ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях для уплотнения валов, особенно в жидкостных насосах.

Известно торцевое уплотнение [1] содержащее неподвижное уплотнительное кольцо и гофр, преимущественно из эластомера, который соединен с уплотнительным кольцом без возможности взаимного проворачивания. В зоне окружности поверхности с противоположной от уплотнительного кольца стороны уплотнительный гофр переходит в зажимную часть. Между зажимной частью и уплотнительным гофром установлена пружина. Контактное уплотнение отличается тем, что расположенная между уплотнительным кольцом и зажимной частью манжета уплотнительного гофра представляет собой отдельную деталь из износостойкого материала. Манжета соединена с зажимной частью уплотнительного гофра с силовым замыканием. Для создания надежного осевого усилия в конструкцию уплотнения введена витая цилиндрическая пружина.

Описанное торцевое уплотнение представляет собой достаточно сложную, включающую три отдельные детали конструкции.

В качестве прототипа выбрано торцевое уплотнение [2] содержащее аксиально-подвижное кольцо трения, установленное в корпусе и поджатое упругим элементом из эластичного материала к вращающемуся кольцу трения, размещенному на валу. Упругий элемент выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических втулок, соединенных между собой конической перемычкой, причем одна цилиндрическая втулка, расположенная на меньшем диаметре, соединена с аксиально-подвижным кольцом трения, выполненным из антифрикционного материала, а другая цилиндрическая втулка расположена в корпусе с сопряжением по наружной и торцевой поверхности.

Недостатком прототипа является низкая надежность уплотнения по поверхности посадки большей цилиндрической втулки в корпусе, из-за неэффективного преобразования конической перемычкой осевого усилия в радиальное.

Целью изобретения является повышение надежности торцевого уплотнения.

Техническая задача решается за счет конструктивного изменения формы перемычки.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном торцевом уплотнении, содержащем аксимально-подвижное кольцо трения, установленное в корпусе и поджатое упругим элементом из эластичного материала к торцу вращающегося элемента, смонтированного на валу, причем упругий элемент имеет форму полугофра, вершина и основание которого выполнен в виде коаксиальных цилиндрических поверхностей, сопряженных между собой перемычкой, наружная и внутренняя поверхности последней на части своей окружной длины, имеют выпуклую, преимущественно сферическую (бочкообразную) форму, с максимальным размером толщины перемычки в ее средней части.

При этом, внутренняя поверхность перемычки может быть снабжена радиальными ребрами жесткости, а выпуклые участки перемычки могут быть выполнены полыми.

Наружная поверхность вершины полугофра может быть снабжена пилообразными зубьями и замкнута на поверхности корпуса и его торце. Основание полугофра неподвижно смонтировано на наружной поверхности и торце трения.

При таком конструктивном исполнении, при обеспечении простоты и высокой технологичности конструкции уплотнения, достигается высокая надежность уплотнения по поверхности посадки вершины полугофра в корпус, за счет наиболее оптимального и эффективного преобразования предлагаемой перемычкой осевого усилия в радиальное.

На фиг. 1 показано торцевое уплотнение в составе насоса охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (дан фрагмент конструкции насоса); на фиг. 2 показан вариант конструктивного исполнения торцевого уплотнения; на фиг. 3 показано сечение А-А по фиг. 2; на фиг. 4 показано сечение Б-Б по фиг. 2; на фиг. 5 показан вариант конструктивного исполнения торцевого уплотнения; на фиг. 6 показано сечение А-А по фиг. 5; на фиг. 7 показано сечение по Б-Б фиг. 5.

Торцевое уплотнение по фиг. 1 содержит аксиально-подвижное кольцо трения 1, установленное в корпусе 2 и поджатое упругим элементом 3 из эластичного материала, например, резины, к торцу вращающегося элемента 4 (крыльчатка водяного насоса), смонтированного на валу 5. Упругий элемент 3 имеет форму полугофра, вершина 6 и основание 7 которого выполнены в виде коаксиальных цилиндрических поверхностей (втулок), сопряженных между собой перемычкой 8. Наружная 9 и внутренняя 10 поверхности перемычки 8 на части своей окружной длины, имеют выпуклую (бочкообразную), преимущественно сферическую форму, с максимальным размером толщины перемычки 8 в ее средней части.

На фиг. 2 и 5 поверхность 10 перемычки 8 снабжена радиальными ребрами 11 жесткости, при этом выпуклые участки перемычки 8 выполнены сквозными, отверстия показаны поз. 12.

Наружная поверхность вершины 6, фиг. 1 полугофра снабжена пилообразными зубьями 13, для более надежного контакта с внутренней поверхностью корпуса 2. Основание 7 полугофра неподвижно, например, клеем, смонтировано на наружной поверхности и торце кольца трения 1.

Работа торцевого уплотнения.

Предлагаемое торцевое уплотнение обеспечивает герметизацию вращающегося вала 5 по поверхностям: А внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса; В - торцевая поверхность корпуса; С плоская поверхность трения кольца 1 с вращающейся крыльчаткой 4 с валом 5.

Уплотнение по поверхности "А" достигается за счет поджатия внешней поверхности вершины 6 полугофра к внутренней цилиндрической стенке корпуса 2, при этом надежное усилие прижатая обеспечивается за счет эффективной передачи осевого поджатия через наружную 9 и внутреннюю 10 поверхность перемычки 8 на уплотняемую поверхность "А".

Уплотнение по поверхности В и С достигается за счет осевого усилия от деформации упругого элемента 3 при сборке узла.

Как показали предварительные экспериментальные работы, проведенные на образцах водяных насосов двигателей ВАЗ, предлагаемое торцевое уплотнение обеспечивает надежную работу насоса, отличается высокой технологичностью в изготовлении и малой себестоимостью. Кроме того, многовариантность конструктивного исполнения позволяет обеспечить широкую гамму конструкций насосов с различной производительностью.

В настоящее время осуществлена технологическая проработка конструкции и осуществляется изготовление прессформ для выпуска предлагаемых торцевых уплотнений.

Использование: относится к машиностроению. Сущность изобретения: торцевое уплотнение содержит аксиально-подвижное кольцо трения, установленное в корпусе и поджатое упругим элементом к торцу вращающегося элемента, смонтированного на валу. Упругий элемент имеет форму полугофра, вершина и основание которого выполнены в виде коаксиальных цилиндрических поверхностей, сопряженных между собой перемычкой. Наружная и внутренняя поверхности перемычки на части своей окружности длины, имеют выпуклую, преимущественно сферическую форму, с максимальным размером перемычки по толщине в ее средней части. 4 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Торцевое уплотнение, содержащее аксиально-подвижное кольцо трения, установленное в корпусе и поджатое упругим элементом из эластичного материала к торцу вращающегося элемента, смонтированного на валу, причем упругий элемент имеет форму полугофра, вершина и основание которого выполнены в виде коаксиальных цилиндрических поверхностей, сопряженных между собой перемычкой, отличающееся тем, что наружная и внутренняя поверхности перемычки, по меньшей мере на части своей окружной длины, имеют выпуклую, преимущественно сферическую форму, с максимальным размером толщины перемычки в ее средней части. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность перемычки снабжена радиальными ребрами жесткости. 3. Уплотнение по пп.1 и 2, отличающееся тем, что выпуклые участки перемычки выполнены полыми. 4. Уплотнение по пп.1 3, отличающееся тем, что наружная поверхность вершины полугофра снабжена пилообразными зубьями и замкнута на внутренней поверхности корпуса и его торце. 5. Уплотнение по пп.1 4, отличающееся тем, что основание гофра неподвижно смонтировано на наружной поверхности и торце кольца трения.