3. Силы трения в уплотнениях

Величина сил трения (момента сил трения) в уплотнениях подвижных соединений зависит от типа уплотнения и коэффициентов трения. При использовании контактных уплотнений уже при их монтаже за счёт упругости уплотнения на уплотняемых поверхностях создаётся начальное контактное давление, во время работы гидроагрегата оно увеличивается вследствие воздействия на уплотнение давления рабочей жидкости.

Ниже приводятся зависимости расчёта сил трения для некоторых видов давно используемых уплотнений. Сейчас широко применяются комбинированные уплотнения, состоящие из двух колец: уплотнительного и упругого. Уплотнительное кольцо изготовляется из полимерных или композиционных материалов, чем обеспечивается снижение трения и повышение надёжности. А резиновое упругое кольцо обеспечивает первоначальный контакт уплотнительного кольца с уплотняемыми поверхностями. К сожалению, какие-либо сведения о расчёте сил трения комбинированных уплотнений отсутствуют. Для грубой оценки силы трения в этом случае можно использовать выражения для сплошных резиновых колец.

3.1. Сплошные резиновые кольца круглого сечения

Для сплошных резиновых колец круглого сечения сила трения

F_тр = q ∙ π ∙ D,

где q – удельная сила трения, Н/мм,

D – диаметр уплотняемой поверхности, мм.

Удельная сила трения при соблюдении рекомендуемых при монтаже обжатий достаточно точно описывается выражением

q =( 0,012 ∙ p +0,06 ) ∙ d,

где p – рабочее давление, МПа,

d – диаметр сечения кольца, мм.

При использовании таких колец для уплотнения валов момент сил трения

М_тр = F_тр ∙ d / 2.

3.2. Резиновые Г- и U-образные манжеты

Для манжетных уплотнений сила трения

F_тр = π ∙ D ∙ B ∙ (p + p_к) ∙ f,

где D – диаметр уплотняемой поверхности, мм,

B – ширина контакта манжеты с уплотняемой поверхностью, мм,

p – рабочее давление, МПа,

p_к– контактное давление, возникающее при монтаже манжеты, МПа, для разных типов манжет находится в диапазоне 2…5 МПа,

f – коэффициент трения, для резиновых манжет составляет 0,1…0,13.

3.3. Разрезные чугунные кольца

Для разрезных чугунных колец сила трения

F_тр = π ∙ D ∙ B ∙ (p + n ∙ p_к) ∙ f,

где D – диаметр уплотняемой поверхности, мм,

B – ширина кольца, мм,

n – число колец,

p – рабочее давление, МПа,

p_к–контактное давление, возникающее при монтаже кольца, МПа, достаточно точно оцениваемое по выражению p_к = D^-0,5,

f – коэффициент трения, для чугуна равный 0,07…0,12.

3.4. Торцевые уплотнения

Момент сил трения в торцевых уплотнениях

М_тр = 2 ∙ π ∙ f ∙( p + p_к ) ∙ ( R₂³ – R₁³ ) / 3,

где p – рабочее давление, МПа,

p_к – начальное контактное давление, МПа,

R₁ и R₂ – наименьший и наибольший радиусы торцевой рабочей поверхности уплотнения.

4. Варианты заданий

Каждый студент выполняет по указанию преподавателя свой вариант задания, данные которого выбираются из таблиц 1 и 2.

Таблица 1

Исходные данные для выполнения курсовой работы

№ варианта	Вид гидродвига-теля	№ характерис-тики скоростей движения	Fn (Mп)	F0 (M0)	M (J)	Vп max (nп max)	V0 max (n0 max)	G
1	Двустороннего действия, одношточный	1	30	20	50	3	5
2		2	35	25	60	2,75	4,5
3		3	45	25	70	2,5	4
4		4	55	30	80	2,25	3,5
5		5	70	30	90	2	3
6		6	90	40	100	1,75	2,5
7		7	110	40	110	1,5	2
8		8	140	50	120	1,25	1,5
9	Двустороннего действия, двушточный (симметрич-ный)	1	30	20	40	3	5
10		2	35	25	50	2,75	4,5
11		3	45	30	60	2,5	4
12		4	55	30	70	2,25	3,5
13		5	70	40	80	2	3
14		6	90	40	90	1,75	2,5
15		7	110	50	100	1,5	2
16		8	140	50	110	1,25	1,5
17	Двустороннего действия, двушточный, дифференци-альный (несимметрич-ный)	1	30	20	40	3	5
18		2	35	25	50	2,75	4,5
19		3	45	25	60	2,5	4
20		4	55	30	70	2,25	3,5
21		5	70	35	80	2	3
22		6	90	40	90	1,75	2,5
23		7	110	45	100	1,5	2
24		8	140	50	110	1,25	1,5
25	Односторон-него действия	1	30		50	3	5	3
26		2	35		55	2,75	4,5	4
27		3	45		60	2,5	4	5
28		4	55		65	2,25	3,5	6
29		5	70		70	2	3	7
30		6	90		75	1,75	2,5	8
31		7	110		80	1,5	2	9
32		8	140		85	1,25	1,5	10
33	Моментный, однолопастной	1	2	1	2	8	20
34		2	3	2	3	7	18
35		3	4	3	4	6	16
36		4	5	4	5	5	14
37		5	6	5	6	4	12
38		6	7	6	7	3	10
39		7	8	7	8	2	8
40		8	9	8	9	1	6

Обозначения в табл. 1:

F_п, F₀ - технологическая (полезная) нагрузка прямого и обратного хода для поступательных цилиндров, кН;

М_п, М₀ - то же для моментных цилиндров, кНм;

m - масса поступательно движущихся частей, кг;

J - момент инерции массы поворачиываемых частей, кгм²;

V_{п max} , V_{0 max} - максимальные скорости поступательного движения прямого и обратного хода, м/мин;

n_{п max} , n_{0 max} - максимальные частоты вращения прямого и обратного хода, об/мин;

G - вес груза, обеспечивающего обратный ход гидроцилиндра одностороннего действия, кН.

Таблица 2

Характеристика скоростей движения

№ характеристики	Характер скорости
	прямого хода	обратного хода
1	Постоянная для всего хода	Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода
2	Регулируемая для всего хода	Постоянная с регулируемым торможением в конце хода
3	Регулируемая для всего хода	Регулируемая для всего хода
4	Постоянная с регулируемым торможением в конце хода	Постоянная для всего хода
5	Постоянная для всего хода	Постоянная с регулируемым торможением в конце хода
6	Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода	Постоянная для всего хода
7	Постоянная для всего хода	Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода
8	Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода	Регулируемая с нерегулируемым торможением в конце хода