ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2001 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к уплотняющим устройствам.

Известны торцевые уплотнения, содержащие корпус, кольцо трения корпуса, кольцо трения, пружину и втулку с уплотнением, закрепленную на валу (см. авт. свид. SU N 1451387 A1, МКИ F 16 J 15/00, 1989 г., авт. свид. SU N 1822912 A1, МКИ F 16 J 15/00, 1993 г.).

Недостатками данного торцевого уплотнения являются наличие большого нагревания и износа поверхностей в месте трения у колец трения при большом числе оборотов уплотняемого вала.

Целью изобретения является создание торцевого уплотнения, которое снизит износ в месте трения колец уплотнения.

Поставленная цель достигается тем, что дифференциальное торцевое уплотнение, содержащее корпус, подвижное и неподвижное кольца трения и пружину, отличающееся тем, что оно снабжено ведущей шестерней, установленной на уплотняемом валу, дополнительными кольцами трения, на разных наружных диаметрах которых, увеличивающихся на некоторую величину, находятся зубья шестерен, и тремя одинаковыми дифференциальными блоками шестерен, шестерни которых неподвижны относительно друг друга и последовательно уменьшаются в диаметрах на некоторую величину, установленными на осях, закрепленных к уплотняемому корпусу, а зубьями больших шестерен - входящими в зацепление с зубьями ведущей шестерни, наружный диаметр которой равен большим диаметрам шестерен дифференциальных блоков шестерен, и, сохраняя межцентровое расстояние, остальными зубьями шестерен - с зубьями соответствующих колец трения, которые пакетом соосно упираются в трущую поверхность ведущей шестерни и поджаты соосной тарельчатой пружиной, расположенной между последним кольцом трения и корпусом, закрепленным к уплотняемому корпусу.

В предлагаемом техническом решении зубчатое зацепление дифференциальных блоков шестерен с ведущей шестерней и кольцами трения торцевого уплотнения позволяет снизить скорости вращений колец трения относительно друг друга, поэтому - уменьшить их износ, увеличить время отведения тепла из зоны трения.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежа, на котором изображено дифференциальное торцевое уплотнение. На уплотняемом корпусе, на расчетном диаметре, соосном с уплотняемым валом, равномерно по окружности, в расчетных местах установлены три оси 1, на которых устанавливаются свободно вращающиеся на осях 1 дифференциальные блоки шестерен 2, представляющие наборы соосных, неподвижных относительно друг друга шестерен, имеющих одинаковый модуль (модули могут быть неодинаковыми). Диаметры шестерен различаются на некоторую или постоянную величину. В дифференциальных блоках 2 диаметры шестерен располагаются последовательно от большего диаметра к меньшему при одинаковом заходе зубьев. Большие диаметры шестерен блоков шестерен 2 обращены к уплотняемому корпусу, то есть располагаются к нему ближе. На уплотняемом валу, имеющем уступ и шлицы в расчетном месте, крепится ведущая шестерня 3 с уплотнением 4, имеющая ответное сочленение. Ведущая шестерня 3 имеет модуль шестерен дифференциальных блоков 2, а диаметр ее равен большему диаметру шестерен этих блоков шестерен 2 и входит с ними в зацепление. Одна из сторон ведущей шестерни 3, которая обращена на выход уплотняемого вала, имеет трущую поверхность в виде выступающего кольца, плоскость которого строго перпендикулярна оси уплотняемого вала. К трущейся поверхности ведущей шестерни 3 прилегает соосно кольцо трения 5 торцевого уплотнения, к которому прилегает соосно другое кольцо трения 5, а к нему следующее и так далее. Кольца трения 5 торцевого уплотнения выполнены в виде шестерен - зубчатых колес, так как на наружном диаметре их располагаются зубья шестерен. Наружный диаметр зубчатых колес - колец трения 5 увеличивается от диаметра ведущей шестерни 3 на некоторую величину, равную величине уменьшения диаметров шестерен дифференциальных блоков 2, поэтому межцентровое расстояние сохраняется постоянным.

Зубчатые пары колес и шестерен образуют передаточные ступени. Модули зубчатых колес колец трения 5 одинаковые с модулями шестерен дифференциальных блоков 2. Кольца трения 5 имеют трущие поверхности с обеих сторон в виде выступающих колец одного размера с аналогичным кольцом на ведущей шестерне 3. Плоскости трущихся поверхностей каждого кольца трения 5 параллельны между собой. Кольца трения 5, являющиеся зубчатыми колесами, соосны уплотняемому валу, размещаются свободно и опираются на три дифференциальных блока шестерен 2. К последнему кольцу трения 5 торцевого уплотнения прилегает тарельчатая пружина 6. На ее меньшем диаметре выполнена трущая поверхность в виде кольца одного размера с аналогичным кольцом на ведущей шестерне 3. На большем диаметре тарельчатой пружины 6 располагается уплотнение 7 из уплотняемого материала.

Плоскости, принадлежащие диаметрам пружины 6, должны быть параллельны. Корпус 8, являющийся частью торцевого уплотнения, закрывает всю сборку дифференциального торцевого уплотнения и через прокладку-уплотнение закрепляется к уплотняемому корпусу. В результате корпус 8 поджимает пружину 6, которая сжимает кольца трения 5, упирающиеся в свою очередь в ведущую шестерню 3. Для смазки шестерен дифференциального торцевого уплотнения в уплотняемом корпусе, в области, ограниченной корпусом 8, делаются окна, через которые капли и пары смазки из уплотняемого объема поступают на трущиеся поверхности.

Дифференциальное торцевое уплотнение обеспечивает герметичность между уплотняемым корпусом и уплотняемым валом как в статическом, так в динамическом состояниях. Совершенно очевидно, что в динамическом состоянии кольца трения 5 совершают вращение вместе с уплотняемым валом. При вращении уплотняемого вала ведущая шестерня 3 приводит во вращение ведомые шестерни дифференциальных блоков шестерен 2. Из описания дифференциального торцевого уплотнения количество передаточных ступеней неограничено, поэтому задаемся оптимальным числом ступеней передач, например четырьмя. Тогда оставшиеся три шестерни дифференциальных блоков 2 будут вращаться вместе с ведомой шестерней с такой же скоростью вращения. Но так как шестерни блоков 2 уменьшаются в диаметрах и входят в зацепление с зубчатыми колесами колец трения 5, диаметры которых на эту величину увеличиваются, то образуются еще три дополнительные зубчатые пары с соответствующими ступенями передач. Эти ступени передач являются понижающими. Значит следующее за ведущей шестерней 3 кольцо трения 5 вращается с ведущей шестерней 3 в одном направлении, но с меньшей угловой скоростью, определяемой соотношением их диаметров. Следующее кольцо трения 5, приводимое во вращение соответствующими шестернями дифференциальных блоков 2, также вращается с предыдущим кольцом трения 5 в одном направлении, но с еще меньшей угловой скоростью относительно ведущей шестерни 3, определяемой соотношением их диаметров. Замечаем, что поверхности трения у колец трения 5 находятся на одинаковом среднем диаметре. Поэтому лучше будет, если передаточные отношения шестерен дифференциальных блоков 2 и зубчатых колес колец трения 5 дадут такое значение, когда вращающиеся кольца трения будут отличаться скоростями вращении друг относительно друга на одинаковую или близкую величину. Если скорости вращений соприкасающихся колец трения в рассматриваемом примере отличаются друг от друга на одинаковую величину, то для четырехступенчатой передачи относительная скорость вращения между любыми двумя трущимися поверхностями уменьшится в сторону уменьшения в четыре раза. Соответственно износ поверхностей значительно уменьшится. Тепло, выделяющееся при трении двух трущихся поверхностей торцевого уплотнения, понизится значительно, потому что оно будет успевать рассеиваться в окружающую среду.

Дифференциальное торцевое уплотнение относится к общему машиностроению, к уплотняющим устройствам. Дифференциальное торцевое уплотнение составлено ведущей шестерней, установленной на уплотняемом валу, некоторым количеством колец трения, выполненными в виде зубчатых колес с увеличивающимися на некоторую величину наружными диаметрами, которые пакетом соосно упираются в трущую поверхность ведущей шестерни, и тарельчатой пружиной, расположенной между последним кольцом трения и корпусом, закрепленным к уплотняемому корпусу. Ведущая шестерня и зубчатые колеса - кольца трения, сохраняя межцентровое расстояние, входят в зацепление с шестернями дифференциальных блоков шестерен, равномерно распределенных по наружному диаметру зубчатых колес. Шестерни в дифференциальных блоках неподвижны и последовательно уменьшаются в диаметрах на некоторую величину. Изобретение уменьшает износ колес трения в местах трущихся поверхностей. 1 ил.

Дифференциальное торцевое уплотнение, содержащее корпус, подвижное и неподвижное кольца трения и пружину, отличающееся тем, что оно снабжено ведущей шестерней, установленной на уплотняемом валу, дополнительными кольцами трения, на разных наружных диаметрах которых, увеличивающихся на некоторую величину, находятся зубья шестерен, и тремя одинаковыми дифференциальными блоками шестерен, шестерни которых неподвижны относительно друг друга и последовательно уменьшаются в диаметрах на некоторую величину, установленными на осях, закрепленных к уплотняемому корпусу, а зубьями больших шестерен входящими в зацепление с зубьями ведущей шестерни, наружный диаметр которой равен большим диаметрам шестерен дифференциальных блоков шестерен, и, сохраняя межцентровое расстояние, остальными зубьями шестерен - с зубьями соответствующих колец трения, которые пакетом соосно упираются в трущую поверхность ведущей шестерни и поджаты соосной тарельчатой пружиной, расположенной между последним кольцом трения и корпусом, закрепленным к уплотняемому корпусу.