УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Российский патент 1998 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к уплотнительной технике, а более конкретно к радиальным уплотнениям вращающихся валов, которые имеют выход из одной уплотняемой полости в другую, и находят широкое применение в двигателях, редукторах, барабанах.

Известны уплотнения вращающихся валов, например, описанные в работе Голубева А. Г. "Контактные уплотнения вращающихся валов". Машиностроение, М, 1976, и манжеты, выпускаемые по ГОСТ 8752-70 "Манжеты резиновые армированные для валов". Такие уплотнения изготавливаются из эластомерных материалов. Для обеспечения жесткости посадки в корпус уплотняемого узла уплотнение снабжено металлическим кольцом. Наружной поверхностью уплотнение вставляется в расточку корпуса, а внутренней частью уплотнительного кольца одевается с натягом на вал. Для обеспечения постоянного контактного давления на поверхности рабочей кромки на уплотнительное кольцо устанавливается металлическая браслетная пружина. При соединении концов пружины в кольцо трудно обеспечить необходимую точность длины окружности пружины, что ведет или к повышенному износу, когда пружина укорочена, или к недостаточному уплотнению, когда пружина растянута.

Известно уплотнительное кольцо вращающегося вала (см. ИК патент Application (19) DB (11) 2028933А по классу F 16 J 15/32) имеет опорное металлическое кольцо с пружинящими лепестками, к которым через промежуточную деталь в виде конической оболочки привулканизировано из эластомерного материала уплотнительное кольцо. За счет деформации металлических лепестков опорного кольца и конической промежуточной детали обеспечивается прижим рабочей кромки к валу. Такая конструкция уплотнения исключает применение браслетной пружины, что упрощает устройство и повышает надежность его работы. Упругая сила прижима уплотнительного кольца определяется свойствами эластомерного материала, размерами оболочки и толщиной лепестков опорного кольца.

В этом уплотнении отогнутые лепестки опорного стального кольца выполняют роль пружины. Такая конструкция опорного кольца с пружинящими лепестками увеличивает его металлоемкость и трудоемкость изготовления уплотнения, что является одним из существенных недостатков данной конструкции. Для изготовления опорного кольца требуется пружинная листовая сталь и специальная технология штамповки с последующей термообработкой. При изготовлении лепестков необходимо соблюдать особую точность их изгиба и размеров по толщине, так как от этого зависит равномерность распределения контактного давления рабочей кромки на вал и работоспособность уплотнения.

Задача изобретения - упрощение конструкции уплотнения для вращающегося вала, снижение его металлоемкости.

Для достижения этой задачи в известном уплотнении для вращающегося вала, имеющем коническую оболочку, опорное металлическое кольцо, рабочая кромка выполнена в виде закругленного кольцевого выступа с плавным переходом от торцевой поверхности, а опорное кольцо и уплотнительный поясок соединены радиальными секторами переменного сечения с плавным переходом на соединяемые поверхности. Это обеспечивает постоянное по величине контактное давление и равномерное его распределение по поверхности трения без применения пружин.

При монтаже уплотнения на вал конструктивные элементы испытывают различные виды деформации. Так, уплотнительное кольцо растягивается, коническая оболочка изгибается и растягивается, а радиальные сектора сжимаются. Такое исполнение позволило ужесточить общую конструкцию уплотнения и уменьшить величину натяга при обеспечении необходимого и достаточного контактного давления на поверхности трения рабочей кромки на вал.

Элементы уплотнения из эластомерных материалов, работающие при малых деформациях, меньше подвержены релаксации и на больший срок сохраняют механические характеристики. Это свидетельствует о том, что такое уплотнение позволяет увеличить ресурс и надежность работы уплотнения.

На фиг. 1 приведен общий вид части уплотнения; на фиг. 2 - радиальное сечение уплотнения (пунктиром показано положение уплотнения в свободном состоянии).

Уплотнение вращающегося вала содержит усеченную осесимметричную коническую оболочку 1, установленную на вал 2 с натягом. Большее основание оболочки переходит в направляющее кольцо, к которому для жесткости посадки уплотнения в расточку корпуса привулканизировано тонкостенное стальное кольцо 3. Меньшее основание оболочки по наружной поверхности имеет утолщенный уплотнительный поясок 4, у которого торцевая поверхность К составляет прямой угол с образующей конуса l, в вертикальной плоскости уплотнительный поясок 4 ограничивается габаритами опорного кольца 3, а по высоте составляет двойную толщину конической оболочки.

Рабочая кромка 5 расположена на внутренней поверхности оболочки у меньшего основания и выполнена в виде закругленного кольцевого выступа, сопряженного с торцевой поверхностью К. Диаметр окружности рабочей кромки 5 в свободном состоянии меньше диаметра вала 2 на величину натяга, который для данной конструкции уплотнения равен диаметру закругления рабочей кромки 5. Опорное кольцо 3 и уплотнительный поясок 4 связаны между собой радиальными секторами 6 переменного сечения с плавным переходом на соединяемые плоскости.

Уплотнение функционирует следующим образом. Так как диаметр вала 2 больше диаметра отверстия по рабочей кромке 5, то при монтаже уплотнения уплотнительный поясок 4 вместе с конической оболочкой 1 и радиальными секторами 6 объемно деформируются, упруго охватывая шейку вала 2 рабочей кромкой 5.

Закругленная форма рабочей кромки создает постоянную по ширине зону контакта, а радиально расположенные сектора при плавном переходе к уплотнительному пояску обеспечивают равномерное распределение контактного давления по схватываемой поверхности.

По мере износа рабочей кромки 5 деформируемые элементы уплотнения восстанавливают плотность контакта. Сектора 6 обеспечивают устойчивое положение рабочей кромки 5 как при монтаже уплотнения на вал, так и в процессе работы. Кроме того, их применение повышает суммарную жесткость деформируемых элементов и позволяет отказаться от применения стальных пружин различной конструкции.

Изобретение относится к уплотнительной технике и находит широкое применение в машиностроении. Рабочая кромка уплотнения выполнена в виде закругленного кольцевого выступа при плавном сопряжении с торцевой поверхностью. Опорное кольцо и уплотнительный поясок соединены радиальными секторами переменного сечения с плавными переходами на соединяющие поверхности. Уплотнение упрощает конструкцию устройства. 2 ил.

Уплотнение вращающегося вала, содержащее коническую оболочку, металлическое опорное кольцо, уплотнительный поясок с рабочей кромкой, отличающееся тем, что рабочая кромка выполнена в виде закругленного кольцевого выступа при плавном сопряжении с торцевой поверхностью, а опорное кольцо и уплотнительный поясок соединены радиальными секторами переменного сечения с плавными переходами на соединяемые поверхности.