Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33

На рис. 6.29 приведены конструктивные схемы заделки сильфонов.

К преимуществам металлических сильфонов следует отнести работоспособность в широком диапазоне температур окружающей и рабочей среды. Так, сильфоны из специальных сортов коррозионно-стойкой стали работают при температуре от -240 до +650 °С [7].

6.3. УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЕДИНЕНИЙ

Герметизацию вращающихся соединений пневматических устройств обеспечивают контактными и бесконтактными уплотнительными устройствами. К контактным устройствам относятся: радиальные кольцевые, манжетные, сальниковые и торцовые уплотнения. К бесконтактным - щелевые, лабиринтные и некоторые типы других специальных уплотнений. В пневматических устройствах общепромышленного применения наибольшее распространение получили контактные уплотнительные устройства. Бесконтактные уплотнительные устройства нашли применение в компрессорах, пневмотурбинках и специальных пневматических устройствах. Однако они не обеспечивают полной герметизации соединения.

Контактные уплотнения радиального типа. Резиновые кольца круглого сечения рекомендуют для герметизации вращающихся соединений (поворотных пневмодвигателей и соединений) пневматических устройств кратковременного действия с небольшой окружной скоростью.

На рис. 6.30 показано поворотное соединение с резиновыми кольцами. При более высоких окружных скоростях (выше 0,5 м/с) или длительной работе на контактной поверхности развиваются высокие температуры, что приводит к выводу уплотнения из строя. Рекомендуемая величина радиального сжатия кольца не должна превышать 5-6% при размещении кольца в канавке, расположенной перпендикулярно оси вращения, и 9-П% при расположении колец в канавке под некоторым углом к плоскости, перпендикулярной к оси вращения [2, 6]. Угол а (рис. 6.31) обычно принимают равным 3-4°. Наклонное расположение кольца по отношению к оси вращения значительно улучшает отвод теплоты от поверхности трения и подвод смазочного материала, что снижает коэффициент трения и повышает надежность работы уплотнительного узла. Рекомендуется [2] размеры кольца и вала подбирать так, чтобы кольцо можно было монтировать на вал без растяжения, для чего наружный диаметр кольца в свободном состоянии должен быть на 5-8% больше диаметра донышка канавки. Это обеспечивает контакт кольца с уплотняемой поверхностью вала только за счет окружного и поперечного сжатия кольца без его растяжения. Шероховатость поверхности вала должна быть не выше Ra = 0,25-0,1 мкм, овальность не более 0,01 мм, радиальное биение вала не более 0,05 мм и осевое биение не более 0,3-0,5 мм.

Для поворотных пневмодвигателей и соединений не предъявляются высокие требования к долговечности уплотнений, поэтому требования к точности и шероховатости обработки менее жесткие.

Манжеты. Герметизацию вращающихся соединений устройств манжетами в основном применяют при давлении рабочей среды до 0,6 МПа. Как и для уплот-


Рис. 6.30. Поворотное соединение

Рис. 6.31. Конструктивная [ i

схема установки круглого кольца в канавке под углом к плоскости, перпендикулярной к оси вращения




Рис. 6.32. Конструктивные схемы установки манжет по ГОСТ 8752-79 без конусного (а) н с конусным (б) упорами

нительных соединений с кольцами круглого сечения, основной причиной выхода из строя уплотнительных соединений манжетного типа является высокая температура . в месте контакта манжеты с поверхностью вала. Эта температура повышается при увеличении давления рабочей среды и окружной скорости вращения вала. Сложность обеспечения подачи смазочного материала к месту контакта манжеты с поверхностью вала и отвода теплоты ограничивают использование манжет для герметизации устройств с высокой окружной скоростью (как правило, не выше 10 м/с).

Конструктивная схе.ма установки манжет по ГОСТ 8752-79 приведена на рис. 6.32. При давлении рабочей среды выше 0,05 МПа рекомендуется установка конусного упора (см. рис. 6.32, б) для предохранения рабочей кромки манжеты от выворачивания. Манжету следует устанавливать на вал с натяжением, при котором внутренний диаметр уплотняющих кромок увеличивается на 5-8% [2]. На практике внутренний диаметр манжеты в свободном состоянии обычно выбирают на 1-2 мм меньше диаметра вала. Материалом для изготовления манжет служат различные сорта резин и кожа.

Технические требования к деталям, сопряженным с уплотнениями манжетного типа приведены в табл. 6.11 [5]. Перед монтажом необходимо правильно собрать и смонтировать пружину на манжетах по ГОСТ 8752-79. Пружина, свернутая в кольцо, должна ложиться на плоскость, при этом допускаемый просвет не должен быть более 2 мм. Смонтированная на манжете пружина должна равномерно облегать сжимаемую кромку манжеты. Манжета должна быть плотно установлена в корпусе, исключающем ее проворачивание или осевое перемещение.

Сальниковые уплотнения. Этот тип уплотнений применяют для защиты внутренних полостей устройств от пыли и влаги, герметизации рабочей среды, а также предотвращения утечки смазочного материала из подшипниковых узлов пневматических устройств. На рис. 6.33 приведены основные конструктивные схемы сальниковых уплотнений. Наиболее просты сальниковые уплотнения, предназначенные для защиты внутренних полостей устройств от попадания пыли н влаги (см. рис. 6.33, а). Это уплотнение не обеспечивает герметизацию избыточного давления. Материалом для набивки сальникового уплотнения этого типа

Таб.шца 6.11

Технические требования к деталям, сопряженным с уплотнениями манжетного типа

Показатели

Отверстие

Шероховатость поверхности ......

Ra = 0,63 - 0,16 мкм

Ra = 2,5 - 1,25 мкм

Твердость поверхности трения для стали

HiC, не менее ............

Квалитет по СТ СЭВ 145 - 75 .....

Радиальное биение (мм, не более) при ча-

стоте вращения вала, с~* (об/мин);

до 8,3 (до 500) ..........

0,20

св. 8,3 до 25 (св. 500 до 1500) . .

0,15

Несоосность посадочного места относи-

тельно оси вала (мм, ие более) при диа-

метре посадочного гнезда:

до 80 ..............

0,12

св. 80 до 150...........

0,15




Рнс. 6.33. Конструктивные схемы сальниковых уплотнений для соединений с вращательным движением

служат фетровые и войлочные кольца. Аналогично сальниковым уплотнениям для соединений с возвратно-поступательным движением, их разделяют на уплотнения с ручной и пружинной затяжкой набивки (см. рис. 6.33, б, в).

Повышение надежности и герметичности сальниковых уплотнений достигается подбором материалов с хорошими антифрикционными свойствами и теплопроводностью. Наиболее полно этим требованиям отвечают графитовые и полуметаллические набивки. Для обеспечения самосмазывания сальникового уплотнения в набивках используют графит, баббит и другие антифрикционные материалы. В устройствах сальниковые уплотнения применяют, как правило, во вращающихся соединениях с рабочим давлением до 1,0 МПа и окружной скорости вращения вала до 10 м/с. Из-за малой долговечности и значительных размеров этот тип уплотнений не нашел широкого применения в пневматических устройствах общемашиностроительного применения. Вопросы расчета сальниковых уплотнений подробно освещены в работе [6].

Торцовые уплотнения в последнее время все шире используют для герметизации вращающихся соединений пневматических устройств. К их преимуществам относятся высокая долговечность, надежная герметизация при работе (вращении) соединения, работоспособность в широком диапазоне температуры, возможность работы без дополнительной подачи смазочного материала и незначительные потери мощности на трение. На рис. 6.34 показаны конструктивные схемы неразгруженного и разгруженного торцового уплотнения. У неразгруженных торцовых уплотнений на запирающих поверхностях устанавливается отношение давлений plp > 1, у разгруженных plp < 1 [6], где р - среднее контактное давление на запирающих поверхностях от усилий поджатия; р - давление рабочей среды.

Торцовое уплотнение состоит из уплотнительного кольца 1, поджимаемого пружиной 2 к торцу опорного кольца 3. Уплотнительное кольцо / имеет свободу перемещения в осевом направлении, что дает возможность пружине 2 создать на контактных поверхностях уплотнительного узла давление, достаточное для обеспечения герметичности при давлении рабочей среды, близком к нулю. При возрастании давления к усилию пружины 2 добавляется усилие давления рабочей среды иа неразгруженную площадь уплотнительного кольца. Это приводит к возрастанию контактного давления. С целью исключения вращения уплотнительного кольца в конструкции должна быть предусмотрена механическая связь


Рнс. 6.34. Конструктивные схемы торцовых уплотнений: а - неразгруженного типа; б - разгруженного типа


Рис. 6.35. Конструкции торцовых уплотнений:

а -с снльфоном; б -с эксцентричным расположением уплотнительного кольца; » со свободно плавающим графитовым уплотнительным кольцом

его С корпусом (шпонкой, штифтом, пайкой к сильфону и т. п.). Герметизация зазора между корпусом и валом обеспечивается установкой резиновых колец, манжет или сильфонами. У разгруженного торцового уплотнения снижение контактного давления на площадь уплотнительного кольца 1 достигается частичной разгрузкой его от давления рабочей среды. Площадь кольца f = {1 - 1), на которую действует давление рабочей среды (см. рис. 6.34, б), выбирают меньше площади контакта пары F = -{d\ - rfi). Отношение fiF - называют коэффициентом уравновешивания [3]. Подбором отношения fIF можно обеспечить полную разгрузку уплотнительного кольца от давления рабочей среды. На практике всегда производят только частичную разгрузку, что повышает герметичность соединения при хороших показателях долговечности. Отсутствие или недостаточная подача смазочного материала к поверхностям контакта торцового уплотнения, характерная для пневматических устройств, приводит к необходимости применять разгруженные торцовые уплотнения даже при рабочем давлении 0,6-1,0 МПа.

При высоких требованиях к герметичности соединения торцовые уплотнения применяют в сочетании с сильфонами (рис. 6.35, а, в). При высоких давлениях рабочей среды применяют двойное торцовое уплотнение с принудительной циркуляцией жидкости для подачи смазочного материала к поверхностям треиия и отвода теплоты, возникающей при трении [7]. Давление жидкости принимают на 0,1-0,2 МПа выше давления запираемой рабочей среды. Не рекомендуется применение торцовых уплотнений для высоких давлений газа без принудительной подачи смазочного .материала и отвода теплоты от контактных поверхностей.

На рис. 6.35, б показано оригинальное торцовое уплотнение, которое состоит из неподвижного уплотнительного кольца 1, эксцентрично установленного относительно вала 2. Это значительно улучшает условия подачи смазочного материала и отвода теплоты от мест контакта трущихся деталей [6]. Уплотняющая кромка имеет очень малую ширину (0,125 мм) й является частью гибкой мембраны, что обеспечивает малую силу трения и предохраняет место контакта от загрязнений. Данное уплотнение показало высокую работоспособность при высоких давлениях рабочей среды и больших скоростях вращения, хорошую температуроустойчивость, коррозиоииостойкость и долговечность. На рис. 6.35, в приведена конструкция торцового уплотнения со свободно плавающим кольцом. Что позволяет уменьшить скорость скольжения уплотняемого кольца в месте контакта [2]. Плавающее кольцо в этом уплотнении изготовляют из графита или пластмассы, а сопряженные с ним кольца из стали.

На рис. 6.36, а изображена головка подвода воздуха с одним подводом и с торцовым уплотнением, Стальной шпиндель 1 установлен в корпусе 2 на двух



Рис. 6.36. Головки подвода воздуха


радиальных шарикоподшипниках. Уплотнение вращающегося шпинделя достигается применением втулки 3 из графитовой бронзы, поджимаемой к торцу шпинделя усилием пружины и давлением сжатого воздуха. На рис. 6.36, б изображена головка с двумя подводами воздуха и торцовыми уплотнениями 1 ц 3 кз графитовой бронзы, поджатыми пружиной 2. Значительное влияние на работоспособность торцового уплотнения оказывает выбор ширины пояска уплотнительного кольца. Исследования различных материалов уплотнительного соединения (сталь - бронза, сталь - фторопласт, сталь - бронзографит, сталь - же-лезографит, сталь - графит, сталь - текстолит различных марок) для муфт подвода воздуха к вращающимся пневмоцилиндрам станков, проведенные во ВНИИГидроприводе, показали, что лучшие результаты обеспечивает пара сталь- текстолит марки ПТК. При диаметрах уплотнительного кольца до 50 мм и ширине пояска 1,5-2 мм торцовое уплотнение с этой парой обеспечивало надежную работу прп давлении сжатого воздуха до 1,0 МПа и частоте вращения 50 с"! (3000 об/диш). Для обеспечения высокой надежности работы торцовых уплотнений необходимо обеспечить определенные требования при изготовлении уплотняемого и опорного колец.

Величина торцового биения для колец с диаметром до 50 мм и частоте вращения вала до 50 (3000 об/мии) не должна превышать 0,02 мм. Неперпендикулярность плоскости уплотнительного пояска кольца к оси вала, при указанных выше значениях диаметра кольца и частоте вращения вала, не должна превышать 0,01-0,02 мм. Неплоскостность уплотняющих поверхностей колец не должна превышать 1-2 мкм. Малые значения неплоскостности улучшают герметичность, однако условия отвода теплоты ухудшаются. Допуски на точность изготовления уплотняемого и опорного колец могут быть снижены при применении уплотнительных колец со сферическими контактными поверхностями [2].


Рис. 6.37. Муфта подвода воздуха с щелевым уплотнением 164

Рис. 6.38. Разновидности лабиринтного уплотнения с расположением гребней:

а - односторонним; б - двусторонним


Шероховатость рабочих поверхностей уплотнительного п опорного колец должна быть Ra = 0,160-0,080 мкм.

Бесконтактные уплотнительные устройства. Из существующих типов бесконтактных уплотнительных устройств в пневматических устройствах нашли применение уплотнения щелевого и лабиринтного типов.

Уплотнения щелевого типа не обеспечивают полной герметичности. Величина утечек через уплотнение зависит от давления рабочей среды, геометрических размеров щели и режима истечения воздуха. С целью снижения утечек зазор в сопрягаемых деталях стараются делать возможно меньшим, а длину щелевого зазора большей.

Изображенная на рис. 6.37 муфта подвода воздуха к вращающимся пневмоцилиндрам по МП 3453-62 с использованием щелевого уплотнения (между вращающимся ишинделем 1 и втулкой 2) предназначена для работы при давлении сжатого воздуха до 0,6 МПа и частоте вращения 20 с"! (1200 об/мин). Известны конструкции муфт, обеспечивающие работу при частоте вращения 67 c"i (4000 об/мин). Втулка 2 муфты изготовлена из материала с высокими антифрикционными свойствами. Смазочный материал подается через масленку, которая ввинчивается в отверстие А. Кольцевые проточки на втулке служат для сбора загрязнений, попавших в кольцевой зазор, что предохраняет вращающее соединение от заклинивания. Щелевые уплотнения имеют незначительные потери энергии от трения, однако высокие требования к их изготовлению, утечка рабочей среды, чувствительность к наличию загрязнений и температурным деформациям ограничивают области их применения в устройствах.

В уплотнениях лабиринтного типа рабочая среда герметизируется за счет дросселирования ее при движении через последовательно расположенные сужения. Как и щелевые уплотнения, они не обеспечивают полной герметичности. По виду движения потока рабочей среды в лабиринтном уплотнении их разделяют на уплотнения с односторонним расположением гребней (рис. 6.38, а), в которых движение потока прямолинейное, и с двусторонним (рис. 6.38, б) - с поворотом потока на 180°.

W i\

- 0,2

во"

J),2


Рис. 6.39. Варианты кольцевых выточек лабиринтного уплотнения




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33