Трение в уплотнительном узле

Одним из показателей качества уплотнения является сила его тре­ ния, поэтому важным параметром резин является коэффициент трения, величина которого во многом определяет температурный режим уплот­ нения и срок его службы.

В отличие от металлических материалов резины обладают высокой чувствительностью фрикционных свойств к изменениям нагрузки и к шероховатостям поверхностей скольжения. Так, например, увеличение среднеквадратичного отклонения высоты неровностей вала от 0,1 до 2 мк повышает коэффициент трения манжет на 30%.

Коэффициент трения резины по металлу значительно зависит от ско­ рости относительного скольжения. Последнее обусловлено характером

Продолжительность нонтанта в мил

а)

Рис. 404. График зависимости статического трения резины в зависимости от продолжительности неподвижного контакта

контакта резины с металлом, который меняется в зависимости от скоро­ сти скольжения. Можно предположить, что при малых относительных скоростях микроуглубления на поверхности скольжения достаточно полно заполняются резиной, в результате чего при движении уплотни­ тельного элемента имеет место полусухое трение. При повышении же скорости заполнение резиной этих микроуглублений уменьшается, в ре­ зультате между резиновым кольцом и металлической поверхностью об­ разуется смазочная пленка, благодаря чему коэффициент трения понижается.

В равной мере характер смазки изменяется с изменением давления, повышение которого способствует проникновению жидкости в зону кон­ такта по микроуглублениям, причем с повышением давления относитель­ ная скорость, при которой образуется масляная пленка, снижается. Поэтому коэффициент трения резиновых колец с увеличением давления понижается (см. рис. 358).

Из практики известно, что в зависимости от длительности пребыва­ ния в покое резинового кольца в контакте с металлической поверхно­ стью статическое трение даже при отсутствии давления может превы­ сить кинетическое трение в три-четыре раза (рис. 404, а). В том же случае, когда кольцо длительно находится в покое под давлением жид­ кости, трение, обусловленное сцеплением кольца с металлической по­ верхностью, может повыситься настолько (в 5—8 раз) (рис. 404,6), что при смещении поршня е места может произойти срезание отдельных участков уплотнительного кольца. После того, как деталь будет сдвинута с места, трение обычно восстанавливается до начальной величины, соот­ ветствующей трению движения (см. пунктирные линии на рис. 404,6).

479

Поэтому движение штока (вала) при некоторой малой скорости может стать скачкообразным.

составляет от 3 • 10~4 до 5,8 • 10~4 1/град, т. е. по величине это расширение близко к тепловому расширению жидкостей, однако оно в 10 раз пре­ вышает тепловое расширение сталей.

Ввиду того, что тепловое объемное расширение резины значительно больше, чем у металлов, с повышением температуры увеличивается контактное давление резиновых колец на вал (шток), что в свою очередь ведет к повышению потерь на трение и к дальнейшему увеличению тем­ пературы.

П р и м е н я ю щ и е с я м а р к и резин. Для изготовления рези­ новых уплотнений в основном применяют резины марок В-14 и В-14-20 (ТУ МХП 1166—58); 98-1 и 3826 (ТУ МХП 1166—51); 4326,1 и 3825 (ТУ МХП 1166—58); ИРП-1125, ИРП-1144, ИРП-1234, ИРП-1078 (ТУ УТ 1024—60); ИРП-1054 (ТУ УТ 1037—60); 8130 и ВРГ-14. Твердость

Резины марок В-14, В-14-20, 4326-1, 3825 и 98 пригодны для темпера­

+140° С.

Вагрегатах гидросистем летательных аппаратов в основном приме­ няют маслостойкие сорта синтетического каучука, имеющие при темпе­ ратуре 25° С твердость по Шору (ТМ-2) 65—85, причем для изготовления уплотнений подвижных соединений обычно применяется более твердая,

а для изготовления неподвижных уплотнений более мягкая резина (с твердостью по Шору 60—70). Практически распространены резины марок 98-1 и В-14, пригодные, с известными ограничениями, для работы при температурах —60° С. Однако при этих температурах упругость резин значительно понижается. Так, например, при температуре —60° С контактное давление уплотнительных колец из этих резин с уплотняе­ мой деталью понижается на 85—90% по сравнению с давлением при температуре +20° С.

Контактное давление снижается особенно заметно при длительном (в течение нескольких суток) пребывании обжатых колец в условиях отрицательных температур, причем при повышении после этого темпера­ туры оно полностью не восстанавливается. Так, например, упругие свой­ ства уплотнения и резины В-14 после двухмесячного использования в условиях температуры —45° С восстановились после повышения тем­ пературы до 4-20° С лишь на 80%.

Особые преимущества при изготовлении манжет для радиальных уплотнений имеет силоновая (селиконовая) резина, сохраняющая без изменения формы манжеты в диапазоне температур от —65 до -f-180°C. Важной особенностью этой резины является то, что она может без значительного разбухания впитывать некоторое количество масла, ввиду чего трение у этих манжет с металлом ниже и герметизирующий

4 8 0

эффект больше, чем у манжет из резин других сортов. Манжеты из си­ лоновой резины применяют для окружных скоростей до 25 м/сек и тем­ ператур до 180° С.

Уплотнения из кожи

Во многих случаях применяются уплотнения из кожи (см. рис. 373, в), которые обеспечивают высокий срок службы, менее требовательны, чем уплотнения из резины, к чистоте поверхности уплотняемого вала и при­ годны для работы при плохой смазке и некоторой загрязненности рабо­ чей среды пылью и абразивными частицами. Для изготовления манжет обычно применяется кожа, обработанная дубильными веществами в виде коры дуба или хромпика. Следует отметить, что коэффициент тре­ ния кожи, как правило, более высокий при распространенных условиях применения, чем резины. При повышении температуры это разница в величинах коэффициентов трения сглаживается, и при температурах выше 100° С коэффициент трения резины превышает коэффициент тре­ ния кожи. Однако фрикционные характеристики кожи после приработки и при обильной смазке ухудшаются.

ПЛАСТМАССОВЫ Е МАТЕРИАЛЫ

Повышение рабочих давлений жидкости, температур окружающей среды и скоростей движения гидроагрегатов потребовало применение для изготовления уплотнений более пригодных для этих условий материа­ лов. В частности, для изготовления уплотнительных манжет широко применяют полиамиды, полиэтилены, фторопласты, полихлорвинил, тек­ столит и др. Важным преимуществом этих материалов является то» что манжеты можно изготовить как прессованием, так и сваркой из отдель­ ных частей.

В табл. 14 приведены физико-механические свойства однородных по­ лиамидов, используемых в уплотнительных устройствах гидроагрегатов. Эти материалы отличаются хорошей прирабатываемостью, низким коэф­ фициентом трения, относительно высокой износостойкостью и химиче­ ской инертностью. Они лучше, чем другие материалы, пригодны для ра­ боты при плохой смазке.

Недостаток этих материалов — плохая теплопроводность (коэффи­ циент теплопроводности в 200—400 раз ниже, чем у металлов), поэтому уплотнения при известных условиях могут перегреваться.

Полиэтилен

В зависимости от технологии производства различают полиэтилен высокого и низкого давлений.

Ниже приведены физико-механические свойства полиэтиленов.

Основным методом переработки полиэтиленов в изделия является литье под давлением и прессование. Полиэтилены применяются также для порошкового напыления и покрытий методом наплавления металли­ ческих деталей.

Для повышения теплопроводности политетрафторэтилена приме­ няют различные наполнители (графит, алюминий, бронза и р.). Количе­ ство наполнителя может составлять до 30% объема материала. Изно­ состойкость политетрафторэтилена с наполнителем составляет 10—15% по сравнению с чистым.

Фторопласт

Выпускаются две марки фторопласта: фторопласт-4 и фторопласт-3. Для изготовления уплотнений в основном применяют фторопласт-4, фто­ ропласт-3 применяют лишь для изготовления защитных и уплотнитель­ ных прокладок.

Ниже приведены физико-механические свойства фторопласга-4.

Фторопласт-4 химически стоек к действию различных агрессивных сред, не набухает в любых из них и имеет низкий коэффициент трения (0,04—0,05). Особые преимущества имеет этот материал при примене­ нии в торцовых уплотнениях.

Фторопласт-4 хорошо обрабатывается резанием и может прессовать­ ся; детали из него хорошо прирабатываются. Прессованный фоторопласт хорошо обрабатывается обычным режущим инструментом. Он имеет относительно высокую температуру плавления (размягчается при 400° С) и не растекается при повышенных температурах. Изделия из него не­ горючи и до температуры 300° С не изменяют своей формы и характери­ стик. Однако при изменении температуры от 60 до 120° С предел прочно­ сти фторопласта при растяжении уменьшается соответственно с 350 до 120 кГ/см2.

Допустимая рабочая температура для фторопласта-4 находится в диапазоне от —195 до +250° С, что примерно на 100—180° С выше ра­ бочей температуры других пластмасс. Однако фторопласт-4 отличается сравнительно невысокой твердостью и значительной текучестью на хо­

482