Другие журналы
|
научное издание МГТУ им. Н.Э. БауманаНАУКА и ОБРАЗОВАНИЕИздатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211. ISSN 1994-0408
Обоснование размеров канавки установки кольца контактных уплотнительных устройств
# 06, июнь 2013 DOI: 10.7463/0613.0565120
Файл статьи:
Nikitin_2_P.pdf
(261.61Кб)
УДК 621.22 Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана
Введение
На обеспечение герметичности неподвижных контактных уплотнений существенно влияют глубина и ширина канавки, в которую устанавливается эластичное кольцо. Целью и задачей проведенных научных исследований является теоретическое обоснование и определение размеров канавки с учетом деформаций сжатия и возникающего внутри кольца контактного давления при всех сочетаниях допусков на размеры канавки и кольца. Целенаправленных исследований по рассматриваемому вопросу не проводилось. В технической литературе имеются указания о выборе размеров канавки с достаточно широкими пределами. К примеру, для номенклатуры стандартных колец круглого сечения установлен ряд исполнительных размеров канавок, рассчитанных с запасом по объему иногда до 50%, исходя из возможности применения уплотнений для самых разных сред. Представленые теоретические выкладки позволяют точнее определять размеры канавок, обеспечивающих герметичность уплотнений с учётом различных факторов.
Основная часть
На обеспечение герметичности неподвижных контактных уплотнений существенно влияют величина коэффициента εсжатия и возникающее внутри кольца контактное давление pк. Величина коэффициента ε сжатия определяется относительной деформацией сжатия и мало зависит от диаметра сечения d, поэтому для всех размеров колец выбирается одинаковая величина деформации ε=100.(d-h)/d, где h- сумма глубины канавки и зазора между деталями с учетом эксцентриситета. Вследствие сжатия кольца в канавке происходит его сплющивание уплотняемыми поверхностями. При расчете размеров канавки необходимо учитывать то, что ширина канавки определяется ее объемом и существенно влияет на габариты соединения. Размеры канавки должны обеспечивать деформацию сжатия кольца по сечению для создания требуемого контактного давления при всех сочетаниях допусков на размеры канавки и кольца. Кольцо должно располагаться в канавке в ширину свободно, а объем канавки должен быть больше объема кольца с учетом объемного набухания кольца в среде рабочих жидкостей и неблагоприятных сочетаний допусков геометрических размеров и производственных ситуаций. На работоспособность упругого эластомерного кольца отрицательно влияет подвижность сжатого кольца в канавке. Для уменьшения перемещения кольца в канавке желательно назначать ее ширину, равной длине сжатого сечения деформированного кольца. Процесс набухания обусловлен диффузионным проникновением жидкости в объем эластомера, заполняя имеющиеся в ней пустоты, и одновременно, воздействуют на звенья макромолекул каучука, изменяю структуру материала. Процесс сопровождается изменением массы и объема эластомера за счет поглощения эластомером жидкости. Для таких материалов, обладающих свойством объемного набухания, необходимо предусматривать канавки с большей шириной, т.е. соответственно с увеличением объема канавки. При длительной работе уплотнений в различных температурных режимах наблюдается увеличение начального объема эластомерных колец на 10...15 %. В соответствии с положением кольца в канавке, определяемом не только геометрией, но воздействием внешних сил (давления рабочей среды, пружины и т.п.), профиль сечения круглого кольца может иметь виды, представленные на рис.1, а, б и в.
Рис. 1. Расположение деформированного кольца в канавке
Состояние а соответствует моменту установки кольца в корпус гидроустройства в условиях хранения изделия при давлении р ≤ 0,05 МПа внутри корпуса; состояние б - работе уплотнительного кольца при воздействии давления рабочей среды на кольцо справа 0,05 < р < 16 МПа; в - работе при давлении рабочей среды р ≥ 16...20 МПа. Площадь сечения кольца в свободном состоянии перед установкой в канавку равна Sо= πd2/4. Площадь деформированного сечения кольца между двумя плоскостями-поверхностями канавки практически равна площади сечения кольца в свободном состоянии перед установкой в канавку, т.е. Sо= S0деф. Ширину канавки будем определять по соотношению Sдеф= ψSоплощадей сечения деформированного двумя уплотняемыми поверхностями и свободного (недеформированного) состояния кольца, где ψ - коэффициент, учитывающий увеличение объема кольца при неблагоприятном сочетании допусков и объемное набухание кольца в среде рабочих жидкостей, ψ = 1,0 ... 1,2; Sо= S0деф = 1,0. Согласно рис. 1, а сечение деформированного сечения эластомерного кольца можно представить в виде двух полукругов диаметром h и прямоугольника hl1. Площадь сечения кольца в деформированном состоянии равна Sдеф= πh2/4+hl1. С учетом значения коэффициента сжатия ε имеем величину ширины-длины сечения деформированного кольца свободно расположенного в канавке (ширину канавки) . В случае деформации кольца с радиальным ограничением одной из стенок канала сечение кольца примет вид, показанный на рис. 1.б, а. Сечение деформированного кольца можно представить в виде площади одного полукруга диаметром h и прямоугольника hl2 равна Sдеф= πh2/8+hl2. Ширина канавки (ширина-длина сечения кольца) в этом случае равна . На рис. 1.в показано расположение деформированного кольца, полностью заполняющего сечение канавки (l3 = В3). Ширина канавки (длина сечения кольца) в этом случае равна . Величина В3 определена в долях исходного диаметра dкруглого кольца. Ширина уплотняющего пояска l3оказывает влияние на герметичность - чем больше эта ширина, тем больше перекрывается базовых опорных длин профиля неровностей, характеризующих шероховатость уплотняемой поверхности. В таблицах 1, 2 и 3 приведены соответственно к состояниям а, б в (рис. 1) результаты расчетов ширины канавки в зависимости от величины коэффициента ε сжатия и коэффициента ψ, учитывающего увеличение объема кольца. Табл.1 Зависимость ширины канавки В от коэффициентов ε и ψсостояния а.
Табл.2 Зависимость ширины канавки В от коэффициентов εи ψ состояния б.
Табл.3 Зависимость ширины канавки В от коэффициентов ε и ψсостояния в.
Допуска геометрических размеров сечений кольца и канавки можно учитывать увеличением коэффициента ψ на 0,02...0,3.
Заключение
При определении размеров канавки h и B следует руководствоваться следующими положениями: - глубина канавки h должна соответствовать требуемому коэффициенту сжатия ε, обеспечивающему сохранение герметичности в течение заданных условий эксплуатации; - ширину канавки В следует выполнять с учетом объемного набухания материала кольца и обеспечением возможно меньшей продольной подвижностью сжатого кольца в канавке.
Список литературы 1. Захаров Б.С. Уплотнения валов нефтяных насосов (обзоры, статьи, изобретения). М.: АО ВНИИ ВОЭНГ, 2006. 360 с. 2. Продан В.Д., Божко Г.В., Васильев А.В., Исакова М.А. Оценка коэффициента бокового давления сальниковых набивок с учетом радиальных нагрузок // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2010. № 4. С. 28-29. 3. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Овандер В.Б. и др. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986. 464 с. Публикации с ключевыми словами: рабочая жидкость, уплотнительное устройство, уплотнительное кольцо резиновое, коэффициент сжатия кольца, канавка посадочная, набухание кольца Публикации со словами: рабочая жидкость, уплотнительное устройство, уплотнительное кольцо резиновое, коэффициент сжатия кольца, канавка посадочная, набухание кольца Смотри также: Тематические рубрики: Поделиться:
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|