Конструирование уплотнений подвижных соединений

Наиболее обширная область применения уплотнений в общем машиностроении - это герметизация входных и выходных валов машин. Уплотнения с одной стороны предупреждают утечку масла из корпуса машин, с другой- защищают внутренние полости корпуса от внешних воздействий (проникновения пыли, грязи и влаги извне). Это особенно важно для машин, работающих на открытом воздухе в соседстве с агрессивными средами.Все системы уплотнений можно разделить на два класса: контактные и бесконтактные. В первом случае уплотнение достигается непосредственным соприкосновением подвижной и неподвижной частей уплотнений. К числу этих уплотнений относят сальники, манжеты, разрезные пружинные кольца, торцовые уплотнения и т. д. Во втором случае контакт между частями уплотнения отсутствует. Уплотнительный эффект достигается с помощью центробежных сил, гидродинамических явлений и т. д. К числу этих уплотнений относят лабиринтные уплотнения, отгонные резьбы, отражательные диски, ловушки разнообразных типов и т. д.
Контактные уплотнения обеспечивают более высокую герметичность соединений. Их недостатки (ограниченность допустимых скоростей относительного движения, изнашиваемость и потери уплотнительных свойств с износом) устраняют регулированием силы прижатия контактирующих поверхностей, рациональным подбором материала трущихся поверхностей, компенсацией износа с помощью упругих устройств.Бесконтактные уплотнения не имеют пределов по скоростям относительного движения; их срок службы не ограничен; уплотнительные свойства вообще ниже, чем у контактных уплотнений; полной герметизации можно до>-биться лишь применением дополнительных устройств.Сальники принадлежат к числу отживающих систем уплотнения. Их основной недостаток - повышенный износ, сопровождающийся потерей уплотнительных свойств, и неприспо-собленность к высоким окружным скоростям. Все же благодаря простоте и дешевизне сальники до сих пор применяют в узлах неответственного назначения. Сальник представляет собой кольцевую полость вокруг вала, набитую уплотняющим материалом. Для набивки применяют хлопчатобумажные ткани, очесы, шнуры, вываренные в масле, фетр, асбест и подобные материалы с добавлением металлических порошков (свинца, баббита), графита, дисульфида молибдена и других самосмазывающихся веществ.
Простейшие формы сальников, устанавливаемых непосредственно в корпусные детали или в промежуточные детали.Надежность сальника резко возрастает при подводе смазки (хотя бы в незначительном количестве), так как при смазке уменьшается коэффициент трения, тепловыделение и повышается герметичность. В конструкции смазка подводится из уплотняемой полости через радиальные отверстия в корпусе сальника.Совершеннее конструкции с автоматической затяжкой с помощью пружины. В случаях, когда необходимо полностью исключить просачивание жидкости через уплотнение, применяют спаренные или многорядные сальники с промежуточными распорными втулками между набивками и со сливом жидкости, просачивающейся через первые (со стороны давления) набивки.

Щелевые уплотнения. Наиболее простым видом бесконтактного уплотнения является кольцевая щель между валом и корпусом. Уплотняющая способность кольцевой щели пропорциональна ее длине и обратно пропорциональна величине зазора. При практически осуществимых длинах щели и величинах зазора уплотнение это малоэффективно. Для увеличения длины щели при жестких требованиях к габаритам иногда применяют двухъярусное щелевое уплотнение.

Эффективность щелевого уплотнения повышают кольцевыми канавками, которые могут быть выполнены на валу, во втулке или одновременно на валу и во втулке. Этот вид уплотнения часто называют «лабиринтным», хотя по принципу действия. оно не имеет ничего общего с лабиринтным уплотнением. Назначение канавок в данном случае - создать на валу гребешки, отражающие масло действием центробежной силы в кольцевое пространство между валом и втулкой. В случае расположения канавок во втулке обязателен сток масла из канавок в нижней точке. Разновидность уплотнения, в котором гребешки вала заходят в канавки втулки. Конструкция применима только при радиальной сборке.
Уплотнения отгонной резьбой применяют для герметизации полостей, содержащих жидкости. На валу или во втулке (или здесь и там одновременно) выполняют резьбу (обычно многозаходную). Направление резьбы должно быть согласовано с направлением вращения вала так, чтобы витки отгоняли уплотняемую жидкость, например масло, в корпус. Уплотнение - нереверсивное; при перемене направления вращения витки гонят жидкость в обратном направлении из корпуса. Торцовые уплотнения принадлежат к числу контактных уплотнений. На валу установлен диск а, которому не дают вращаться относительно вала торцовые зубья. Диск постоянно прижимается пружиной к укрепленной на корпусе неподвижной шайбе. Уплотняемая среда (жидкость, газ) может просачиваться через уплотнение в двух направлениях (указаны на рисунке стрелками): через торец диска и через кольцевой зазор между диском и валом. Просачиванию через торец диска препятствует уплотнение контактом между деталями айв; просачиванию через зазор - уплотнение резиновыми кольцами. Радиальное уплотнение работает в гораздо более легких условиях, чем торцовое, так как диск имеет крайне незначительные перемещения вдоль вала. Для улучшения уплотнений на поверхностях трения иногда выполняют мелкие кольцевые канавки. Гидравлическое центробежное уплотнение состоит из крыльчатки, вращающейся в замкнутой кольцевой полости, в которую залита уплотняющая жидкость (масло, вода и т. д.). Центробежной силой жидкость прижимается к периферии полости. Если с одной стороны на уплотнение действует давление, то жидкость занимает в полости положение. Разность центробежных сил, действующих на жидкость с одной и с другой стороны крыльчатки, определяет давление (МПа), которое держит уплотнение.

Гребешковое уплотнение. Целью установки гребешковых уплотнений является разбить масляную пленку, ползущую по валу и отбросить ее действием центробежных сил в кольцевую полость, откуда масло по дренажным каналам стекает в полость машин. Кольцевые канавки выполняют непосредственно на валу.

Уплотнения с промежуточной камерой (суфлерные уплотнения). Применяются, когда давление в масляной полости значительно выше чем снаружи, и даже контактные уплотнения не могут остановить просачивание масла. Радикальным способом является установка двойных уплотнений, разделенных промежуточной камерой, в которую подводится воздух из полости машины через суфлерные отверстия.