. 18.

Рис. 18. Шифр обозначения грязесъемников по ГОСТ 24811-81.

Рис. 19. Грязесъемники резиновые для штоков по ГОСТ 24811-81:

а - тип 1; б- тип 2; в - тип 3; г - тип 4.

7. КОЛЬЦА ПОРШНЕВЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

Кольца поршневые по ОСТ 2 А54-72 (рис. 21, б) применяются для уплотнения поршней гидравлических цилиндров, работающих при возвратно-поступательном движении со скоростью до 7,5 м/с в гидросистемах с рабочим давлением до 50 МПа. Кольца изготавливаются из чугуна марки СЧ 20 ГОСТ 1412-79. Кольцо имеет замок - прорезь под углом 45° к его оси. В свободном состоянии ширина замка равна δ₁, а при установке поршня в цилиндр кольцо деформируется таким образом, что зазор δ не превышает нескольких десятых долей миллиметра. Зазор необходим для монтажа кольца в канавку поршня, а также для компенсации тепловых деформаций деталей цилиндра и самого кольца. В процессе работы уплотнения герметичность соединения по диаметру D между наружной цилиндрической поверхностью кольца и зеркалом цилиндра обеспечивается упругостью кольца и давлением рабочей жидкости, действующей на его внутреннюю цилиндрическую поверхность. Поршневые кольца могут работать при высоких давлениях и скоростях, отличаются большой долговечностью (8-10 лет), имеют незначительные размеры и низкую стоимость. К преимуществам поршневых колец можно отнести также возможность нормальной работы в случаях, когда на зеркальце цилиндра выполнены отверстия или канавки и весьма низкий уровень силы трения (Н).

Р_ТР = π∙D∙B∙μ∙(n∙P_K + P),

где: D - диаметр поршня, мм;

В - ширина кольца, мм;

μ - коэффициент трения кольца, μ = 0,07 – 0,15 (увеличивается при уменьшении скорости движения);

n - количество колец на поршне;

Р - давление масла;

Р_К - контактное давление поршневого кольца, МПа. Значения Р_К в зависимости от диаметра цилиндра D даны ниже (табл. 1).

Таблица1

D,мм
РК, МПа	0,202	0,167	0,165	0,129	0,145	0,119	0,133	0,115	0,12
D,мм
РК, МПа		0,136	0,109	0,105	0,102	0,081	0,076	0,073	0,07

При применении поршневых колец возрастают требования к точности обработки зеркала цилиндра (т.к. кольцо не может скомпенсировать местные неровности, овальность, огранку и т.п. при использовании этого типа уплотнения), неизбежна определенная утечка масла через замок, хотя величина этой утечки обычно незначительна.

Основные размеры поршневых колец приведены в табл. 1, а размеры канавок для их монтажа - на рис. 21, а. В зависимости от диаметра цилиндра и рабочего давления в гидросистеме для уплотнения поршня устанавливается от двух до девяти колец (табл.2), причём замки каждой пары соседних колец поворачивают один относительно другого на угол 180°.

Таблица 2.

Рекомендуемое количество поршневых колец для уплотнения поршня.

Рабочее давление, МПа	Диаметр цилиндра, мм
40-45	50-90	100-125	140-180	200-250	280-360	400-500	560-630
6,3

Рис. 20. Схемы изменения давления при уплотнении поршневыми кольцами.

Рис.21. Поршневые кольца по ОСТ 2А 54-72:

а) пример установки поршневого кольца; б) кольца в свободном и рабочем состоянии.

8. ЩЕЛЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

Щелевые уплотнения предназначены для ограничения перетоков жидкости или газов из области высокого давления в область низкого давления через подвижные и неподвижные соединения.

В настоящее время используют разнообразные щели, представляющие собой кольцевые каналы с зазором малой высоты (от нескольких микрометров до 1 миллиметра).

В зависимости от формы уплотнительных поверхностей различают торцовые щели (рис. 22, а) с зазором δ, образованные боковыми поверхностями дисков и корпусных деталей, и радиальные (осевые) (рис. 22, б), образованные поверхностями вращения втулок.

В целях повышения гидравлического сопротивления применяют многощелевые уплотнения. Щелевые уплотнения с гладкими поверхностями могут работать в жидкостях и газах при перепадах давления до 100 МПа и более при предельно высоких скоростях скольжения и практически без ограничения по температуре.

Для повышения гидравлического сопротивления щелей на уплотнительных поверхностях выполняют кольцевые канавки разнообразных форм, причем канавки могут наноситься на валу, на ступице, а также на обеих частях сопрягаемых поверхностей (рис. 22, в, г, д).

Щелевые уплотнения с канавками, резко изменяющими проходное сечение канала, называют лабиринтными уплотнениями. При работе в жидкостях увеличение гидравлического сопротивления по сравнению с гладкими достигается за счет потерь давления на вихреобразование в камерах при резком расширении и потерь на входе узких участков щелей.

В связи с этим лабиринтные уплотнения эффективны для жидкостей при высоких числах R_e (R_e < 400...500).

Кроме рассмотренных выше уплотнений применяются и много других, которые рассмотрены в специальной литературе [1]-[16].

Рис. 22. Конструкции щелевых уплотнений.

Литература

1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник /Л.А. Кондаков,

А.И. Голубев, В.В. Гордеев и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1994. - 448 с.

2. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

3. Богданович Л.Б. Гидравлические приводы. -Киев: Вища школа, 1980.-231 с.

4. Гидроприводы и гидрооборудование в станкостроении/ А.Я.Оксененко, Ф.А. Наумчук, Ф.И.Гендельман и др. - М.: НИИМаш, 1982.-112 с.

5. Кузнецов В. Г. Приводы станков с программным управлением. - М.: Машиностроение, 1983. - 248 с.

6. Машиностроительный гидропривод /Под ред. В.И. Прокофьева. -М.: Машиностроение, 1978. -495 с.

7. Металлорежущие станки /Под ред. В.Э.Пуша. - М.: Машиностроение, 1985. -575 с.

8. Металлорежущие станки /Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С.Никулин и др. - М.: Машиностроение, 1980. - 288 с.

9. Металлорежущие станки и автоматы /Под ред. А.С. Проникова. - М.: Машиностроение, 1981. - 479 с.

10. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. - 3-е изд. - М.: Машиностроение, 1995. - 448 с.

11. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам /Под ред. Б.Б. Некрасова. - Мн.: Выш. школа, 1985.

12. Столбов Л.С., Перова А.Д., Ложкин О.В. Основы гидравлики и гидропривод станков. - М.: Машиностроение, 1983. - 256 с.

13. Никитин О.Ф., Холин К.М. Объемные гидравлические и пневматические приводы. - М.: Машиностроение, 1981. - 269 с.

14. Холин К.М., Никитин О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. -М.: Машиностроение, 1989. -264 с.

15. Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидропневмоавтоматики. - М.: Машиностроение, 1979. - 232 с.

16. Юшкин В.В. Основные расчеты объемного гидропривода. - Мн.: Выш. школа, 1982. - 94 с.

Содержание
1. Общие сведения и классификация уплотнительных устройств
2. Обеспечение герметичности гидроустройства уплотнительными кольцами
3. Герметизация неподвижных соединений
3.1. Резинометаллические уплотнения торцовые с тарельчатыми пружинами
3.2. Герметизация неподвижных соединений с помощью прокладок и прокладочных материалов
3.3. Герметизация резьбовых соединений
4. Герметизация с помощью уплотнительных манжет
5. Уплотнения шевронные резинотканевые для гидравлических устройств по ГОСТ 22704-77
6. Защита движущихся частей от пыли и грязи. Грязесъемники резиновые по ГОСТ 24811-81
7. Кольца поршневые металлические
8. Щелевые уплотнения
Литература

О-образное уплотнение

Уплотнение SRA

Пример обозначения:

Тип	Dn		t	b	Материал
SRA		-	5,1	-	2,0	PTFE 528

Кольцевое уплотнение SPR

Пример обозначения:

Тип	d1		d2	Материал
SPR	20,3	-	2,4	PTFE 528

У-образное уплотнение NI 150

Пример обозначения:

Тип	dn1		Dn1		b1	Материал
NI 150		-		-		80 NBR 878

У-образное уплотнение NI 250

Пример обозначения:

Тип	dn1		Dn1		b1	Материал
NI 250		-		-		80 NBR 878

Compact seal slip ring (SL/SLH)

Пример обозначения:

Тип	dn1		Dn1		b1	Материал
SL		-		-		PTFE 551-72 NBR 872
SLH		-		-		PA 4604-72 NBR 872

Compact seal sleeve ringTFMI

Пример обозначения:

Тип	dn1		Dn1		b1	Материал
TFMI		-	57,2	-	3,8	PTFE 552/60-72 NBR 872

Hat packing without spring

Пример обозначения:

Тип	dn1		Серийный №	Материал
H		-		88 NBR 101

Hat packing with spring

Пример обозначения:

Тип	dn1		Серийный №	Материал
H		-		88 NBR 101

Rod guide ring DFI

Пример обозначения:

Тип	dn1		Dn1		b1	Материал
DFI		-		-		PF 48 M

Compact seal TESKO

Пример обозначения:

Тип	Dn1		dn1		b1	Материал
TESKO		-		-	10,4	PTFE 537/25 60 NBR 181

Compact seal TESKO H

Пример обозначения:

Тип	Dn1		dn1		b1	Материал
TESKO H		-		-	7,6	PTFE 551/15-85 NBR 114998

Compact seal sleeve ring TFMA

Пример обозначения:

Тип	Dn1		dn1		b1	Материал
TFMA		-	67,8	-	7,3	PTFE 552/60-72 NBR 872

U-packing NA 150

Пример обозначения:

Тип	Dn1		dn1		b1	Материал
NA 150		-		-	8,5	80 NBR 878

U-packing NA 250

Пример обозначения:

Тип	Dn1		dn1		b1	Материал
NA 250		-		-		80 NBR 878

U-packing NA 400

Пример обозначения:

Тип	Dn1		dn1		b1	Материал
NA 400		-		-		80 NBR 878

Дата добавления: 2015-07-21