книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства

напряжения, возникающие в уплотнительных элементах от дей­ ствия сил трения, определяют долговечность уплотнений. Агре­ гаты, имеющие уплотнения с повышенным трением, быстро нагре­ ваются (иногда в течение нескольких минут) и могут быть исполь­ зованы только для машин с ограниченным числом непрерывных рабочих циклов или при пониженныхрабочих давлениях. При работе уплотнений возможно жидкостное, полужидкостное и гра­ ничное трение. Рассмотрим выражения коэффициентов трения при различных видах трения.

Коэффициент трения при жидкостном трении

При жидкостном трении, при скольжении двух параллельных поверхностей, разделенных слоем смазки, удельное сопротивле­ ние сдвигу смазки согласно гипотезы Ньютона

dv

s

и коэффициент жидкостного трения

Определим коэффициент жидкостного трения для радиальноконтактных уплотнений при возвратно-поступательном движении штока.

Сила трения

50

Тогда

Коэффициент трения в сопряжении уплотнения со штоком или цилиндром

где

Рп = \ p'rnD dl, p'r = p0 + pr.

Тогда

dhdo dl

(38)

dl

Выразим значение коэффициента жидкостного трения приме­ нительно к условиям точки hm.

dl

Pr. cp =

С увеличением pr значение hm несколько убывает, и умень­ шается значение коэффициента трения.

Ранее было получено для прямого хода

1

-2г)о

(JL)

Подставляя в формулу (39) значение hm, имеем

51

величины обжатия уплотнительного кольца при сборке.

Коэффициент трения при полужидкостном трении

При полужидкостном трении давление на единицу поверх­ ности уплотнения рп, поджимающее уплотнение к сопряженной поверхности, воспринимается гидравлическим давлением рг и давлением в зоне непосредственного контакта микронеровностей рк

Рп = Рг + Рк-

Сила трения будет

удельная сила трения

откуда приведенный коэффициент трения

где / к — коэффициент граничного трения в зоне контакта микро­ неровностей; /ж —коэффициент жидкостного трения.

Коэффициент трения при граничном трении

Согласно исследованиям И. В. Крагельского и К. Э. Виногра­ довой [37 ] , для сухого и граничного трения значение коэффициента трения в зависимости от нормальной нагрузки N выражается следующей формулой:

В экспериментах замеры трения производились при скорости скольжения v —> 0, при которой вероятно граничное трение.

52

При обработке опытных данных принята следующая зависи­ мость:

53

изменение коэффициента трения с увеличением скорости сколь­ жения и температуры.

Зависимость коэффициента трения от скорости скольжения

В соответствии с опытными данными

Влияние колебаний температуры А0 на коэффициент трения оценивается коэффициентом

h — — р+аДО

кв — f — е~

С учетом влияния продолжительности времени контакта, ско­ рости скольжения и температуры

где F7p — сила трения, обусловленная предварительным поджатием уплотнительных элементов при сборке и перекосом што­ ков относительно направляющих поверхностей (в пределах до­ пусков на изготовление); ; F7Pp — сила трения в уплотнениях, обусловленная давлением жидкости.

При движении штока

жидкости; р„—"радиальное давление на поверхности прилегания уплотнения от предварительного натяга уплотнительных элемен­ тов; р'г = ро + р, с р — с р е д н е е радиальное давление, возника­ ющее в соединении за счет предварительного натяга уплотнения при сборке и за счет действия давления жидкости; / — длина уплотнительного элемента.

При определении движения поршня в выражении для Frp вместо диаметра штока d необходимо взять диаметр поршня D.

54

Значения сил трения для различных уплотнений, замеренные

вусловиях собранного гидравлического цилиндра (диаметр

жидкости и разной смазки

их являются разными. На величину f влияют также особенности конструкции уплотнений, наличие дополнительного сопротивле­ ния вследствие перекоса штоков в цилиндре и др. Поэтому при расчетах сил трения в гидравлических агрегатах для каждого типа уплотнений нужно пользоваться значенияим коэффициентов

нений (состоящих из одинакового количества однотипных уплот­

55

(для уплотнения поршня в этом выражении вместо d надо

•перекоса штока за счет неконцентрич­ ности направляющих поверхностей при

контактной поверхности равна диаметру поперечного сечения кольца.

3. При наличии нескольких уплотнительных элементов, уста­ новленных последовательно, сила трения отнесена только к пер­ вым уплотнительньш элементам на штоке и поршне.

Для расчета силы трения значения [ п р снимаются с графика, полученного на основе опытных данных, или могут быть подсчи­ таны по приведенным выше зависимостям.

13. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ПРИ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ

Выход из строя уплотнений обычно происходит по следующим причинам:

1) действие усталостных явлений в материале уплотнения, связанное с приложением переменных напряжений от сил трения;

2) износ рабочих поверхностей.

56

Усталостное разрушение уплотнений

Как показывает опыт, уплотнения при возвратно-поступательном движении обычно перестают обеспечивать необходимую герме­ тичность из-за усталостного разрушения вследствие постепенного вырывания частиц резины (при перемене направления движения), выдавливаемых в зазор подвижного соединения.

Согласно опытным данным, характер кривых изменения долго­ вечности (число N циклов изменения напряжений до наступления

нения сохраняется постоянной с измене­ нием р. Для дальнейших расчетов при­ нимаем зависимость

значение показателя .степени т\ для различных резиновых уплот­ нений т ^ 3. Эти .кривые необходимо рассматривать как сравни­ тельные ориентировочные, так как полученные данные испытаний на долговечность имеют значительный разброс, -

57

Малогабаритные манжеты с усиленной рабочей частью и шев­ ронные резинотканевые манжеты (ГОСТ 9041—59), имеющие мень­ шую герметичность, а следовательно, лучшую смазку, обладают большей долговечностью.

Наименьшей долговечностью обладают резиновые кольца круг­ лого сечения (ГОСТ 9833—61) без защитных шайб и манжеты (ГОСТ 6969—54).

При применении манжет чаще выходят из строя уплотнения поршня, а при применении колец круглого сечения — уплотне­ ния .штока.

Как видно из рис. 27, допускаемые давления жидкости при длительной непрерывной работе являются сравнительно неболь­ шими: [р] = 30-ъЮО кгс/см2 при коэффициенте запаса In] = 2.

Приведенные зависимости роп и N позволяют вести прибли­ женные расчеты долговечности, т. е. определять допускаемое рабочее давление \р] в зависимости от числа необходимых рабо­ чих циклов N (двойных ходов).

При работе иногда имеют место разные давления р. Прибли­ женное суммирование усталостных напряжений производится

1)применять защитные шайбы из фторопласта против выдав­ ливания части уплотнения в зазор;

2)испытывать и применять новые, более прочные материалы, например, резинотканевые материалы, пластмассы, капрон, ней­ лон и др.;

3)применять уплотнения с усиленной опорной частью.

При определении необходимой долговечности надо учитывать конкретный срок службы машин.

Применяемые в станкостроении нормы долговечности уплот­ нений характеризуются следующими данными: продолжительность

Коэффициент работоспособности уплотнений

Принимаем за исходное выражение

PonN = d .

58

Для практических расчетов удобнее пользоваться выражением коэффициента работоспособности уплотнений С

Пользуясь этими значениями С, можно вычислить предель­ ные значения Т при заданных р и п.

Износ уплотнений

Выход из строя уплотнений, работающих при возвратнопоступательном движении, по причине износа рабочих поверх­ ностей вероятен только при большой длине хода поршня.

Определение долговечности уплотнений при износе рассмотрено ниже (см. уплотнения для соединений с вращатель­ ным движением, где износ является основ­ ным фактором, влияющим на работоспо­ собность соединения).

Заметим, что для нормальной работы уплотнительных элементов очень важно, чтобы не было повреждения запирающей поверхности при сборке, для чего необхо­ димо предусматривать соответствующие приемные конусы на штоках и цилиндрах (рис. 28).

Обычно при повреждении запирающей поверхности при сборке уплотнение не обеспечивает герметичности.

14. РАБОТА СИЛ ТРЕНИЯ В УПЛОТНЕНИЯХ

ИТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО АГРЕГАТА

Разогрев гидравлического агрегата (при отсутствии гидравли­ ческого сопротивления) зависит от потерь энергии в уплотнениях, от типа уплотнения и давления запираемой жидкости.

При применении высоких давлений во многих случаях нагрев может быть значительным, • что сокращает продолжительность непрерывной работы.

59