Для сравнения следует указать, что в США принята следующая чистота обработки поверхностей уплотнительной пары (в среднеквадра­ тичном исчислении): шток поршня или отверстие цилиндра— 16 микро­ дюймов (соответствует V 9); канавки под кольца — 32 микродюйма (соответствует V 8).

Распространено мнение, что при слишком чистой обработке условия трения ухудшаются, так как микронеровности поверхности с более гру­ бой обработкой удерживают смазку. Однако испытания показали, что в распространенном диапазоне чистоты обработки в пределах от У8 до V10 качество поверхности не оказывает влияния на трение и износ.

При изготовлении деталей уплотнительного узла необходимо обра­ тить особое внимание на чистоту поверхностей граней (кромок) канав­ ки, в которую помещается кольцо, так как малейшие зазубрины, цара­ пины, следы резца и другие ее дефекты вызывают ускоренный износ кольца.

Поверхности канавки под уплотнительные кольца, а также поверх­ ности, по которым скользят или с которыми соприкасаются резиновые кольца, не должны покрываться кадмием, медью или цинком.

На поверхностях уплотнительного кольца, контактирующих с уплот­ няемыми поверхностями штока и цилиндра, не должно быть облоя (тех­ нологических заусенцев). Для этого прессформу, в которой прессуются кольца, рекомендуется выполнять так, чтобы ее разъем был смещен на 45° от плоскости симметрии кольца. Рабочие поверхности прессформы должны быть обработаны с чистотой SJ9—10 и хромированы. Для устра­ нения деформации под действием высокого давления при прессовании прессформы должны быть достаточно жесткими. При расчете размеров в прессформах следует учитывать усадку резины, величина которой для резины марки 3826 может быть равна 1,5% и для марки В-14— 1,2%.

При проектировании уплотнительного узла должна быть обеспечена жесткость деталей, поскольку деформация их может привести вследствие изменения размеров зазоров к потере герметичности и к выходу из строя уплотнительного элемента. Последнее особенно важно в подвижных со­ единениях гидроагрегатов высокого давления.

УПЛОТНЕНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ

Уплотнения вращающихся валов осуществляется двумя способами: уплотнением по окружности вала (радиальное уплотнение) и уплотне­ нием по поверхностям, перпендикулярным оси вала (торцовое или меха­ ническое уплотнение).

УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ТИПА

В самолетной практике получили распространение уплотнения ра­ диального типа, которые составляют 80—85% всех изготовляемых уп­ лотнений этого назначения, причем в основном уплотнительный их эле­ мент (манжета) изготовляется из резины и реже из кожи и других ма­ териалов. На рис. 373 представлены конструктивные схемы типовых манжет из резины (рис. 373, а и б), и кожи (рис. 373, в).

Уплотнения с резиновыми манжетами а в основном отличаются друг от друга местом расположения металлического каркаса с, служа­ щего для увеличения жесткости манжет. Каркас располагается с внеш­ ней (рис. 373, а) и внутренней (рис. 373,6) стороны манжеты, а также заделывается в некоторых случаях внутрь манжеты. Если предусмотре­ на смена уплотнения, расположение металлического каркаса с внутрен­ ней стороны и внутри тела манжеты предпочтительнее внешнего его расположения, так как в этом случае при смене манжеты не будет портиться поверхность гнезда корпуса.

443

Рассмотренные выше способы и средства уплотнения узлов с воз­ вратно-поступательным движением в значительной степени можно отнес­ ти и к уплотнению вращающихся соединений (валов). Однако условия работы уплотнительных соединений с вращательным и возвратно-посту­ пательным движением различны. Основным отличием является то, что

Рис. 373. Схемы манжет для уплотнения вращающихся валиков

в уплотнительных соединениях с вращательным движением (см. рис. 373) контакт уплотнительного кольца (манжеты) с металлической поверхностью вала происходит постоянно по небольшой поверхности, что при высоких окружных скоростях приводит к значительному нагреву контактирующих поверхностей вала и уплотнения.

Ввиду этого создание надежного вращающегося уплотнительного соединения представляет известные трудности, основными из которых являются обеспечение срока службы уплотнительного элемента и со­ прикасающейся с ним парной детали, который во многом зависит от под­

вала 7 м/сек величины 110° С.

Более высокая температура внешней уплотнительной манжеты яв­ ляется следствием плохой ее смазки и ухудшенного отвода тепла. В свя­ зи с высокими температурами внешняя манжета скоро выходит из строя, поэтому применение в уплотнительном узле двух и более манжет прак­ тически не повышает его надежности.

444

Учитывая столь большой перепад температур следует при выборе рабочих параметров манжетного уплотнения вращающегося вала исхо­ дить не из температуры жидкости в баке гидросистемы, а из фактиче­ ской температуры в месте контакта кромки манжеты с валом, превыше­ ние которой над температурой масла для одноманжетного уплотнения можно принять, если отсутствуют более точные данные, равным 50° С.

Помимо непосредственного воздействия высоких температур на ма­ териал манжеты, высокие температуры приводят также к ухудшению смазывающих способностей масла, вследствие чего может происходить местное схватывание материала уплотнения и вала, в результате рабо­ чая кромка манжеты вступает в прерывистое скольжение по поверхнос­ ти вала с высокой частотой колебаний (вибрации). Подобный режим работы манжеты способствует разрушению ее кромки.

Испытания серийных насосов показали, что перегрев уплотнитель­ ного узла в основном обусловлен завышенным контактным давлением манжеты на вал, которое в свою очередь зависит от предварительного растяжения манжеты при монтаже ее на вал, а также от завышенной затяжки браслетной пружины Ь, обнимающей эту манжету (см. рис. 373).

Температура в месте контакта манжеты с валом в значительной мере зависит также от давления рабочей среды, повышаясь с увеличени­ ем последнего. Ввиду этого применение манжет серийного типа (см. рис. 373, а и б) при давлениях жидкости перед уплотнением выше 2 кГ/см2 допустимо лишь при окружных скоростях не выше 2,5 м/сек.

Поскольку полное устранение утечек в этих соединениях практиче­ ски невозможно, в большинстве случаев применения уплотнений огова­ ривается допустимая утечка, величина которой обычно колеблется в пределах от 1 до 5 капель в час.

Выбор параметров уплотнения

П р е д в а р и т е л ь н а я д е ф о р м а ц и я м а н ж е т ы и н а т я ­ ж е н и е пр у жины . Для создания герметичности манжета должна устанавливаться на вал с натяжением, которое достигается тем, что диааметр DMотверстия в манжете в свободном со­

стоянии выбирается меньше диаметра DB вала (рис. 375). В практике размеры манжеты выби­ рают с таким расчетом, чтобы при монтаже ее на вал внутренний диаметр уплотняющих губ был увеличен на 5—8%.

Для обеспечения надежного контакта кольца с валом в большинстве конструкций применяют дополнительное поджатие манжеты к валу, ко­ торое осуществляется с помощью спиральной (браслетной) пружины b (см. рис. 373,а и б), от правильного выбора размеров которой и тща­ тельности ее изготовления во многом зависит надежность уплотнения. Опыты показывают, что с повышением контактного давления герметич­ ность уплотнения повышается лишь до опреде­ ленного предела, после которого температура кромки достигает критического значения и уплот­ нение теряет герметичность вследствие затвер­ дения резины.

Отношение толщины проволоки, к внешнему диаметру витков пру­ жины обычно составляет ~ 1 :5, причем для узкого ее конца с, вводи­ мого при монтаже в широкий конец, это отношение уменьшается до 1:3.

Внутренний диаметр кольца пружины в свободном состоянии выби­ рают примерно на 1,5—2 мм меньше диаметра посадочного места ман­

4 4 5

жеты под пружину в смонтированном виде. При расчетах исходя из ус­

состоянии было обеспечено при монтаже растяжение пружины не ме­ нее 1 мм.

Необходимо, чтобы сжатие манжеты пружиной было равномерным по длине окружности. При монтаже манжеты на вал следует обратить внимание на возможность выворачивания кромки уплотнительной губы манжеты в направлении стрелки d (см. рис. 375), которое может про­ изойти при монтаже манжеты на вал в направлении стрелки а.

Допустимая величина удельного сжатия, оказываемого пружиной на манжету и выражаемая в граммах на миллиметр длины окружности, зависит в основном от окружной скорости на валу. Для резиновых уп­

Для кожаных манжет, предназначенных для работы при темпера­ туре до 80° С и скорости v = 4 м/сек, а также для резиновых манжет при этой скорости и температуре 150° С значение <7=15-^22 Г/мм. Для ко­ жаных манжет, работающих в условиях температуры 110° С и окружной скорости 10 м/сек, а также резиновых манжет, работающих в условиях температуры 150° С и окружной скорости 15 м/сек, значение ^ = 9,5-=-13 Г/мм. Нижние пределы значений q устанавливаются для уп­ лотнения с более высокими окружными скоростями.

Размерная прочность и качество рабочих поверхностей

Работа и срок службы уплотнения в значительной мере зависят от обеспечения размеров, а также заданной формы и качества поверхнос­ тей деталей, находящихся в соприкосновении с уплотняющим элементом* причем влияние качества изготовления будет тем значительнее, чем вы­ ше относительная скорость движения.

Опыт показывает, что повышение чистоты обработки вала, как пра­ вило, уменьшает износ уплотнительной манжеты. Испытания показали, что с увеличением шероховатости (высоты неровностей) поверхности вала с 0,1 до 2 ж/с коэффициент трения уплотнительной манжеты увели­ чился на 30°. Однако имеется предел повышения чистоты, после кото­ рого дальнейшее ее повышение сопровождается увеличением трения* обусловленным ухудшением смазки. В частности, при чистоте обработ­ ки вала, соответствующей У 12 (ГОСТ 2789—59), момент трения не­ сколько увеличивается в сравнении с моментом, наблюдавшимся при чистоте У 9. В равной мере уплотнение с чистотой обработки поверх­ ности вала, соответствующей высоте неровностей в 0,05 мк, потеряло герметичность раньше, чем уплотнение этого же узла с более грубой (порядка 0,3—0,4 мк) чистотой обработки.

Практика показывает, что для надежной работы манжетных уплот­ нений рабочая поверхность шейки вала, контактирующая с манжетой, должна иметь чистоту обработки не ниже V8 для валов с окружной скоростью менее 4 м/сек и У 9 для валов с окружной скоростью выше

4м/сек.

Вответственных гидроагрегатах, и в особенности в агрегатах, пред­ назначенных для работы в условиях высоких температур, чистота обра­ ботки участка поверхности вала, контактирующего с манжетой, должна быть доведена до требований У 10.

Уместно отметить, что наличие неглубоких спиральных канавок (глубиной ^0,05 мм), образованных на поверхности вала в процессе его обработки (шлифования) может в зависимости от соотношения на­ правления вращения вала и расположения канавок, способствовать или препятствовать утечкам жидкости. Если направление канавок таково*

4 4 6