Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель 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)
автор: Никитин О. Ф.

УДК 621.22

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

nof1936@yandex.ru

 

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
а - установка кольца в корпусе без давления; б - с давлением до 16 МПа; в - при давлениях в корпусе >> 16...20 МПа

 

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 Sоπd2/4. Площадь деформированного сечения кольца между двумя плоскостями-поверхностями канавки практически равна площади сечения кольца в свободном состоянии перед установкой в канавку, т.е. SоS0деф.

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.

  e

0

0,1

0,2

0,3

0,4

В10

ψ= 1,0

0,785

0,872

0,981

1,120

1,308

В11

ψ= 1,1

0,864

0,959

1,08

1,234

1,44

В12

ψ= 1,2

0,942

1,046

1,178

1,346

1,527

 

Табл.2

Зависимость ширины канавки В от коэффициентов εи ψ состояния б.

e

0

0,1

0,2

0,3

0,4

В20

ψ= 1,0

0,893

0,969

1,067

1,20

1,373

В21

ψ= 1,1

0,971

1,056

1,165

1,309

1,504

В22

ψ= 1,2

1,05

1,143

1,264

1,421

1,635

 

Табл.3

Зависимость ширины канавки В от коэффициентов ε и ψсостояния в.

e

0

0,1

0,2

0,3

0,4

В30

ψ= 1,0

1,0

1,06

1,16

1,27

1,44

В31

ψ= 1,1

1,079

1,154

1,26

1,36

1,57

В32

ψ= 1,2

1,157

1,24

1,35

1,50

1,70

 

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.

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2020 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)