что при вращении вала создается гидродинамическая сила, препятству­ ющая проникновению жидкости под кромку, то утечки уменьшаются.

Немаловажным фактором в обеспечении надежности уплотнения является также технология обработки поверхности уплотняющей пары. Опыт показывает, что применение для окончательной доводки поверх­ ностей абразивных веществ недопустимо, так как абразив заполняет микропоры поверхностей и служит впоследствии причиной их износа

Необходимо также обеспечить размерную точность обработки по­ верхностей деталей уплотнительного узла. На основании опыта можно рекомендовать размерный допуск на диаметр вала ±0,025 мм, хотя час­ то уплотнение получается достаточно эффективным при допуске ±0,1 мм и выше.

Диаметр отверстия (колодца) в корпусе агрегата, в котором разме­ щается уплотнительный элемент, и размер внешнего диаметра последне­ го должны быть выполнены так, чтобы была обеспечена плотная посад­ ка этого элемента в колодце. Для герметичности соединения по месту посадки уплотнительного элемента в корпусе гидроагрегата следует обеспечить чистоту посадочных поверхностей колодца и каркаса уплот­ нения, которые должны быть обработаны с чистотой \/7. Для того что­ бы не применять столь высокую чистоту обработки, используют манжету с внутренним расположением каркаса (см. рис. 373,6), которые обес­ печивают без применения специальных уплотнительных составов герме­ тичность при чистоте поверхности колодца до У 6.

Внутренняя поверхность манжеты должна быть концентрична на­ ружной (посадочной) ее поверхности. Биение наружной поверхности, посаженной на оправку, не должно быть более 0,5 мм.

Манжета должна быть плотно зажата между корпусом и зажимным (распорным) кольцом уплотнительного элемента. Проворачивание или осевое перемещение ее не допускается.

Несоосность и биение вала

При несоосности, а также при радиальном биении уплотняемого вала герметичность уплотнения неизбежно нарушается. Это обусловле­ но тем, что для сохранения плотности контакта манжеты с валом необ­ ходимо обеспечить непрерывное сопряжение кромки манжеты с поверх­ ностью вала при его вращении.

Из схемы, приведенной на рис. 376, видно, что при эксцентричном расположении оси вращения вала относительно геометрической его оси, поверхность вала совершает колебательные движения (радиальные бие­ ния) с амплитудой, зависящей от величины эксцентриситета е. При этом точки соприкосновения кромки манжеты с поверхностью вала соверша­ ют в результате эксцентричности оси вращения вала движение по оваль­ ной (эллиптической) траектории. Если кромка манжеты не успевает в результате противодействия сил инерции и трения, а также недоста­ точной упругости уплотнительного элемента следовать за поверхность вала, то между нею и валом образуется зазор s, мгновенное положение которого будет меняться за один оборот вала на 360°. Возможность об­ разования такого зазора и его величина определяется значением экс­ центриситета е и угловой скорости вала со, значение которой, как из­ вестно, входит в выражение для центробежной силы во второй степени. Указанное радиальное биение вала может быть также обусловлено его прогибом при вращении, люфтами в подшипниках и прочими причи­ нами.

Для обеспечения требуемой герметизации манжетного соединения действие вибрации (биение) вала должно быть скомпенсировано допол­ нительным прижимным усилием, развиваемым пружиной. Однако опыты показывают, что при больших значениях в и со пружина не может

447

обеспечить «слежение» за непрерывным сопряжением манжеты с валом; вместе с тем установлено, что неразрывность контактирования между уп­ лотнением и валом наиболее надежно обеспечивается упругостью самой манжеты.

На основании опыта можно заключить, что при эксцентриситете, равном £= 0,5 мм и более, и числе оборотов 2500 об)мин и выше, приме­ нение браслетных пружин обычно не дает положительного эффекта

игерметичность уплотнения нарушается.

Втом случае, когда избежать биения вала невозможно, следует компенсировать отрицательное его влияние на герметичность соответ­ ствующим уменьшением окружной скорости, а также повышением чис­ тоты контактной поверхности. Практически допускаемое радиальное

ненных в авиационной технике угловых скоростей и размеров вала можно считать 0,1 мм.

Предельным эксцентриситетом для числа оборотов 2500— 4000 об/мин можно считать £= 0,3 мм. Однако в практике нередки случаи, когда при обеспечении соответствующей упругости уплотнительного эле­ мента и натяжения пружины уплотнение из каучука успешно работает при 4000 об/мин и радиальном биении, достигающем 0,5 мм.

Уместно отметить, что некоторое небольшое радиальное биение вала оказывает положительное влияние на работу уплотнения, поскольку оно способствует образованию смазочной пленки. Толщина этой пленки в зависимости от нагрузки на кромку и величины ее радиального бие­ ния, а также прочих факторов равна примерно 0,2—0,4 мк.

В равной мере должна быть ограничена возможность и осевого бие­ ния, которая для валов малых размеров (0 10—20 мм) обычно не должна превышать 0,4—0,5 мм. Ограничение величины осевого биения вала обусловлено тем, что риски на изношенной части вала могут при осевых его смещениях повредить рабочую уплотняющую кромку.

На работу уплотнительного узла также влияет, но в меньшей степе­ ни, чем радиальное биение вала, несоосность прочих сопряженных дета­ лей. В частности, для обеспечения равномерного прилегания манжеты к валу (обжатия манжеты) посадочный диаметр колодца под уплотне­ ние должен быть концентричным оси вращения вала или в случае вра­ щения самого уплотнения его ось вращения должна быть концентричной оси шейки, по которой работает уплотнение. Допустимое отклонение не должно превышать 0,2 мм (при числе оборотов ниже 2000 об/мин и 0,1 мм при числе оборотов выше 2000 об/мин).

4 4 8

Ширина уплотняющей кромки резиновой манжеты

При установке манжеты на вал контактирующая ее часть деформи­ руется под действием усилия прижима, в результате чего на ней обра­ зуется цилиндрическая поверхность скольжения шириной а в несколько десятых долей миллиметра, по которой и происходит уплотнительный контакт манжеты с валом (см. рис. 373,а). Так как сила трения и выде­ ляющееся при этом тепло зависят от площади контакта резиновой ман­ жеты с валом, одним из способов уменьшения нагревания вала в месте трения является уменьшение ширины а поверхности этого контакта с од­ новременным уменьшением усилия обжатия пружины; величина а в уп­ лотнениях, изготовленных из синтетического каучука, доводится до раз­ мера узкого пояска шириной 0,5—1 мм.

Практика показывает, что уплотнения с узкой контактной поверх­ ностью сохраняют хорошую герметичность, а также отличаются малым трением, однако не допускают перегрузки по давлению. В целях улуч­ шения условий работы манжеты ее рабочая кромка должна находиться строго под осью пружины (см. рис. 373,а).

Твердость контактирующей поверхности вала

Выход из строя радиальных манжетных уплотнений в основном (бо­ лее 50% всех случаев) происходит в результате износа поверхности вала в месте контакта рабочей его шейки с манжетой. При повышении твер­ дости вала стойкость его против износа повышается.

Требования высокой твердости обусловлены в первую очередь ко­

1000 единиц, чистота обработки V10)> при котором сопротивление из­ носу, в особенности при работе в загрязненной среде, увеличивается по сравнению с нехромированными валами в несколько (5—6) раз. Так, например, износ стального хромированного вала диаметром 16 мм при числе оборотов 3600 об!мин составил за 130 час работы 0,09 мм.

Чтобы предупредить отслаивание хромового покрытия перед нане­ сением хрома на поверхность вала последний должен быть предвари­ тельно обработан с чистотой 0,25 мк и после нанесения хрома прошли­ фован до чистоты 0,25 мк.

Учитывая, что уплотнительный узел выходит из строя в основном по причине износа вала, на последний, и в особенности, когда манжет­ ное уплотнение работает по шейке сложной или дорогой детали, целе­ сообразно устанавливать сменную втулку а из твердого материала, ко­ торую при износе можно было бы легко заменить (рис. 377,а).

Окружная скорость и температура на поверхности вала

Наиболее важными факторами, влияющими на работу рассматри­ ваемого уплотнения и определяющими его долговечность, являются,

как уже было указано, окружная скорость и связанная с ней температу­ ра, развивающаяся на поверхности трения.

Практика показывает, что кожаные уплотнительные элементы можно применять для окружных скоростей вала до 10 м/сек и темпера­ туры на поверхности трения до 110° С, причем для окружных скоростей до 4 м/сек и температур не выше 60—70° С можно применять кожу ду­ бового дубления; при более высоких скоростях и температурах следует применять кожу хромового дубления, которая пригодна для работы при температурах до 110° С.

Уплотнения из синтетических резин могут работать при окружных скоростях на поверхности трения до 20 м/сек, а в отдельных случаях и до 25 м/сек. В зависимости от сорта резины они могут быть пригодны для работы при температуре на поверхности трения выше 150° С.

Применять высокие скорости без крайней необходимости не реко­ мендуется, так как это снижает надежность уплотнения. Обычно уплот­ нения из серийных резин при длительной работе в среде машинных ма­ сел допускают окружные скорости уплотняемого вала до 12 м/сек, при­ чем указанная скорость может быть допущена лишь в случае больших диаметров вала (100 мм и более). При малых диаметрах вала окружные скорости должны быть уменьшены; в частности, при диаметрах вала до 10 мм они не должны превышать 4 м/сек.

Подобная зависимость допустимой скорости от величины диаметра вала является в основном следствием того, что с уменьшением диамет­ ра ухудшается отвод тепла от места его образования. Кроме того, ма­ лым диаметрам соответствует при той же окружной скорости более вы­ сокая частота деформаций манжеты, обусловленная биением вала, в ре­ зультате чего при высоких скоростях может быть нарушена восстанав­ ливаемость формы манжеты.

Поскольку влияние на надежность уплотнения таких параметров как окружная скорость и температура на поверхности вала взаимосвя­ зано, превышение одного из этих параметров против номинального зна­ чения необходимо соответственно компенсировать снижением другого параметра. Поскольку работа трения, нагрев и износ уплотнений валов пропорциональны окружной скорости, необходимо стремиться к тому,, чтобы расположить уплотнение на частях вала с минимальным диамет­ ром.

Давление жидкости

Рассматриваемые уплотнения для вращающихся соединений гидро­ агрегатов обычно применяются при низких давлениях (от атмосферного

ра на поверхности контакта 80—70° С; при этом радиальное биение вала не должно превышать 0,05 мм, чистота обработки его рабочей поверх­ ности должна быть не ниже V8 (не более 0,5—0,6 мк средней высоты неровностей).

Для давления выше 5—7 кГ/см2 ширина контактной кромки уплот­ нительной манжеты должна быть увеличена, скорости вращения пони­ жены, а чистоту поверхности следует выдерживать в пределах \ / 8 — V9.

При выборе величин скорости вала и давления жидкости можно ис­ ходить из установленной практикой примерной зависимости, согласно» которой произведение скорости вращения на давления уплотняемой сре­ ды является постоянным параметром для данного диаметра вала.

4 5 0

Для улучшения условий работы манжеты при давлениях выше 2 кГ/см2 рекомендуется под коническую часть манжеты устанавливать опорную (поддерживающую) шайбу b (см. рис. 377,6), с помощью ко­ торой уплотнительная кромка манжеты разгружается от сил давления жидкости, благодаря чему давление в этом случае может быть повыше­ но до 10 кГ/см2.

УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩ АЮ Щ И ХСЯ СОЕДИ НЕНИЙ С ПОМОЩ ЬЮ КОЛЕЦ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ

Кольца круглого сечения могут применяться для уплотнения вра­ щательных соединений по обычной схеме (при установке колец под пря­ мым углом к оси вращения вала) (см. рис. 370) лишь при относительно легких скоростных и нагрузочных режимах. Радиальное сжатие кольца [см. выражение (359)] в этом случае не должно быть более 5—6% от поперечного его сечения и окружное сжатие — не более 5%. Окружная скорость вала не должна превышать 2,5 м/сек для валов диаметром от 10 до 17 мм и 3 м/сек — для валов диаметром от 18 до 32 мм.

Эти ограничения обусловлены тем, что контактное давление круг­ лых колец при принятых монтажных обжатиях во много раз (10—15 раз)

8,0

? 6,0

«О

Г

!

| 2,0

превышает величину контактного давления манжетного уплотнения, ввиду чего на поверхности контакта кольца с валом развиваются недо­ пустимо высокие температуры, обусловленные трением кольца, вызы­ вающие старение резины и быстрый выход из строя уплотнения.

Снизить трение можно установкой колец под некоторым углом а (рис. 378) к плоскости, перпендикулярной оси вала, благодаря чему зна­ чительно улучшается смазка скользящих поверхностей и условия отвода от них тепла. Нетрудно видеть, что смазка в этом случае поступает в зону контакта принудительно и при каждом обороте вала обновляет­ ся, вследствие чего снижается, при всех прочих равных условиях, трение и температура в зоне контакта. Испытания показали, что при установке кольца (3,6X23 мм) под углом а = 3° трение снижается в сравнении

собычной установкой кольца в плоскости, перпендикулярной к оси вала

~в 2 раза. Кроме того, при наклонном расположении кольца зона тре­ ния не ограничивается узкой полоской его контакта с валом, что имеет место при а = 0, а как бы размазывается кольцом в его относительном движении по валу, в результате кольцо охватывает более широкий учас­ ток поверхности вращающего вала.

На рис. 379 приведены графики момента сил трения резинового кольца круглого сечения размером 3,6X22 мм, помещенного в канавку