книги из ГПНТБ / Стесин С.П. Гидродинамические передачи учебник

и уплотняется в нем эластичным уплотнительным кольцом, уста­ новленным в проточке корпуса. Кольцевая торцовая поверхность фигурного диска контактирует с торцовой поверхностью вала. Плотность контакта между ними обеспечивается пружиной уплот­ нения. Фигурный диск имеет возможность осевого перемещения для обеспечения необходимой первоначальной плотности приле­ гания контактирующих поверхностей и сохранения плотности контакта по мере износа трущихся поверхностей в процессе ра­ боты. Закрепленная на корпусе уплотнения шпонка предотвра­ щает возможность проворачивания фигурного кольца. Фигурное

Рис. 180. Уплотнения гидродинамических передач:

а — торцовое уплотнение: / — неподвижная деталь; 2 — вращающаяся деталь; 3 — пру­ жина; 4 — эластичное уплотнение; б — уплотнение с мембраной: / — корпус уплотнения; 2 — мембрана; 3 — стальное кольцо; 4 — бронзовое кольцо; в — уплотнение с сильфоном:

/ — кольцо из бронзы; 2 — стальное кольцо; 3 — сильфон; 4 — пружина

кольцо установлено в корпусе уплотнения с зазорами, обеспечива­ ющими компенсацию возможных перекосов и биений деталей, благодаря чему достигается надежный контакт трущихся поверх­

устанавливается не одна пружина, а несколько равномерно рас­ положенных по периметру фигурного диска. Качество и долго­ вечность уплотнения зависят от правильного выбора материалов трущейся пары.

Как правило, одна из деталей трущейся пары изготовляется из антифрикционного материала, а другая — из материала с по­ вышенной поверхностной твердостью (например, бронза и сталь). Также в гидродинамических передачах некоторое распростране­ ние получили уплотнения с мембраной и сильфоном — гофриро­ ванным металлическим стаканом. Устройство этих уплотнений показано на рис. 180, б, в [2] .

331

Бесконтактные уплотнения применяются в качестве уплотне­ ний колес в рабочей полости во избежание утечек из полостей высокого давления в полости более низкого давления и иногда в качестве уплотнений рабочей полости гидродинамической пере­ дачи. Реже бесконтактные уплотнения применяются вместо ман­ жетных уплотнений для вращающихся валов. Бесконтактные уплотнения работают без трения деталей между собой, а следова­ тельно, и без износа.

К подобным уплотнениям относятся щелевые, лабиринтные и гидродинамические винтового и центробежного типов. Щелевые уплотнения представляют собой кольцевую щель между цилиндри­ ческими, коническими или торцевыми поверхностями неподвиж­ ной и вращающейся деталей.

Рис. 181. Щелевые уплотнения:

На рис. 181 показаны схемы щелевых уплотнений некоторых типов: гладкие кольцевые последовательно расположенные кони­ ческая и цилиндрическая щели (см. рис. 181, а); гладкие кольце­ вые последовательно расположенные коническая, торцевая и ци­ линдрическая щели (см. рис. 181, б). Утечки в таких уплотнениях меньше, чем в предыдущих, из-за дополнительных потерь на пере­ ходах из щели в щель. Уплотнение, показанное на рис. 181, в, создает более благоприятные условия для смешивания утечек с основным потоком при входе в рабочее колесо.

При прочих равных условиях коническая щель более эффек­ тивна, чем цилиндрическая, так как в жидкости, находящейся в конической щели, одна из составляющих центробежной силы

рабочей полости используются бесконтактные уплотнения, для ограничения утечек и обеспечения необходимого давления под­ питки обычно используют длинные лабиринты с большим числом разгрузочных канавок. При этом значительно увеличиваются габаритные размеры уплотнительного узла, что нежелательно.

Гидротрансформаторы строительных и дорожных машин имеют конструктивную особенность, отличающую их, например, от гидро­ трансформаторов автомобилей, тепловозов и других машин. Они «выключаются», когда происходит нарушение гидравлической

332

(двух каскадов). Причем первая ступень одновременно служит для отвода рабочей жидкости подпитки на слив, так как про­ пускает полный расход подпитки Q„, поэтому на первой ступени

питки и, во-вторых, значительно уменьшается статическое давле­ ние в камере за первой ступенью. Следствием этого является не­ большой перепад статического давления на второй ступени уплотнительного узла и небольшие утечки в корпус гидротрансфор­ матора.

Ограничения утечек в корпус гидротрансформатора связаны с тем, что корпус соединен трубопроводом с баком системы пита­ ния, поэтому возможно пенообразование в баке, и как следствие, снижение тяговых свойств гидротрансформатора. Кроме того, при переполнении корпуса, когда ротор насоса «купается» в масле, имеют место большие дисковые потери, которые снижают к. п. д. гидротрансформатора на 2—3% и одновременно увеличивают его энергоемкость.

Влияние геометрических параметров щелей уплотнений на величину давления подпитки при определенных і можно уста­ новить из формул:

Qn — расход подпитки;

ß= ÔTiОНі

°ні. Ô T I — радиальные зазоры в щелях уплотнения первой

334

По полученным уравнениям (155) была построена графически зависимость относительного напора подпитки На в функции от режима работы гидротрансформатора / при различных значе­ ниях ß (рис. 183). Необходимо отметить, что величина і не входит

При выборе длины щелей первой ступени необходимо принять во внимание, что кольцевая щель в отличие от обыкновенных отверстий имеет большую поверхность трения, и поэтому она более чувствительна к изменению вязкости рабочей жидкости. В связи с тем, что вязкость рабочей жидкости в процессе работы гидро­ трансформатора может изменяться в широких пределах (при изменении температуры), то сопротивления щелей первой ступени,

335

а следовательно, и давление подпитки в рабочей полости также будет изменяться в широких пределах, что нежелательно. Поэтому длина щелей первой ступени должна быть как можно короче и

гидротрансформатора был рассмотрен вопрос о соотношении расходов рабочей жидкости подпитки, сливаемого в корпус и от­ водимого из рабочей полости в бак. Это соотношение характери­ зует герметичность предложенной системы питания гидротранс­ форматора.

фективны гидродинамические уплотнения винтового и центробеж­ ного типа. Уплотнение в них достигается возвратом жидкости из уплотняемого зазора в уплотняемую полость. Эти уплотнения работают как насосы со свойственными им затратами мощности

в виде многозаходных винтовых поверхностей на вращающихся деталях или на неподвижных или на тех и других. На неподвижной детали направление винтовой поверхности должно быть противо-

336

положно направлению, принятому на вращающейся детали. Профиль винтовых поверхностей выполняется прямоугольным, трапециевидным, внешние края канавок делаются острыми. Зазор между деталями делается минимально возможным по кон­ структивным и технологическим соображениям.

На рис. 184, б показано центробежное уплотнение, выполнен­ ное в виде радиальных лопастей на тыльной стороне наружного тора центробежного рабочего колеса. Центробежное уплотне­ ние располагается на валу таким образом, чтобы жидкость, пере­ текающая из уплотняемой полости повышенного давления в по­ лость пониженного давления, проходила через межлопастные

Рис. 184. Гидродинамические уплотнения:

перетеканию жидкости препятствуют центробежные силы, которые развиваются при вращении жидкости, находящейся в межлопаст­ ных каналах.

Степень герметичности центробежного уплотнения тем выше, чем больше окружная скорость на его внешнем диаметре. Центро­ бежное уплотнение эффективно используется для разгрузки от осе­ вых сил в передачах, так как осевая сила, возникающая в центро­

осевой силе, возникающей от повышенного давления в межло­ паточных каналах рабочего колеса.

Комбинированные уплотнения представляют собой комбина­ цию нескольких видов уплотнений. Чаще всего такая комбинация состоит из поршневых колец и манжет или лабиринтных уплотне­ ний и манжет и т. д. Выбор типа уплотнений в этом случае опре­ деляется требуемой герметичностью, габаритными размерами, надежностью и долговечностью в работе.

При использовании различных видов уплотнений их распо­ лагают в следующем порядке: там, где имеются большие давле­ ния, ставят уплотнение более герметичное, затем — менее герме­ тичное и т. д. Все рассмотренные типы уплотнений независимо

от их конструкции при работе необходимо смазывать, что увели­ чивает их надежность и срок службы. Смазка уплотнений обычно производится рабочей жидкостью гидропередачи.

Уплотнения неподвижных соединений. К уплотнениям непо­ движных соединений в большинстве случаев предъявляется тре­ бование обеспечения абсолютной герметичности в широком диа­ пазоне температур и давлений уплотняемой среды. Наиболее

б)

Рис. 185. Уплотнения неподвижных соединений:

а — уплотнения эластичными кольцами; б — уплотнения плоскими прокладками

широкое распространение для уплотнения неподвижных соедине­ ний в гидродинамических передачах получило уплотнение при помощи эластичных колец круглого, а иногда и прямоугольного сечения. Уплотнительное действие эластичных колец обусловлено сжимающим усилием, создаваемым в материале колец вследствие первоначального сжатия их при монтаже. В дальнейшем проис­ ходит усиление плотности контакта в результате действия давле­

338

тельных колец в основном применяются прямоугольные и угловые канавки. Размеры канавок и колец, чистота обработки уплотняе­ мых поверхностей, а также материалы колец в зависимости от уплотняемой среды, ее температуры и давления регламентированы отраслевыми нормалями.

В некоторых случаях, особенно для уплотнения фланцевых соединений, имеющих форму, отличающуюся от круглой, приме­ няются плоские прокладки. Материал прокладок должен быть достаточно эластичным, так как для обеспечения надежной гер­ метичности он должен заполнять неровности на контактных по­ верхностях. Прокладки должны быть достаточно прочны, чтобы выдерживать давление не только уплотняемой среды, но и уплот­ няющее давление от затяжки фланцев. Материал прокладок должен быть абсолютно герметичен по своим физико-химическим свойствам в уплотняемой среде.

На рис. 185, б показаны некоторые конструктивные схемы уплотнений при помощи плоских прокладок. Уплотняющее кон­ тактное давление во всех случаях применения плоских прокладок достигается затяжкой болтов или других крепежных деталей. Усилие затяжки обуславливает герметичность уплотнения и выра­ жается алгебраической суммой внешних и внутренних сил, дей­ ствующих на уплотняющие поверхности. Для равномерного рас­ пределения контактного давления по всей поверхности прокладки необходимо обеспечивать достаточную и равномерную жесткость фланцев, а также равномерное распределение крепежа по пери­ метру уплотнения. При недостаточной жесткости фланцевого соединения оно деформируется под действием давления уплот­ няемой среды, что приводит к изменению формы и размеров дета­ лей уплотнения и к нарушению герметичности. Следует особо отметить, что выполнение кольцевых канавок на контактной по­ верхности фланцев затрудняет перемещение эластичных прокла­ док и позволяет повысить надежность уплотнения. Для уплотне­ ния плоскими прокладками применяют паронит, фибру, фторо­ пласт, медь, алюминий и другие материалы. Изготавливают про­ кладки механической обработкой, штамповкой или специальными просечками.

Для уплотнительных деталей разрабатываются различные материалы на основе полимеров. К таким материалам относится капрон, тефлон (политетрафторэтилен), силиконовые резины и т. д. Эти материалы часто не только заменяют резину и другие мате­ риалы уплотнений, но и значительно превосходят их по износо­ устойчивости, химической стойкости и другим показателям.

22*

ГЛАВА VIII

НЕКОТОРЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

В настоящее время как в СССР, так и за рубежом накоплен значительный опыт по созданию и эксплуатации гидродинамиче­ ских передач. Применение гидромуфт и гидротрансформаторов в приводах строительных и дорожных машин, автомобилей, тепло­ возов, горных машин стало производственной необходимостью. Передачи претерпели существенные изменения, как в части их конструкции, так и в части технико-экономических показателей. Рассмотрим основные тенденции совершенствования конструкции и технической характеристики гидродинамических передач и перспективы их применения.

Основной тенденцией современного этапа развития передач является значительно возросшее число машин, в приводах кото­ рых гидромуфты и гидротрансформаторы прочно завоевали себе место. Расширение производства машин выдвигает перед отече­ ственной промышленностью важные и качественно новые задачи по созданию унифицированных (не только для одной, но и для нескольких отраслей) гидропередач, обладающих высокой долго­ вечностью, энергоемкостью, преобразующе-нагружающими пока­ зателями при сравнительно невысокой себестоимости изготовления.

Показатели промышленных образцов часто уступают (осо­ бенно по к. п. д.) опытным образцам. Это можно объяснить откло­ нениями, которые связаны с серийным изготовлением передач, и особенно — изготовлением рабочих колес, которые для боль­ шинства гидромуфт и гидротрансформаторов выполняются ли­ тыми. Таким образом, в совершенствовании технологии изготов­ ления заложен резерв повышения технико-экономических показа­ телей серийных машин.

Одновременно с увеличением количества передач упрощается их конструкция. Это связано в первую очередь с необходимостью получения долговечных агрегатов, соответствующих (или пре­ вышающих) по ресурсу машины, в приводах которых они при­ меняются.

340