Файл: Макаров Г.В. Уплотнительные устройства.pdf

Число уравнений соответствует числу неизвестных. При реше­ нии получаем алгебраическое уравнение высшего порядка. В даль­ нейшем примем приближенное решение его методом постепенных приближений.

При решении уравнений (123) и (126) была получена следующая зависимость:

C 9 ( ^ ) 3 + C i o ] p - s 2 + s 0 = 0.

Зная s'0, задаемся величиной s2. По уравнениям (130) производим вычисления s0 , s b s l n p , s2 K .n p , s 2 n p , вычисляем безразмерный параметр К = и по уравнению (128) определяем уточненное

При решении необходимо учитывать следующие возможные случаи нагружения втулки.

1.Давление жидкости действует по всей длине наружной и внутренней поверхностей. В этом случае расчет ведется по указан­ ной выше схеме.

2.Наружное давление жидкости действует не по всей длине

груженного внешним давлением участка втулки фактический

168

исчезает.

В этом случае при решении уравнения (128) задаемся величиной фактического зазора s'2 и по этой величине определяем s0, sh S i n p i s2 n p , К. Подставляя в уравнение (128) найденное значе-

Рис. 95. Схема гидродинамического уплотнения при неполном действии давления по длине наружной по­ верхности (а) и внутренней поверхности (б)

ние К, определяем величину s2, а по уравнению (132) — s'2, до­

зазора s2 , вычисленного при наличии нагрузки по всей длине внутренней поверхности.

Пользуясь уравнением (132), необходимо . принять / г ' > 1. Таким образом, оставляя ненагруженный участок на наружной или внутренней поверхности, можно увеличивать или уменьшать величину зазора по сравнению с исходным вариантом.

Это позволяет в зависимости от заданных размеров втулки и рабочего давления дополнительно, кроме изменения положения соединительного канала, определяемого размером 1и управлять величиной утечки жидкости через соединение.

На основании полученных зависимостей выполнен анализ действующих гидродинамических уплотнений при возвратно-

169

поступательном движении штока и приводится сравнение расчет­ ных и опытных данных.'

На рис. 96 представлена зависимость утечки жидкости от величины зазора So, давления и температуры жидкости.

При s'Q = 25- Ю - 3 мм, давлении свыше 300 кгс/см2 зазор начи­ нает быстро уменьшаться, при этом возникает прижатие втулки

каждого зазора существует определенная область давлений, при которых утечка будет незначительной. Следовательно, для за­ данного давления и конструкции втулки необходимо установить оптимальное значение исходного зазора s0.

При заданной конструкции уплотнения величина утечки зави­ сит только от исходного зазора s'Q и вязкости масла- r j , так как коэф­ фициенты С9 , Сю, С 1 3 , Си и С1Ъ не зависят от Съ а следовательно, и от Г).

На рис. 94, б представлено изменение зазоров по длине втулки в зависимости от давления. До соединительного канала (со стороны давления) зазоры больше исходного, а в сторону утечки жидкости—

170

чение К при изменении давления от 0 до р п р е л уменьшается от 1 до 0.

Щелевые уплотнения при малых зазорах чувствительны к пере­ косам направляющих деталей и склонны к заеданиям.

32.ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ

СДЕФОРМИРУЕМОЙ ВТУЛКОЙ ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ

На рис. 98 изображено уплотнение, подвергавшееся испыта­ ниям для соединений с вращающимся валом. ^

Уплотнение состоит из плавающей втулки (бронза Бр.АЖ 9-4), имеющей возможность свободно перемещаться в радиальном на­ правлении. Полость между корпусом и втулкой уплотнена'с по­ мощью манжетного уплотнения (ГОСТ 8752—70) при снятой пружине. Торец втулки при­ терт к графито-баббитовому упорному кольцу, образуя при этом торцовое уплотнение. Нор­ мально втулка находится в не­ подвижном состоянии. Заплани­ рованная утечка жидкости про­ исходит между внутренней по­ верхностью втулки и валом.

Первоначальный диаметральный зазор между валом и втулкой был принят 0,04—0,07 мм.

Зависимость утечки жидкости через уплотнение с деформируе­ мой втулкой в зависимости от рабочего давления и числа оборотов вала представлена на рис. 99.

Из графика видно, что при давлении жидкости от 0 до 50 кгс/см2 и числе оборотов вала от 0 до 2500 об/мин (9,2 м/с) утечка не превосходила 310 см3 /мин, что является весьма малой величиной. При дальнейшем увеличении давления утечка резко падает. С уве­

между валом и втулкой при сборке 0,04—0,06 мм, масло веретен­ ное АУ, t = 17° С).

171

Как видно из результатов .испытаний, данная бронзовая втулка может успешно использоваться при давлениях 50—60 кгс/см2 . Для более высоких давлений необходимо изменить размеры втулки.

Максимальное давление, допускаемое деформациями втулки (до выбора зазора), может быть определено по ранее выведенной зависимости

Учитывая, что k! $ 2 1 и возможны колебания модуля нормальной упругости для бронзы Е =(0,85ч-1,15)106 кгс/см2 , имеем довольно точное совпадение с опытными данными. В нашем случае, ска­ зывается также имеющееся ограничение в прогибе втулки (бла­ годаря упору ее в торец кольца), вследствие чего k' ^ 1. Другие возможные конструктивные решения уплотнения с деформируе­ мой втулкой представлены на рис. 100.

На рис. 100, а представлена примерная схема соединения, содержащая манжетное неподвижное уплотнение и подвижное

172

торцовое уплотнение, работающее при малых давлениях жидкости. На рис. 100, б показано щелевое уплотнение, выполненное

в виде плавающей кассеты.

Рис. 100. Схемы применения щелевого уплотнения

сеты; в — щелевое уплотнение в виде плавающей втулки

На рис. 100, в изображено соединение, состоящее из плавающей • втулки, манжетного и торцового уплотнений.

Материал втулки может быть бронза, латунь и другие, исклю­ чающие появление задиров при случайном трении в паре с метал­ лом -вала.

33. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ТОРЦОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

При работе торцовых уплотнений со скоростью вала 5—10 м/с допускаемое среднее контактное давление при длительной работе обычно не превосходит 15—20 кгс/см2 .

173

При повышении давления~происходят значительное повышение температуры поверхностных слоев, разрушение масляной пленки, разделяющей неподвижную и вращающуюся детали уплотнения, и задиры рабочих поверхностей, вследствие чего уплотнение вы­ ходит из строя.

Для устранения этих ..недостатков с целью повышения приме­ няемых давлений при высоких скоростях вращения вала целе^ сообразно ввести гидродинамические торцовые уплотнения с под­

<•'//////,

Рис. 101. Схема гидродинамического торцового уплотнения при одностороннем направлении вращения с клиновым и ступенчатым вариантами канавок

Так как жидкость, протекающая в зазоре, соединена с осталь­ ным объемом жидкости, находящейся в уплотнении, то создаются благоприятные условия для уменьшения разогрева рабочих по­ верхностей и температуры в масляной пленке.

На рисунке дана схема уплотнения для одностороннего направ­ ления вращения. Как показывают расчеты, допускаемое давление для гидродинамических торцовых уплотнений при длительной работе может быть значительно повышено при сравнительно про­ стой и компактной конструкции уплотнителы-юго устройства. Через канавки а происходит подвод жидкости к клиновым зазорам.

На рисунке показано примерное распределение давления жид­

клиновой форме зазоров создается подъемная сила, способствую­ щая обеспечению жидкостного трения.

От утечки наружу жидкость удерживается цилиндрическим пояском. Клиновые канавки лучше делать на неподвижном

174