УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО Российский патент 2019 года по МПК F16J15/34 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к уплотнительному кольцу, в частности, для авиационных или вертолетных применений.

Уровень техники

Известно, что уплотнительные узлы используются для обеспечения уплотнения вращающегося типа между статором, неподвижным относительно некоторой оси, и валом, вращающимся относительно данной оси.

Уплотнительные узлы способны предотвращать утечку первой смазочной текучей среды, обычно масла, содержащейся в первой камере, во вторую камеру, которая заполнена второй текучей средой, обычно воздухом.

В частности, известны уплотнительные узлы, которые образованы посредством:

- первого неподвижного кольца, установленного на статоре; и

- второго вращающегося кольца, установленного на роторе.

Первое кольцо и второе кольцо аксиально прижаты вместе, например, посредством упругого средства, и содержат соответственно первую поверхность и вторую поверхность, обращенные друг к другу и находящиеся в контакте друг с другом.

Точнее говоря, уплотнение обеспечивается посредством давления, существующего между первой поверхностью и второй поверхностью.

Известны также уплотнительные узлы, способные обеспечивать вращающееся гидродинамическое уплотнение, как описано в US 6,257,589.

Такие уплотнительные узлы содержат:

- первую камеру, которая содержит масло;

- вторую камеру, которая содержит воздух; и

- множество канавок, образованных на второй поверхности второго кольца и известных в данной области техники как гидроопоры.

Более подробно, первая камера расположена радиально дальше всего по отношению к второй камере и относительно оси вращения вала.

Первая поверхность первого кольца частично обращена к первой камере, при этом указанные канавки являются частично открытыми к внутренней стороне второй камеры.

Второе кольцо расположено радиально между первой камерой и второй камерой.

Указанные канавки продолжаются радиально от оси вращения вала и расположены под углом на одинаковом расстоянии вокруг оси вращения кольца и являются несквозными в направлении, параллельном оси вращения.

Указанные канавки изменяют толщину второго кольца в окружном направлении относительно оси вращения. Вследствие вращения второго кольца данное изменение толщины создает повышенное давление внутри воздушной подушки, содержащейся в этом месте и захваченной между первой поверхностью и второй поверхностью.

Другими словами, второе вращающееся кольцо, содержащее канавки, действует как скользящая опора, имеющая разную толщину при перемещении относительно вязкой текучей среды.

Данное повышенное давление создает своего рода «воздушный барьер», который препятствует вытеканию масла из первой камеры.

Точнее говоря, каждая канавка ограничена:

- первым краем, который расположен так, чтобы быть радиально внутренним относительно указанной оси и выполнен в форме дуги окружности; и

- вторым краем, который расположен так, чтобы быть радиально внешним относительно указанной оси, выполнен в форме дуги окружности и обращен к первому краю.

Каждая канавка ограничена также третьим краем и четвертым краем, которые оба продолжаются между указанным первым краем и указанным вторым краем.

Точнее говоря, третий край и четвертый край обращены друг с другу и ограничивают канавку в окружном направлении.

Кроме того, третий и четвертый края выполнены в виде отрезков прямой линии.

Хотя вышеуказанные уплотнительные узлы, содержащие канавки, являются эффективными, они могут быть усовершенствованы.

Более подробно, в данной области техники существует потребность в оптимизации надежности и эксплуатационной долговечности уплотнительного узла.

Точнее говоря, в данной области техники существует потребность в увеличении эффекта указанного повышенного давления вблизи первого края, т.е. смежно второй камере.

Существует также потребность в использовании указанных канавок не только для создания эффекта воздушного барьера посредством повышенного давления, но и для возвращения капель масла, проникающих в указанная канавка, обратно в первую камеру.

И наконец, существует потребность в регулировании количества смазочной текучей среды, которая способна смачивать поверхность контакта между первым кольцом и вторым кольцом, чтобы обеспечивать надлежащую смазку и, следовательно, необходимую надежность уплотнительного узла.

В WO95/29353 и ЕР-А-0582445 описано уплотнительное кольцо с использованием только одной группы разнесенных в окружном направлении канавок. В частности, радиально внешние края и радиально внутренние края всех канавок расположены на только одной радиально внешней окружности и на только одной радиально внутренней окружности соответственно.

В US 6,152,452 описано уплотнительное кольцо с двумя группами первых и вторых разнесенных канавок, которые расположены чередующимся образом друг с другом в окружном направлении и с разнесением друг относительно друга в радиальном направлении.

В частности, первые канавки и вторым канавки ограничены спиральными краями и по форме отличаются друг от друга. Точнее говоря, радиальный размер первых канавок, расположенных так, чтобы быть радиально внешними, больше радиального размера вторых канавок.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание уплотнительного кольца, в котором по меньшей мере одна из указанных потребностей удовлетворяется просто и недорого.

Вышеуказанная задача решается посредством настоящего изобретения, в части, в которой оно относится к уплотнительному кольцу, по п.1 формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже будут описаны три предпочтительных варианта осуществления, только в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, из которых:

Фиг.1 представляет собой поперечный разрез узла трансмиссии вертолета, содержащего уплотнительный узел, в который включено уплотнительное кольцо, выполненное в соответствии с основными идеями настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет собой вид, в сильно увеличенном масштабе, некоторых элементов уплотнительного узла, показанного на фиг.1;

Фиг.3 представляет собой общий вид, в увеличенном масштабе, первого варианта осуществления уплотнительного кольца, показанного на фиг.1 и 2, с удаленными деталями для ясности;

Фиг.4 представляет собой вид спереди, в сильно увеличенном масштабе, первого варианта осуществления уплотнительного кольца, показанного на фиг.3, с удаленными деталями для ясности;

Фиг.5 представляет собой вид спереди первого варианта осуществления уплотнительного кольца, показанного на фиг.3 и 4;

Фиг.6 представляет собой вид спереди, в сильно увеличенном масштабе, второго варианта осуществления уплотнительного кольца, выполненного в соответствии с основными идеями настоящего изобретения, с удаленными деталями для ясности;

Фиг.7 представляет собой вид спереди второго варианта осуществления уплотнительного кольца, показанного на фиг.6;

Фиг.8 представляет собой сильно увеличенный вид третьего варианта осуществления уплотнительного кольца, выполненного в соответствии с основными идеями настоящего изобретения, с удаленными деталями для ясности; и

Фиг.9 представляет собой вид спереди, в сильно увеличенном масштабе, третьего варианта осуществления уплотнительного кольца, выполненного в соответствии с основными идеями настоящего изобретения, с удаленными деталями для ясности.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Со ссылкой на фиг.1, ссылочная позиция 1 указывает уплотнительный узел, пригодный для встраивания в вертолет (не показанный).

Узел 1 является симметричным относительно оси А и по существу содержит:

- вал 2, вращающийся вокруг оси А;

- статор 3, относительно которого вал 2 закреплен с возможностью вращения и который расположен так, чтобы быть радиально внешним относительно вала 2;

- камеру 4, приспособленную для заполнения смазочной текучей средой, в данном случае маслом, и расположенную радиально между валом 2 и статором 3;

- камеру 5, приспособленную для заполнения воздухом; и

- уплотнительный узел 6, который приспособлен для предотвращения утечки смазочной текучей среды из камеры 4 в камеру 5.

Узел 1 содержит также втулку 7 и втулку 8, которые аксиально отделены на расстоянии друг от друга, могут вращаться вокруг оси А совместно с валом 2 и установлены на валу 2 в положении радиально между валом 2 и статором 3.

Более подробно, вал 2 представляет собой выходной элемент двигателя (не показанного) вертолета, который расположен впереди по ходу от редуктора, соединенного с трансмиссией (не показанной).

Кроме того, вал 1 вращается вокруг оси А в первом направлении (на фиг.4-9 по часовой стрелке).

Статор 3 содержит:

- корпус 10, радиально отделенный от втулки 7 и имеющий протяженность преимущественно в аксиальном направлении;

- фланец 11, выступающий из корпуса 10 в радиальном направлении и с противоположной стороны от оси А; и

- дополнительный элемент 12, который образует аксиальный конец статора 3, расположенный с противоположной стороны от корпуса 10.

Более конкретно, дополнительный элемент 12 содержит:

- аксиальную часть 13, которая выступает из фланца 11 с противоположной стороны от корпуса 10 и расположена ближе к оси А корпуса 10 в радиальном направлении относительно оси А; и

- часть 14, выступающую из части 13 со стороны, аксиально противоположной фланцу 11, имеющую протяженность преимущественно в радиальном направлении относительно оси А и выступающую из части 13 к оси А.

Камера 4 радиально ограничена втулкой 7 и корпусом 10 и является аксиально открытой на стороне, аксиально обращенной к уплотнительному узлу 6.

Камера 5 в свою очередь содержит:

- часть 21, расположенную на стороне, аксиально противоположной фланцу 11 и частям 13 и 14 относительно корпуса 10, и открытую со стороны, аксиально противоположной фланцу 11 и участкам 13 и 14; и

- часть 22, которая сообщается с частью 21 через кольцевой канал 23, ограниченный частью 14 и втулкой 8.

Точнее говоря, часть 22 радиально ограничена втулкой 8 и частью 13 и аксиально ограничена частью 14 и уплотнительным узлом 6.

Уплотнительный узел 6 в свою очередь содержит:

- кольцо 17, прикрепленное к валу 2 и аксиально расположенное между втулками 7 и 8; и

- кольцо 18, прикрепленное к статору 3.

Кольца 17 и 18 содержат соответствующие поверхности 19 и 20, имеющие преимущественно кольцеобразную протяженность относительно оси А и находящиеся в контакте друг с другом.

Точнее говоря, участок перекрытия поверхностей 19 и 20 отделяет камеру 4 от камеры 5.

Уплотнительный узел 6 содержит также (фиг.2):

- корпус 24, прикрепленный к статору 3; и

- пружину 28, вставленную между корпусом 24 и кольцом 18 и приспособленную для упругого смещения кольца 18 к кольцу 17 параллельно оси А.

В показанном примере пружина 28 представляет собой волнистую пружину, установленную коаксиально относительно оси А.

Корпус 24 в свою очередь содержит (фиг.2):

- тонкую пластину 25, прикрепленную к корпусу 10 статора 3 и проходящую параллельно оси А;

- тонкую пластину 26, выступающую из пластины 25 к оси А и проходящую радиально относительно оси А; и

- тонкую пластину 27, выступающую аксиально из пластины 25 к кольцу 17 и соответственно расположенную параллельно пластине 26.

Уплотнительный узел 6 также содержит:

- уплотнительное кольцо 30, расположенное радиально между кольцом 18 и пластиной 27; и

- кольцо 31, радиально расположенное между пружиной 28 и кольцом 18.

Кольцо 17 содержит также (фиг.1):

- часть 41, аксиально установленную на валу 2; и

- радиальную часть 40, которая выступает из части 41 в направлении от оси А и образует поверхность 19.

Поверхность 19 выполнена в виде кольцевого обода и продолжается между краем 42, радиально более внутренним относительно оси А, и краем 43, радиально более внешним относительно оси А (фиг.2 и 5).

Кольцо 18 ограничено в радиальном направлении (фиг.5):

- стенкой 45, радиально внутренней относительно оси А, образующей выступ, на котором установлено уплотнительное кольцо 30; и

- стенкой 46, радиально внешней относительно оси А и прикрепленной к пластине 25 корпуса 22 с возможностью скольжения относительно оси А.

Уплотнительное кольцо 30 способно предотвращать утечку смазочной текучей среды из части 21 камеры 4 в камеру 5 через кольцевой зазор, существующий между пластиной 25 и стенкой 46.

Кольцо 18 ограничено в аксиальном направлении (фиг.2):

- поверхностью 20 в направлении кольца 17; и

- поверхностью 47, которая противоположна поверхности 20 и контактирует с кольцом 31.

В показанном примере кольцо 18 выполнено из графита.

Точнее говоря, поверхность 19 содержит множество канавок 35а, 35b, известных в данной области техники как гидроопоры.

В данном описании кольцо 17 будет описано ниже с учетом только одной канавки 35а, 35b, поскольку другие канавки 35а, 35b являются идентичными друг другу.

В данном описании ссылочная позиция 35а будет указывать канавку, расположенную впереди по ходу, каждой пары следующих друг за другом канавок 35а, 35b, проходящих вдоль кольца 17 и вокруг оси А в первом направлении (фиг.3 и 5).

Кроме того, в данном описании ссылочная позиция 35b будет указывать канавку, расположенную позади по ходу, каждой пары следующих друг за другом канавок 35а, 35b, проходящих вдоль кольца 17 и вокруг оси А в первом направлении (фиг.4).

Канавки 35а, 35b являются несквозными в направлении, параллельном оси А, т.е. они имеют глубину W (фиг.1), которая меньше толщины кольца 17 в направлении, параллельном оси А.

Канавки 35а, 35b расположены под углом на расстоянии друг от друга вокруг оси А и чередуются с участками 55 поверхности 19, не содержащими канавок, проходящими вдоль кольца 17 и в окружном направлении относительно оси А (фиг.3 и 5).

Канавки 35а, 35b изменяют толщину кольца 17 в окружном направлении относительно оси А. Вследствие вращения кольца 17 вокруг оси А, данное изменение толщины создает повышенное давление внутри воздушной подушки, содержащейся в этом месте и захваченной между поверхностями 19 и 20.

Другими словами, кольцо 17 действует как скользящая опора, имеющая разную толщину при перемещении относительно вязкой текучей среды.

Данное повышенное давление создает своего рода «воздушный барьер», который препятствует вытеканию смазочной текучей среды из камеры 4 в камеру 5 через границу контакта между поверхностями 19 и 20.

Каждая канавка 35а, 35b ограничена в окружном направлении относительно оси А краем 36 и краем 37, обращенными друг к другу.

В частности, край 37 каждой канавки 35а, 35b расположен позади по ходу от соответствующего края 36, двигаясь вдоль кольца 17 вокруг оси А и в первом направлении.

Края 36 и 37 выполнены в виде эллиптических дуг, каждая из которых имеет соответствующие центры, отдельные от или совпадающие друг с другом.

Другими словами, края 36 и 37 кольца 17 в соответствии с изобретением выполнены в виде эллиптических дуг или дуг окружности.

Точнее говоря, края 36 и 37 канавок 35а, 35b кольца 17 выполнены в виде соответствующих дуг окружностей, которые являются частным случаем эллиптических дуг, имеющих соответствующие центры, совпадающие друг с другом.

Точнее говоря, канавки 35а, 35b также ограничены (фиг.4 и 5):

- краем 38, образующим радиально внешний относительно оси А конец канавки 35а, 35b; и

- краем 39, образующим радиально внутренний относительно оси А конец канавки 35а, 35b.

Края 38 и 39 продолжаются между соответствующими взаимно противоположными концами краев 36 и 37.

В частности, край 39 и часть канавки 35а, 35b, радиально более внутренняя относительно оси А и расположенная смежно краю 39, являются открытыми к внутренней камере 4.

В примере, показанном на фиг.3-5, края 38 и 39 выполнены в виде дуг окружностей, имеющих соответствующие центры на оси А.

Края 36 и 37 продолжаются вдоль и являются изогнутыми относительно радиального направления относительно оси А во втором направлении (против часовой стрелки со ссылкой на фиг.4 и 5), противоположном первому направлению вращения кольца 17 вокруг оси А, продолжаясь от края 39 к краю 38.

Стенки 45 и 46 кольца 18 расположены радиально между краями 42 и 43 кольца 17 (фиг.5).

Поверхность 19 кольца 17 в свою очередь содержит (фиг.4 и 5):

- участок 50, где поверхность 19 аксиально наложена на и прилегает к поверхности 20 кольца 18; и

- участок 51, где поверхность 19 аксиально разнесена от поверхности 20 кольца 18.

Участок 50 соответствует участку поверхности 19, продолжающемуся между стенками 45 и 46 кольца 18.

Участок 51 в свою очередь содержит:

- радиально внутреннюю область 52, ограниченную краем 42 кольца 17 и стенкой 45 кольца 18; и

- радиально внешнюю область 53, ограниченную стенкой 46 кольца 18 и краем 43 кольца 18.

Более подробно, камера 4 частично обращена к области 52 канавок 35а, 35b.

Участок 50 расположен радиально между областями 52 и 53.

Область 53 является радиально более внутренней и близлежащей относительно камеры 4.

Канавки 35а, 35b частично заходят в участок 50 и область 52.

Края 36 и 37 канавок 35а, 35b выполнены в виде соответствующих дуг окружностей, имеющих разные радиусы и разные центры (фиг.4).

Более подробно, края 36, 37, 38 и 39 канавок 35а, 35b образованы на основе (фиг.4):

- диаметра di и расчетного диаметра de, которые соответствуют диаметрам краев 39 и 38 соответственно;

- расчетного узла α, который связан с углом наклона края 36 относительно опорного направления С, объединенного с кольцом 17 и радиального относительно оси А, например, горизонтального на фиг.4;

- расчетного радиуса r, который связан с радиусом дуг окружностей, образующих края 36 и 37;

- расчетного угла β, который связан с углом наклона края 37 канавки 35а относительно края 36; и

- толщины t, которая связана с шириной каждого участка 55, измеренной между двумя взаимно смежными и следующими друг за другом канавками 35а, 35b.

Точнее говоря, край 36 каждой канавки 35b, расположенного позади по ходу, геометрически определяется посредством:

- смещения дуги е окружности до образования смещенного края 44; и

- последующего вращения края 44 вокруг оси А до получения края 36 канавки 35b.

В данном описании термин «смещать/смещение» следует понимать как действие, посредством которого каждая точка кривой перемещается на заданную величину в направлении, перпендикулярном касательной в вышеуказанной точке.

В показанном примере край 44 и дуга е представляют собой концентрические дуги окружностей, но имеют разные радиусы.

Точнее говоря, края 36 и 37 образованы посредством (фиг.4):

- образования двух окружностей с соответствующими диаметрами de и di на кольце 17, соответственно соответствующими краям 38 и 39 канавок 35а, 35b;

- проведения сегмента s, который проходит между двумя точками Р и Q, лежащими на окружностях c и d, расположен под углом α относительно опорного направления С и имеет свою среднюю точку на линии L;

- проведения дуги е окружности, которая проходит между точками Р и Q и имеет радиус r;

- смещения дуги е на расстояние t/2 от одной стороны сегмента s, обращенной к передней по ходу канавке 35а, и на расстояние t/2 от другой стороны сегмента s и обращенной к расположенной позади по ходу канавке 35b, чтобы соответственно получить край 37 передней по ходу канавки 35а и край 44; и

- поворота края 44 на угол β вокруг оси А во втором направлении (против часовой стрелки на фиг.4 и 5) до получения края 36 расположенной позади по ходу канавки 35b.

В частности, край 44 представляет собой дугу окружности с радиусом, равным r-t/2, и с центром, совпадающим с центром дуги е.

Край 36 расположенной позади по ходу канавки 35b представляет собой дугу окружности с радиусом, равным r-t/2, и другим центром, не совпадающим с центрами края 44 и дуги е.

Край 37 расположенной впереди по ходу канавки 35а представляет собой дугу окружности с радиусом, равным r+t/2.

Более конкретно, канавки 35а, 35b предпочтительно имеют одинаковые дополнительные характеристики.

Край 38 расположен в участке 50.

Край 39 расположен в области 52 участка 51.

Угол β находится в пределах от 4 до 8 градусов.

Отношение между толщиной t и диаметром, соответствующим краю 43 кольца 18, находится в пределах от 1/200 до 1/50.

Отношение между радиусом r и диаметром di находится в пределах от 0,25 до 1.

Кроме того, количество канавок 35а, 35b определяется как 360/β.

Глубина W канавок 35а, 35b в направлении, параллельном оси А, меньше чем (di+de)/100.

При использовании вал 2 вращается вокруг оси А, камера 4 заполнена смазочной текучей средой, а камера 5 заполнена воздухом.

Уплотнительный узел 6 предотвращает утечку смазочной текучей среды из камеры 4 в камеру 5.

Кольцо 17 вращается совместно с валом 2 вокруг оси А с высокой скоростью вращения и аксиально прилегает к кольцу 18, которое, напротив, является неподвижным относительно оси А.

Благодаря наличию канавок 35а, 35b, толщина кольца 17 является изменяемой, двигаясь вдоль кольца 17 в окружном направлении относительно оси А.

Вследствие вращения кольца 17 с высокой скоростью, данное изменение толщины создает повышенное давление в воздушной подушке, содержащейся в канавках 35а, 36b. Данное повышенное давление препятствует утечке смазочной текучей среды внутрь канавок 35а, 35b и соответственно из камеры 4 в камеру 5.

Со ссылкой на фиг.6 и 7, ссылочная позиция 17' указывает целиком кольцо для уплотнительного узла 6 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Кольцо 17' подобно кольцу 17 и описано ниже только в части его отличий от последнего; там, где это возможно, соответствующие или эквивалентные детали колец 17 и 17' обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

В частности, кольцо 17' отличается от кольца 17 тем, что края 36' и 37' выполнены в виде соответствующих эллиптических дуг.

Точнее говоря, край 36' выполнен в виде дуги эллипса 60.

Край 37' получен посредством смещения и поворота края 36' на угол β' вокруг оси А кольца 17' в первом направлении (по часовой стрелке на фиг.6 и 7).

В показанном примере угол β' находится в пределах от 1 до 5 градусов.

Формы и протяженности краев 36', 37', 38' и 39' канавок 35а', 35b' определяются на основе (фиг.6):

- диаметра di и расчетного диаметра de, которые соответствуют диаметрам краев 39' и 38', соответственно;

- расчетной большой оси с' эллипса 60;

- расчетной малой оси d' эллипса 60;

- расчетного угла α', который определяет угол наклона большой оси с' относительно опорного направления С, радиального относительно оси А и объединенного с кольцом 17', горизонтального в показанном примере; и

- расчетной длины l' канавки 35а', 35b', которая равна длине сегмента, проходящего между окружностями с диаметрами di и de.

На основе расчетных параметров di, de, c', d' и α' можно определить группу эллипсов, включающую эллипс 60, большая ось которых расположена под указанным углом α' относительно опорного направления, радиального относительно оси А.

Профиль края 36' - то есть эллипса 60 - однозначно определяется требованием к оси d', которая должна лежать на прямой линии t', перпендикулярной средней точке сегмента s'.

Канавки 35а' и 36а' также определяются перечисленными ниже параметрами, которые однозначно определяются, как только установлены расчетные параметры di, de, c', d' и α':

- углом γ', образованным между касательными к краям 38' и 37' в вершине 70', радиально внешней относительно края 37';

- углом θ', образованным между касательными к краям 39' и 37' в вершине 71', радиально внутренней относительно края 37'; и

- величиной v', определяемой как максимальное расстояние между краем 37' и сегментом z', соединяющим противоположные концевые вершины 70' и 71' края 37', и связанной со степенью кривизны края 37'.

Более конкретно, канавки 35а', 35b' предпочтительно имеют следующие характеристики.

Край 38' расположен в участке 50.

Край 39' расположен в области 52 участка 51.

Отношение с'/l' находится в пределах от 1,3 до 5.

Отношение d'/l' находится в пределах от 0,2 до 2,5.

Угол α' находится в пределах от 5 до 30 градусов.

Количество канавок 35а', 35b' находится в пределах от 154/α' до 216/α'.

Глубина W' канавок 35а', 35b' в направлении, параллельном оси А, меньше чем (di+de)/100.

Принцип действия кольца 17' совершенно аналогичен принципу действия кольца 17 и поэтому подробно не описан.

Со ссылкой на фиг.8 и 9, ссылочная позиция 17ʺ указывает целиком кольцо для уплотнительного узла 6 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Кольцо 17ʺ подобно кольцу 17' и описано ниже только в части его отличий от последнего; там где это возможно, соответствующие или эквивалентные детали кольца 17 и 17ʺ обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Предпочтительно, канавки 35аʺ, 35bʺ кольца 17ʺ расположены чередующимся образом друг с другом в окружном направлении и с разнесением друг относительно друга в радиальном направлении относительно оси А, и имеют одинаковую геометрическую форму.

В частности, кольцо 17ʺ отличается от кольца 17 тем, что:

- края 38ʺ канавок 35bʺ расположены так, чтобы быть радиально внешними относительно краев 38ʺ канавок 35аʺ; и

- края 39ʺ канавок 35bʺ расположены так, чтобы быть радиально внешними относительно краев 39ʺ канавок 35аʺ и радиально внутренними относительно края 38ʺ канавок 35аʺ.

Другими словами, хотя указанные канавки имеют одинаковую форму, канавки 35bʺ расположены радиально дальше снаружи, чем канавки 35аʺ.

Кроме того, канавки 35bʺ продолжаются частично в область 53 участка 51 и частично в участок 50 поверхности 19.

Точнее говоря, края 38ʺ канавок 35bʺ продолжаются в область 53 участка 51, края 36ʺ и 37ʺ продолжаются частично в область 53 и частично в участок 50 и края 39ʺ продолжаются в участок 50.

Кроме того, канавки 35аʺ продолжаются частично в участок 50 и частично в область 52 участка 51 поверхности 19.

Точнее говоря, края 38ʺ канавок 35аʺ продолжаются в участок 50, края 36ʺ и 37ʺ продолжаются частично в участок 50 и частично в область 52 участка 51 и края 39ʺ продолжаются в область 52 участка 51.

Принцип действия кольца 17ʺ совершенно аналогичен принципу действия кольца 17' и поэтому подробно не описан.

Из рассмотрения характеристик кольца 17; 17'; 17ʺ в соответствии с настоящим изобретением, очевидны преимущества, которые могут быть достигнуты.

В частности, края 37, 38; 37', 38'; 37ʺ, 38ʺ канавок 35а, 35b; 35а', 35b'; 35аʺ, 35bʺ выполнены в виде эллиптических дуг или дуг окружностей.

Вследствие этого угол между касательной на краях 37, 38; 37', 38'; 37ʺ, 38ʺ и направлением, касательным к оси А кольца 17; 17'; 17ʺ, значительно изменяется, двигаясь вдоль краев 37, 38; 37', 38'; 37ʺ, 38ʺ в радиальном направлении относительно оси А, в отличие от того, что имеет место при использовании известных типов канавок, описанных в вводной части данного описания, в которых вышеуказанный угол остается постоянным, двигаясь в радиальном направлении относительно оси А.

Из этого следует, что можно оптимизировать повышенное давление, создаваемое в воздухе, содержащемся в канавках 35а, 35b; 35а', 35b'; 35аʺ, 35bʺ, двигаясь в радиальном направлении относительно оси А.

Точнее говоря, можно:

- сделать данное повышенное давление особенно высоким в участках канавок 35а, 35b; 35а', 35b'; 35аʺ, 35bʺ, расположенных ближе всего к краю 42 и соответственно обращенных к камере 4; и

- одновременно ограничивать данное повышенное давление в участках канавок 35а, 35b; 35а', 35b'; 35аʺ, 35bʺ, расположенных ближе всего краю 43 и соответственно дальше от оси А.

Таким образом, эффект гидродинамического уплотнения особенно усиливается в участках поверхности 19, расположенных ближе всего к камере 4, и, следовательно, там где необходимо по мере возможности предотвращать утечку смазочной текучей среды из камеры 4.

Другими словами, кольцо 17; 17'; 17ʺ позволяет достигать большей гибкости в распределении повышенного давления, создаваемого за счет гидродинамического эффекта в канавках 35а, 35b; 35а', 35b'; 35аʺ, 35bʺ, тем самым увеличивая надежность и эксплуатационную долговечность уплотнительного узла 6.

Канавки 35а', 35b'; 35аʺ, 35bʺ содержат соответствующие края 36', 37'; 36ʺ, 37ʺ, выполненные в виде эллиптических дуг.

Таким образом, данные канавки 35а', 35b'; 35аʺ, 35bʺ могут быть выполнены еще более гибким способом относительно канавок 35а, 35b, дополнительно увеличивая возможность сделать множество профилей повышенного давления значительно изменяемыми в радиальном направлении относительно оси А.

Канавки 35аʺ, 35bʺ продолжаются внутри области 53, которая расположена смежно камере 4, заполненной смазочной текучей средой.

Авторы заметили, что благодаря этому канавки 35аʺ, 35bʺ являются эффективными не только для создания повышенного давления в воздушной подушке, которую они содержат, но и для возвращения капель смазочной текучей среды, которые они могут содержать, в камеру 4.

И наконец, понятно, что модификации и изменения могут быть выполнены в кольце 17; 17'; 17ʺ, описанном и показанном в данном документе, без отхода от объема, определенного в формуле изобретения.

Изобретение относится к уплотнительному кольцу (17ʺ) для уплотнительного узла (6), которое содержит корпус (40, 41), вращающийся вокруг оси (А); и первую поверхность (19), образованную корпусом (40, 41), продолжающуюся поперечно оси (А) и выполненную с возможностью прилегания к дополнительному уплотнительному кольцу (18) в направлении, параллельном оси (А). Первая поверхность (19) содержит множество канавок (35аʺ; 35bʺ), образующих соответствующие гидроопоры; при этом канавки (35аʺ; 35bʺ) ограничены первым краем (36ʺ) и вторым краем (37ʺ), обращенными друг к другу, при этом первый край (36ʺ) и второй край (37ʺ) ограничивают канавки (35аʺ; 35bʺ) в окружном направлении относительно указанной оси (А). По меньшей мере один из первого края (36ʺ) и второго края (37ʺ) выполнен в виде эллиптической дуги, которая имеет совмещенные или отдельные центры. Первые канавки (35аʺ) и вторые канавки (35bʺ) расположены чередующимся образом друг с другом в окружном направлении относительно указанной оси (А) и с разнесением друг относительно друга в радиальном направлении относительно указанной оси (А). Изобретение повышает надежность устройства. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Уплотнительное кольцо (17'') для уплотнительного узла (6), содержащее:

корпус (40, 41), вращающийся вокруг оси (А); и

первую поверхность (19), образованную указанным корпусом (40, 41), продолжающуюся поперечно указанной оси (А) и выполненную с возможностью прилегания к дополнительному уплотнительному кольцу (18) в направлении, параллельном указанной оси (А);

причем указанная первая поверхность (19) содержит множество канавок (35аʺ, 35bʺ), образующих соответствующие гидроопоры;

причем указанные канавки (35аʺ, 35bʺ) ограничены первым краем (36ʺ) и вторым краем (37ʺ), обращенными друг к другу;

причем указанные первый край (36ʺ) и второй край (37ʺ) ограничивают указанные канавки (35аʺ, 35bʺ) в окружном направлении относительно указанной оси (А);

причем по меньшей мере один из указанного первого края (36ʺ) и второго края (37; 37'; 37ʺ) выполнен в виде эллиптической дуги, которая имеет совмещенные или отдельные центры;

отличающееся тем, что оно содержит первую канавку (35аʺ) и вторую канавку (35bʺ), расположенные чередующимся образом друг с другом в окружном направлении относительно указанной оси (А) и с разнесением друг относительно друга в радиальном направлении относительно указанной оси (А);

причем указанные первая и вторая канавки (35аʺ, 35bʺ) имеют одинаковую геометрическую форму.

2. Уплотнительное кольцо по п.1, отличающееся тем, что указанная первая поверхность (19) ограничена третьим краем (42) в радиально внутреннем положении относительно указанной оси (А) и четвертым краем (43), противоположным указанному третьему краю (42), в радиально внешнем положении относительно указанной оси (А).

3. Уплотнительное кольцо по п.1, отличающееся тем, что указанное кольцо (17ʺ) выполнено с возможностью вращения, при использовании, вокруг указанной оси (А) в первом направлении;

при этом указанный первый край (36ʺ) и указанный второй край (37ʺ) являются изогнутыми во втором направлении, противоположном указанному первому направлению, продолжаясь от указанного третьего края (42) к указанному четвертому краю (43).

4. Уплотнительное кольцо по п.3, отличающееся тем, что каждая указанная канавка (35аʺ, 35bʺ) содержит пятый край (38ʺ) и шестой край (39ʺ), обращенные друг к другу, расположенные между указанным первым краем (36ʺ) и вторым краем (37ʺ) и ограничивающие соответствующую указанную канавку (35аʺ, 35bʺ) в радиально внешнем и радиально внутреннем положениях относительно указанной оси (А); причем указанные пятый край (38ʺ) и шестой край (39ʺ) выполнены в виде дуг окружностей.

5. Уплотнительное кольцо по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один из указанного первого края (36ʺ) и указанного второго края (37ʺ) выполнен в виде эллиптической дуги.

6. Уплотнительное кольцо по п.5, отличающееся тем, что один (36ʺ) из указанного первого края (36ʺ) и указанного второго края (37ʺ) выполнен в виде эллиптической дуги (60), а другой (37ʺ) из указанного первого края (36ʺ) и указанного второго края (37ʺ) получен посредством смещения и последующего поворота указанного одного (36ʺ) из указанного первого края (36ʺ) и указанного второго края (37ʺ) вокруг указанной оси (А).

7. Уплотнительное кольцо по п.4, отличающееся тем, что указанный пятый край (38ʺ) указанных вторых канавок (35bʺ) расположен радиально дальше снаружи, чем указанный пятый край (38ʺ) указанных первых канавок (35аʺ);

при этом указанный шестой край (39ʺ) указанных вторых канавок (35bʺ) расположен радиально дальше снаружи, чем указанный шестой край (39ʺ) указанных первых канавок (35аʺ).

8. Уплотнительное кольцо по п.4, отличающееся тем, что указанный пятый край (38ʺ) указанных первых канавок (35аʺ) расположен радиально дальше снаружи, чем указанный шестой край (39ʺ) указанных вторых канавок (35bʺ).

9. Уплотнительный узел (6), содержащий:

первую камеру (4), при использовании заполненную смазочной текучей средой;

вторую камеру (5), при использовании заполненную второй текучей средой, например воздухом;

уплотнительное кольцо (17ʺ) по п.1; и

указанное дополнительное кольцо (18), которое содержит вторую поверхность (20), выполненную с возможностью прилегания к указанной первой поверхности (19) в направлении, параллельном указанной оси (А); причем указанное дополнительное кольцо (18) неподвижно закреплено относительно указанной оси (А), чтобы создавать гидродинамическое уплотнение между указанной первой камерой (4) и второй камерой (5);

отличающийся тем, что указанная первая поверхность (19) образует:

первый участок (50), наложенный и прилегающий к указанной второй поверхности (20); и

второй участок (51), радиально разнесенный относительно указанного первого участка (50) и аксиально разнесенный от указанной второй поверхности (20);

при этом указанный второй участок (51) в свою очередь содержит:

первую область (53), которая является радиально более внешней относительно указанного первого участка (50); и

вторую область (52), которая является радиально более внутренней относительно указанного первого участка (50) и расположена смежно указанной первой камере (4);

причем указанные канавки (35аʺ; 35bʺ) продолжаются частично в указанную вторую область (52).

10. Уплотнительный узел по п.8, отличающийся тем, что указанные канавки (35аʺ; 35bʺ) продолжаются частично в указанный первый участок (50) и частично в указанную первую область (53).