Файл: Голубев, А. И. Торцовые уплотнения вращающихся валов.pdf

фенолформальдегидной смолой (рис. 88, а). Непропитанный углеграфит оказывает значительно большее сопротивление движению иглы (из-за более глубокого ее внедрения) при больших колеба­ ниях нагрузки (влияние пористости материала), чем пропитанный.

Переходя теперь к контролю обработки колец торцовых уплот­ нений, остановимся на контроле плоскостности доводки и чистоты

При контроле плоскостности можно использовать как дневной, так и искусственный монохроматический свет. В первом случае

ветствует отклонению от плоскостности около 0,3 мкм.

Число полос, пересеченное прямой линией, помноженное на 0,3 мкм, дает неплоскостность образца в направлении данной прямой. Так, отклонение от плоскостности кольца с наложенной на него стеклянной пластиной в направлении прямой а—а состав­ ляет —0,6 мкм (рис. 89).

При повороте стеклянной пластины относительно образца на небольшой угол возможны два случая расположения полос относительно точки поворота. На рис. 89 буквами б и в обозна­ чены точки поворота, а штриховыми линиями — интерференцион­ ные полосы. Расположение полос около точки б соответствует

127

выпуклой форме контролируемой поверхности в данном месте,

аоколо в — вогнутой.

Если же при повороте стеклянной пластины возникают прямо­

линейные параллельные полосы, то контролируемая поверхность имеет отклонения от плоскостности менее 0,3 мкм.

С уменьшением отклонений от плоскостности менее 0,3 мкм световые полосы исчезают и при освещении дневным светом по­ верхность окрашивается сначала

взеленый, розовый, затем в синий

инаконец в светло-желтый («соло­ менный») цвет. В последнем слу­

троле плоскостности используют монохроматическое освещение. Для этих целей используют гелиевые или натриевые источники света, помещенные в специальный осветительный шкаф. Схемы расположения интерференционных полос показаны на рис. 90, а—г. Прямолинейные параллельные полосы на рис. 90, б означают,

Рис. 90. Расположение интерференционных полос при монохроматическом осве­ щении [60] (/ — точка контакта пластины с кольцом)

что отклонения от плоскостности кольца находятся в пределах отклонений от плоскостности стеклянной пластины. Расположе­ ние полос на рис. 90, в показывает, что поверхность имеет вогну­ тую форму с отклонением от плоскостности в пределах одной по­ лосы (—0,3 мкм) на длине ML.

На рис. 90, г поверхность выпуклая и отклонение от плоско­ стности равняется двум полосам (—0,6 мкм) на длине ML. При определении отклонений учитывается число полос, пересеченных отрезком прямой линии (ML).

При контроле плоскостности интерференционным методом ше­ роховатость контролируемой поверхности должна быть не ниже

128

V 10, в противном случае интерференционные полосы просматри­ ваются с большим трудом или вообще не просматриваются. Чтобы улучшить их видимость, после доводки рабочие поверхности ко­ лец подвергают небольшой полировке вручную на жесткой бумаге. Шероховатость поверхности при этом изменяется мало, но поверх­ ность приобретает некоторый блеск.

На основании экспериментальных исследований, опыта произ­ водства и эксплуатации торцовых уплотнений максимальные откло­ нения от плоскостности их пар трения не должны превосходить 0,9 мкм (три интерференционные полосы). При этом интерферен­ ционные полосы должны быть замкнутыми (при освещении днев­ ным светом) и по форме близкими к окружностям, т. е. волни­ стость поверхностей должна быть минимальной. В противном случае утечка через пару трения резко увеличивается (см. «Ги­

мые максимальные отклонения от плоскостности могут быть регла­

по ПГ-50С) допускаются меньшие отклонения от плоскостности, чем для пар трения из более мягких материалов (например, 2П-1000-Ф по 9Х18), так как твердые материалы значительно труд­ нее прирабатываются и обеспечивают меньшую герметичность уплотнений.

В случаях установки колец на доведенные опорные поверхности (см., например, рис. 14) их неплоскостность и неплоскостность тыльных поверхностей колец приблизительно одинакова.

Нормы на чистоту обработки уплотнительных поверхностей пар трения определяются как требованиями по их плоскостности, так и стремлением получить пару трения с максимальной рабо­ тоспособностью.

Ранее отмечено (см. «Обыкновенные пары трения»), что опти­ мальной шероховатостью поверхности металлических колец сле­ дует считать V10— И- Обработка металлических колец до шеро­ ховатости поверхности более V 11 не только увеличивает затраты производства, но и резко ухудшает их работоспособность в паре с углеграфитовыми кольцами.

Кольца из сравнительно мягких материалов — пластмасс, углеграфитов — следует обрабатывать с такой чистотой, чтобы был возможен контроль их плоскостности. В дальнейшем шерохо­ ватость уплотнительных поверхностей этих колец в направлении скольжения обычно уменьшается в результате приработки.

Поверхности колец из твердых износостойких материалов (силицированный графит, минералокерамика, твердые металло­ керамические сплавы) следует обрабатывать с максимально воз­ можной чистотой, так как их работоспособность определяется структурой самого материала, а приработка в паре трения тре­

бует длительного времени. Описанная выше технология доводки таких колец обеспечивает необходимую чистоту их уплотни­ тельных поверхностей.

Контроль чистоты обработки поверхности производят обыч­ ными методами, например, с помощью профилографа-профило- метра завода «Калибр». При этом в соответствии с рекоменда­ циями работы [4] не следует учитывать отдельные глубокие поры,

Рис. 91. Профилограммы шлифованных (а, в) и доведенных (б, г) поверх­ ностей стального (а, б) и керамического (я, г) колец (вертикальное уве­

личение 4000х , горизонтальное — 116х ) [4]

свойственные самой структуре исследуемого материала. На рис. 91 даны профилограммы поверхностей стального и керамического колец после их шлифования и доводки [4]. В случае керамики видны глубокие поры; основная высота шероховатостей поверх­ ности керамического и стального колец одинакова.

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПАР ТРЕНИЯ

В соответствии с особенностями работы и требованиями, предъяв­ ляемыми к парам трения уплотнений, сформулируем некоторые общие положения, которые необходимо учитывать при их конструи­ ровании.

1.Для колец пары трения выбирают коррозионностойкие материалы, способные работать с наименьшим износом и трением

взаданных условиях. Для работы на жидкостях желательно вы­ бирать пары трения, допускающие сухое трение (по крайней мере

втечение коротких промежутков времени).

2.При выборе материалов и удельных давлений следует ру­ ководствоваться данными табл. 4 и технико-экономическим рас­ четом. Если удельное давление рул в паре трения при заданном давлении рабочей среды больше допустимого, то следует прибе­ гать к гидравлической разгрузке уплотнения. При этом нужно иметь в виду, что с увеличением гидравлической разгрузки (уменьшением k) надежность уплотнения снижается, так как

130

появляется вероятность раскрытия пары трения под действием

к уменьшению диаметров поверхностей трения, чтобы снизить скорость скольжения и температуру пары.

4. В парах трения твердый материал по мягкому, кольца из мягкого материала должны иметь более узкую рабочую поверх­ ность во избежание врезания по краям твердого материала в мяг­ кий и связанного с ним выкрашивания материалов и усиленного трения. Разница в ширине поверхностей колец должна составлять 1—4 мм при диаметре вала от 15 до 150 мм.

В парах трения твердый материал по твердому ширину рабочих поверхностей колец можно принимать одинаковой или различной. Из-за весьма малой интенсивности износа колец обычно не происхо­ дит врезания одного кольца в другое.

5. Как видно из выражений (57 и 58), с уменьшением радиаль­ ной ширины поверхности трения b интенсивность выделения тепла в паре трения снижается и отвод тепла улучшается. Кроме того, износ поверхности трения становится более равномерным. В то же время согласно экспериментальным данным работ [27, 60 ] и дан­ ным ВНИИГидромаша утечка через уплотнение мало зависит от радиальной ширины Ь, так как с уменьшением b снижается эффективная величина зазора h пары, вследствие уменьшения изменений формы зазора. Отсюда видна целесообразность сокра­ щения размера Ъ. Однако при этом возрастает опасность поврежде­ ния более узкой поверхности (попадание абразивной частицы, появление царапин, эрозионный износ), а также снижается местная прочность и жесткость выступающих кольцевых поясков, обра­ зующих поверхность трения.

Для радиальной ширины Ъ поверхности трения обыкновенных пар трения в зависимости от диаметра d вала (втулки) можно ре­

вых колец следует принимать меньшие из приведенных значения Ь. Для уплотнений, работающих на газах, где повреждение абразивными частицами рабочей поверхности колец значительно менее вероятно, чем на жидкостях, можно принимать также мень­

шие значения Ь.

Для гидродинамических пар трения (см. рис. 40) ширина Ь больше приведенных выше значений на радиальную ширину а канавки. Отношение alb можно принимать в соответствии с дан­ ными рис. 41.

В гидродинамических уплотнениях, испытанных во ВНИИГидромаше при давлении до 200 кгс/см2 с парами трения ПГ-50С по