Башта Т.М. - Машиностроительная гидравлика (1067403), страница 123
Текст из файла (страница 123)
Пружина создает предварительное контактное давление на поверхностях колец, достаточное для предотвращения утечек жидкости при нулевом или близких к нему давлениях рабочей среды. По мере увеличения давления к усилию пружины 1 добавляется усилие неуравновешенного давления жидкости в камере со стороны пружины, вследствие чего контактное давление (удельная нагрузка) скользящей пары будет повышаться пропорционально увеличению этого давления. Уплотнение подвижного элемента (кольца) по поверхности осевого скольжения осуществляется с помощью круглого резинового кольца 8 (см. рис.
393, а) или иных уплотнительных колец н манжет, а также сильфонов (мембран) (рис. 393, б и в). Хорошие свойства имеют уплотнения с клиновидным уплотняющим элементом 8 из фторопласта (рис. 393„г), нагруженным пружинами 9, усилием которых обеспечивается требуемая плотность контакта между конусной втулкой и валом, а также конусной поверхностью этой втулки и уплотнительным кольцом 7. Для герметиаации крышки этого уплотнения применяют кольца (сальники) 5.
В промежуточную камеру 6 подводится жидкость, которая служит разобщающим затвором, а также охлаждает трущийся узел. При работе со средой с плохими смааывающими способностями в камеру 6 подводится смаака. При высоких температурах и давлениях рабочей среды до 7 — 10 кГ/см' применяют уплотнения с металлическими сильфонами (рис. 393, б и в) и при давлениях до 1 кГ/сад — уплотнения с фторопластовыми и резиновыми сильфонами. Контактное давление колец. С целью снижения контактного давления площадь /= 4 (4 — пэ)* на которую действует давленив жидкости, прижимающее подвижное кольцо к неподвижному, принимается меныпе площади Р= 4 (Ы, — д,), по которому происходит контакт пары. Правильным подбором отношения й = —, которое называется коэффициентом уравновешивания Р (обратная ему величина 1//г= — называется степенью разгрузки) уплотнения, можно получить контактное давление колец значительно ниже удельного давления рабочей среды.
При условии Р = 1 контактное давление (без учета разгружаю- щего действия давления жидкости в аазоре между кольцами 2 и в) равно давлению р, рабочей среды. Уплотнения этого типа, получившие название неразгруженных, применяются при относительно невысоких давлениях рабочей среды, которые при минеральном масле обычно яе превышают $5 кГ/сжз. Если рабочая среда с низкими смазывающими качествами, то опи пригодны для работы при давлениях ке выше 8 — 8 лГ/смз. Надежность работы этих уплоткяющих устройств в первую очередь зависит от правильного соотношения величины контактной поверхности колец Р и поверхности 1, яа которую действует давление жидкости, яагружающее подвижный элемент (кольцо) 2 уплотнения (см. рис.
393, а), а также частично от усилия пружины 1, создающей первоначальное кагружеиие этого элемента. Допуская, что непосредственный контакт поверхностей сколь- вящей пары отсутствует и течение жидкости в зазоре подчиняется гидродияамическому закону, условие равновесия осевых сил, приложенных к подвижному в осевом направлении элементу 2, можно выразить уравнением Р„Р=лру Т вЂ” Р„„=9, (497) где р,р — среднее давление жидкости в зазоре между прилегающими поверхностями колец; Ьр = рз — рз — перепад давления между давлением уплотияемой среды и полостью пивного давления; при условии, что полость иизкого давления соединена с атмосферой Ьр = р„ 1= — (д,' — <ф — площадь, па которую действует давление жидкости, прижимающее подвижный в осевом направлении элемент (кольцо) 2 пары к неподвижному; Р= —" (л( — ~(з) — площадь контакта прилегающих поверх- 4 костей колец 2 и 4; Т вЂ” сила трения подвижного кольца 2 в корпусе; Р„„— усилие затяжки пружииы 1.
Ввиду того, что в правильно сконструированном уплотнении сумма сил (Т + Р„р) обычно ие превышает 5 — 8% осевого усилия давления жидкостй, действующего на подвижный элемент, в расчете ею пренебрегаем. При этом допущении уравнение (497) примет вид 630 1 Л (6) — ~Ъ Рс~=р~ Р= (л~,л) Рср А( — 8 И 6) — 4 (498) (499) Допуская далее, что распределение давления жидкости в за- 4 — н» зоре в радиальном направлении по ширине Ь= ' ' уплот- 2 няющей поверхности (пояска) будет линейным, что справедливо при условии параллельности поверхностей, образующих зааор, можно написать . В соответствии с этим равновесие сил давления жидкости на уплотнительное кольцо с учетом указанного расклинивающего действия жидкости наступит при линейном распределении давления в зазоре при условии (500) где й — коэффициент уравновешивания (разгрузки).
При этом значении коэффиционта Ь плотность контакта, требуемая для сохранения герметичности, достигается лишь действием усилия натяжения пружины 1. Поскольку распределение давления в зааоре по радиусу может быть нелинейным, коэффициент й обычно выбирают больше 0,5, так как в противном случае усилие давления жидкости в зазоре может превысить усилие сжатия колец и уплотнение «раскроется».
Причиной нарушения линейности распределения давления в зазоре может служить клинозидность зазора в радиальном направлении. В зависимости от характера нарушения плоскостности образуется конфузорная или диффузорная щель, в результате нарушается баланс действующих сил, что сопровождается либо «раскрытием» уплотнений, либо излишним трением. Клиновидность вазора (масляной пленки) с расширением в сторону высокого давления ухудшает герметичность, в особенности прй больших числах оборотов, причем при клиновидности в 3 — 5 мк обычно наступает отжим подвшкного элемента (кольца). Коэффициент разгрузки в атом случае должен быть больше 0,5. Клиновидность зазора с расширением в сторону низкого давления улучшает герметичность уплотнения, однако сопровождается при том же коэффициенте разгрузки повышением трения и увеличением температуры и износа скольаящих поверхностей, поэтому она так же недопустима, как и первая клиновидность.
На основании практических данных для уплотнений с широкой контактной поверхностью Ь = 3 -; 5 мм при маловязких маслах можно рекомендовать следующие значения коэффициента уравновешивания: для давлений рабочей среды выше 8-10 яГ/см» й = 0,55 +. 0,6 и более низких давлений й = 0,6 -; 0,65. Однако при качественном изготовлении деталей уплотнительного узла 631 этот козффициект может быть принят равным й = 0,5 -ь 0,56, причем большее его значение соответствует уплотнениям, предназначенным для маловязких масел.
В связи с этим следует указать, что температура в зазоре торцового уплотнения не должна превышать температуры интенсивностью парообразовання (кипения) рабочей жидкости, нри которой нарушается (ухудшается) смазка скользящей пары и снижается подъемная сила смазочного слоя. Кроме того, следует иметь в виду, что температура в стыковок зазоре вдоль радиуса по ширине уплотняющего кольца может изменяться, повышаясь от периферии к центру; разность температур может достигать 20 — 25' С.
Последнее обусловлено лучшим отводом тепла от внешних стенок кольца. Предел уравновешивания действующих сил без нарушения герметичности зависит от многих факторов, в том числе и от качества рабочей жидкости, вяакость которой оказывает некоторое влияние на распределение давления в зазоре между поверхностямн колец (с увеличением вязкости среднее давление в зазоре несколько уменьшается), поэтому коэффициент й для жидкостей большой вязкости может быть уменьшен. Так, например, по данным зарубежной литературы качественно изготовленное уплотнение надежно работает в машинных маслах при й = 0,4.
При оценке несущей (подъемной) способности масляного граничного слоя следует также учитывать, что контактные поверхности представляют собой поверхности с ббльшим или меньшим числом микровыступов, по которым происходит контакт колец и которые чередуются с выступами впадин, заполненных жидкостью. Эти впадины при относительном скольжении контактных поверхностей создают гидравлические микроклинья, способствующие разделению скользящих поверхностей колец жидкостным слоем. На основании экспериментальных данных ряда исследователей можно считать, что для рабочих жидкостей гидросистем минимальная толщина масляного слоя, при которой обеспечивается жидкостное трение в скользящей паре торцового уплотнения, составляет 0,75 — 1 мя. В общем случае зта толщина должна быть соизмеримой с максимальной высотой микронеровностей для принятого класса чистоты обработки поверхностей уплотнительных колец.
По данным других исследователей толщина пленки в уплотнениях разгруженного типа (см. рис. $93, а) колеблется в аависимости от ширины Ь контактного пояска, козффициента разгрузки я, перепада давления Лр и числа и оборотов вала в пределах от 0,75 до 2 юк, причем толщина пленки, как правило, уменьшается с увеличением Ь, й и Лр и понижением и. Однако Ари малом значении коэффициента (й = 0,55) толшкня пленки с повышением давления жидкости увеличивается, что обусловлено расклинивающвм эффектом давления жидкости в стыковом зазоре. С целью повышения числд оборотов применяют уплотнение со свободно плавающим кольцо»«, помещенным между рассмотренной парой колец, благодаря чему снижается относительная скорость скользящих поверхностей (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
