Уплотнения соединений пар вращательного движения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «Физики»

Реферат

На тему «Уплотнения соединений пар вращательного движения»

По предмету «Трибология»

Группа ИДПО ТМС

Выполнил Орлов В.Ю.

Проверил Алексеев В.М

Тверь 2014

Содержание

Введение

Уплотнения соединений пар вращательного движения

Заключение

Список литературы

Введение

Трибология - это наука о фундаментальных и технических аспектах взаимодействия поверхностей при их относительных перемещениях, а также связанных с ними явлениях и практических приложениях.

Основные задачи трибологии: расчёт сил трения, расчёт долговечности и износа конструкций, исследование механизмов трения поверхностей, создание моделей поведения взаимодействующих поверхностей, изучение механизмов поверхностного разрушения, включая перенос материала с одного тела на другое, разработка принципов конструирования узлов трения, решение задач граничной гидродинамики и смазки поверхностей, изучение изменения свойств поверхностных слоёв при трении, изучение вопросов тепловыделения и термического воздействия при трении и т.д.

Под трением понимают сопротивление, возникающее при перемещении одного тела относительно другого, прижатого к первому. При этом различают трение покоя, скольжения и качения.

Силой трения покоя (F_n) называют сдвиговое усилие, прикладываемое к контактирующим телам, и не вызывающее их взаимного скольжения. При этом взаимное перемещение (L_n) достигается за счет деформации материала выступов шероховатости в зоне контакта и называется предварительным смещением. Оно носит в основном упругий характер и исчезает при снятии сдвигающего усилия. Однако по мере роста сдвигающего усилия предварительное смещение приобретает пластический характер и становится частично необратимым.

Силу трения можно представить в виде произведения удельной силы трения () и фактической площади контакта (А_r):

F = A_r. (1)

Под коэффициентом трения понимают отношение силы трения к действующему на контакте нормальному усилию:

= F/N. (2)

Здесь также различают коэффициенты трения покоя (статический) и скольжения (кинетический).

В зависимости от характера смазочной прослойки различают 4 вида трения: сухое, граничное, гидродинамическое (жидкостное) и смешанное (одновременно имеются элементы сухого, граничного и гидродинамического трения). В первом случае контактируют несмазываемые поверхности, покрытые окисными пленками и тончайшими слоями молекул газов и воды, адсорбированными из окружающей среды. Во втором случае, помимо перечисленных пленок, присутствуют молекулы смазочных материалов в виде тонкого слоя толщиной в несколько молекул, которые прочно связаны с поверхностью. В третьем случае слой жидкой смазки полностью разделяет сопряженные поверхности.

Для измерения силы трения применяют различные трибометры. На них изучают трение образцов в виде дисков, контактирующих торцами; цилиндров, контактирующих по образующей, и т.д. Наиболее простым и часто используемым является трибометр.

На рисунке ниже представлена схема этого устройства.

Схема трибометра

Образец 1 прикрепляется к пружинному динамометру 3 и прижимается к контртелу 2, приводимому в движение. Динамометр измеряет силу трения. Прибор позволяет исследовать влияние на трение шероховатости поверхностей, материалов пары трения, нормальной нагрузки, скорости скольжения, температуры, смазки и многих других факторов.

Уплотнения соединений пар вращательного движения

Уплотнения соединений пар вращательного движения (УВ), подразделяют на УВ валов, УВ распределителей гидромашин и УВ поворотных соединений (рис. 1).

Рис. 1. Классификация УВ

УВ валов. Условия эксплуатации этих уплотнений характеризуются относительно низким давлением (р < 1 МПа), высокой скоростью скольжения (v< 15...20 м/с), температурным диапазоном = -50... +150°С, высокими требованиями к герметичности Q< 1,0 мм³/м с), которые предопределяют применение только контактных УВ, малой химической агрессивностью и токсичностью рабочих сред. Кроме того, УВ валов должны быть очень компактны и дешевы при ресурсе t_р = 1000...5000 ч. Этому комплексу требований соответствуют эластомерные радиальные манжеты с пружинами (рис. 2). Распространены также пластмассовые (фторопластовые) кольцевые УВ с пружиной (рис. 3, а), торцовые эластомерные УВ (рис. 3, б), манжеты с гидродинамическими (маслоотгон ными) рельефами на рабочей кромке. Для закрытых подшипников качения изготовляют бсспружинныс эластомерные радиальные уплотнения (рис. 3, г). При повышенных требованиях к ресурсу и скорости скольжения (v ? 20 м/с) применяют механические торцовые УВ (рис. 4), однако они дороже манжет и имеют большие габариты. Радиальные эластомерные беспружинные манжеты применяют также для защиты внутренних полостей объектов от пыли и грязи (см. рис. 3,в). Большинство манжетных УВ армируют каркасом. Неармированные манжеты (см. рис. 2,г) применяют, когда в агрегате возможен только торцовый способ установки или по условиям монтажа необходимо деформировать манжету. Отличительной особенностью всех типов манжет при большом разнообразии исполнения корпусов является наличие губки с уплотняющей кромкой.

Рис. 2 Эластомерные радиальные манжеты с пружинами: а -- армированная; б -- армированная с пыльником; в -- армированная с открытым каркасом; г-- неармированная; д -- армированная с наружной кромкой для уплотнение втулок

Рис 3 Конструкции УВ: а - фторопластовое кольцо с пружиной; 6 -- торцовая манжета; в - пылегрязезащитная манжета;.г-манжета для уплотнения подшипников, д -- фторопластовая манжета (1--вал; 2- уплотняющий элемент; 2' -- грязезащитный элемент; 2"- вспомогательная уплотнение-прокладка; 3 -- браслетная нажимная пружина; 4 - корпус агрегата)

Манжетами обычно называют кромочные эластомерные уплотнения, реже -- пластмассовые. Возможности уплотнений этой группы ограничены свойствами эластомерного материала: его температурным диапазоном, старением, износостойкостью, совместимостью со средами, поэтому при эксплуатации УВ в неблагоприятных для эластомеров условиях применяют более дорогие и крупногабаритные торцовые уплотнения.

УВ распределительных устройств гидромашин. Эти устройства обеспечивают коммутацию рабочей жидкости (РЖ) из рабочих камер насосов или гидромоторов в магистрали высокого и низкого давления. Их подразделяют на торцовые (аксиальные рис. 4) и радиальные. УВ радиальных распределительных устройств являются разновидностью бесконтактных щелевых уплотнений, УВ аксиальных распределителей - разновидностью торцовых уплотнений с саморегулируемым зазором. Особенность этих УВ - конструктивное объединение УВ с блоком цилиндров гидромашины, которое обусловливает действие на УВ очень сложной системы сил.

Рис. 4 Торцовые УВ aгpeгaтов автомобилей: а - компрессора; 6 -- водяного насоса, (1- неподвижные элементы; 2 - вал, 3 - тор из композиционного материала; 4 - вспомогательное УН; 5 -- пружина)

Условия эксплуатации УВ распределителей отличаются высоким давлением (обычно р_тах = 40 МПа; иногда р_тах = 65 МПа), значительной скоростью скольжения (v < 18 м/с) и =-50... +150^СС. Требования к герметичности умеренны, поскольку утечки происходят во внутренние полости машин и используются для смазывания и охлаждения пары трения (обычно Q ? 10³ мм³/(м с), что соответствует классу негерметичности 5). Рабочие жидкости обладают хорошими смазочными свойствами, не токсичны и не агрессивны. Основное требование к УВ -- обеспечение наработки до (5...20) 10³ ч без существенного увеличения утечек.

УВ поворотных соединений. Для герметизации подвижных соединений трубопроводных магистралей, допускающих возвратно-вращательное движение элементов трубопровода, применяют эластомерные, пластмассовые, комбинированные кольца (радиальные УВ) или торцовые уплотнения. Пример радиального УВ показан на рис. 5, а, на котором зазор между подвижной частью 1 и неподвижной цапфой 3 герметизируется кольцом 2 из фторопласта, поджимаемым к расточке (детали 1) давлением р жидкости в трубопроводе.

Рис. 5 УВ поворотного соединения: а - радиальное с фторопластовым кольцом; б - радиальное с эластомерным и фторопластовым кольцами: в- торцовое

Недостатком данного УВ является возможная потеря герметичности при возникновении разрежения в полости (р < 0) и в момент запуска после продолжительной остановки. Для обеспечения контактного давления р_к> р при любых условиях уплотнение должно иметь силовой элемент. На рис. 5,6 показана конструкция УВ, в котором уплотнительный элемент -- кольцо 4 из фторопласта -- дополнительно прижимается к контртелу эластомерным кольцом 2. Другим примером УВ этого вида является комплект из двух фторопластовых колец с браслетной пружиной (см. рис. 3, а). Торцовое уплотнение трубопроодов (см. рис. 5, в) герметизирует соединение между подвижной частью 1 и неподвижной цапфой 3 с помощью кольца 2, поджимаемого давлением р и пружиной 5. Уплотнение рассчитано на высокое давление (50 МПа) и допускает некоторые осевые перемещения и перекосы соединяемых элементов, компенсируемые подвижной вдоль оси втулкой 4 с сферическим торцом. Сопрягаемые поверхности деталей 1,2 и 4 должны быть тщательно обработаны (погрешность формы менее 1 мкм). Это уплотнение является торцовым, оно рассчитано на высокое давление и малые скорости скольжения.

При повышенных давлениях следует применять опорный конус (рис. 6, а), манжеты специальной усиленной конструкции или уплотнения с опорным конусом из фторопласта (рис. 6, б). В конструкциях манжеты с опорным конусом уменьшена поверхность губки, находящейся под действием р. Допустимый перепад давлений р и наработку манжет с опорным конусом необходимо уточнять при испытаниях. Ориентировочно допускают эксплуатацию манжет при р < 0,2 MПa, специальных конструкций (рис. 6,б,в) -- до 3,5 МПа.

Рис. 6 Уплотнения, применяемые при повышенном давлении срелы: а - стандартная манжета с опорным конусом (р<0,З МПа); б - манжета фирмы «Крейн пей- кинг» (р< 3.5 МПа); в - уплотнение с конусом из фторопласта фирмы «Манвил» (р< 2,1 МПа) (1- вал: 2 - манжета. 3 - опорный конус; 4 - корпус)

трение смазочный пружина давление

Принцип действия манжет активного типа основан на гидродинамических эффектах в кромке. В этих конструкциях (рис. 7) реализуется идея принудительной организации жидкостной пленки в зоне контакта - насосный эффект при вращении вала. Уплотнение с «микрошне- ком» на вращающемся валу 1 (см. рис. 7, а) подобно винтовому насосу, отгоняющему просочившееся через кромку масло во внутреннюю полость. При вращении вала между кромкой манжеты и его поверхностью создаются гидродинамические микроклинья, обеспечивающие гарантированную смазочную пленку. Одновременно из внешней среды в агрегат может насасываться воздух, пыль и влага. Уплотнение предназначено для валов, вращающихся в одном направлении.

На рис. 7, б показана манжета активного типа, имеющая на губке профилированные выступы (гидродинамические насечки). При вращении вала 1 просочившаяся через кромку жидкость попадает в полости С между поверхностями губки и вала, создавая в соответствии с гидродинамикой вязкой жидкости смазочную пленку под кромкой, отвод масла к кромке манжеты. Одновременно возможен подсос воздуха, пыли и влаги из внешней среды в агрегат. Рассматриваемые манжеты наиболее широко распространены в автомобильных агрегатах.

Рис. 7 Манжетные уплотнения активного типа: а -- с микрошнеком на валу; б -- с выступами на кромке (отдельно показаны профиль сечения); в, г -- отпечаток кромки манжеты активного типа для валов двустороннего вращения

Заключение

Уплотнения соединений пар вращательного движения (УВ), подразделяют на УВ валов, УВ распределителей гидромашин и УВ поворотных соединений.

Уплотнения соединений пар вращательного движения валов подразделяются на:

1. Пластмассовые кольцевые

2. Торцевые механические

3. Эластомерные манжеты торцевые

4. Эластомерные манжеты радиальные

Условия эксплуатации этих уплотнений характеризуются относительно низким давлением (р < 1 МПа), высокой скоростью скольжения (v< 15...20 м/с), температурным диапазоном = -50... +150°С, высокими требованиями к герметичности Q< 1,0 мм³/м с), которые предопределяют применение только контактных УВ, малой химической агрессивностью и токсичностью рабочих сред. Кроме того, УВ валов должны быть очень компактны и дешевы при ресурсе t_р = 1000...5000 ч. При повышенных требованиях к ресурсу и скорости скольжения (v ? 20 м/с) применяют механические торцовые УВ, однако они дороже манжет и имеют большие габариты.

Эластомерные манжеты радиальные подразделяются:

1. Для валов (Эластомсрные радиальные манжеты с пружинами)

2. Активного Типа

3. Для втулок (армированная с наружной кромкой для уплотнение втулок)

4. Для повышенного давления.

Отличительной особенностью всех типов манжет при большом разнообразии исполнения корпусов является наличие губки с уплотняющей кромкой.

Манжетами обычно называют кромочные эластомерные уплотнения, реже -- пластмассовые.

Список литературы

1. Упругие и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков и др.; Под общ. Ред. А.И. Голубева. М.: Машиностроение, 1986. 484 с.

Размещено на Allbest.ru