Уплотнительная манжета Российский патент 2024 года по МПК F16J15/18 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к уплотнительным манжетам вращающихся валов.

Известно устройство уплотнения вала, включающее внутреннее кольцо, внешнее кольцо и резиновое уплотнение, соединенное с внешним кольцом. У уплотнения есть три выступа, первый из которых примыкает под действием пружины к внутреннему кольцу. Два других выступа расположены с образованием промежутков между их внешними концами и секциями внутреннего кольца, лежащего напротив их внешних концов. Кроме того, промежуток образован между радиально простирающейся кольцевой дисковой частью уплотнения и внешней отогнутой секцией внутреннего кольца в осевом направлении. Упомянутые промежутки формируют лабиринт, в котором распределена смазка, предотвращающая износ устройства уплотнения вала (патент №US5895052, МПК F01D 11/02, F16J 15/32, 20.04.1999 г.).

Недостатки известного устройства заключаются в сравнительно низкой надежности уплотнения.

Известно устройство, состоящее из внутреннего и внешнего колец с резиновыми уплотнениями. Внешнее кольцо выполнено с криволинейным сечением. Внутреннее кольцо выполнено с углообразным сечением и имеет участок с углублениями. Конец участка с углублениями отогнут от осевой линии. Уплотнение внешнего кольца выполнено с выступами, контактирующими с внутренним кольцом. Один из выступов образован коническими поверхностями и контактирует под действием пружины с углублениями внутреннего кольца. Два других выступа уплотнения расположены с образованием замкнутых полостей. Уплотнение внутреннего кольца выполнено с выступами, обращенными наружу и внутрь устройства. Один из внутренних выступов размещен в полости внешнего кольца с образованием замкнутой полости. Другие выступы расположены с образованием промежутков между внешним кольцом и уплотнением и предохраняют от попадания пыли. Рабочая поверхность уплотнения внутреннего кольца, контактирующая с валом, выполнена гладкой (патент №US6170834, МПК, F16J 15/32,01.09.2001 г.).

Недостатки известного устройства заключаются в сравнительно низкой надежности уплотнения.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является уплотнительное устройство, содержащее эластичный кольцевой корпус «U» - образного сечения с уплотнительной кромкой, расположенной на ветви корпуса, ближайшей к подвижной уплотняемой поверхности, и армирующий каркас, размещенный во второй ветви корпуса, в уплотнительной кромке которого, с внутренней стороны, выполнен канал, причем армирующий каркас в сечении выполнен «U»- образным, при этом его вторая ветвь размещена между ветвями корпуса так, что ее конец и край уплотнительной кромки расположены друг напротив друга и жестко соединены между собой кольцом с образованием полости, а в корпусе и каркасе выполнены каналы для подвода жидкости или газа (см. патент на изобретение РФ №2109999, опубл. 27.04.1998 г.).

Недостатки известного устройства заключаются в сравнительно низкой долговечности, обусловленной прямой зависимостью между давлением жидкости или газа и усилием прижатия уплотняющей кромки манжеты к уплотняемой поверхности.

Была поставлена задача, повысить долговечность уплотнительной манжеты.

Поставленная задача решается за счет того, что в уплотнительной манжете, состоящей из внутреннего каркаса и внешнего армирующего каркаса, имеющего криволинейное сечение, выполненного с эластичными уплотняющими кромками, воздушной полости, отверстий для подачи воздуха, в соответствие с предлагаемым техническим решением, внутренний каркас имеет «Г» образное поперечное сечение и на его ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, прилегающая торцом к внешнему армирующему каркасу, образуя воздушную полость в результате жесткого соединения внутреннего и внешнего армирующих каркасов, при этом на внешнем армирующем каркасе на ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена вторая эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, причем отверстия для подачи воздуха предусмотрены на внутреннем армирующем каркасе.

Отличительные признаки, заключающиеся в том, что «внутренний каркас имеет «Г» образное поперечное сечение и на его ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, прилегающая торцом к внешнему армирующему каркасу, образуя воздушную полость в результате жесткого соединения внутреннего и внешнего армирующих каркасов, при этом на внешнем армирующем каркасе на ветви, ближайшей уплотняемой поверхности, выполнена вторая эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, причем отверстия для подачи воздуха предусмотрены на внутреннем армирующем каркасе» позволяют повысить долговечность и надежность работы уплотнительной манжеты за счет обеспечения расчетного усилия прижима рабочей кромки манжеты к уплотняемой поверхности путем создания противодавления со стороны уплотняемой поверхности.

В результате поиска по общедоступным источникам научно-технической и патентной информации, уплотняющая манжета, совпадающая со всей совокупностью существенных признаков заявляемого решения, обнаружена не была и совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники. Следовательно, можно предположить соответствие заявляемого технического решения условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых представлены:

Фиг. 1 Уплотнительная манжета в разрезе.

Фиг. 2 Графики зависимости силы прижатия рабочей кромки и работы по выделению тепла от давления воздуха для манжеты с противодавлением без учета действия пружины и с учетом действия пружины.

Уплотнительная манжета состоит из внутреннего каркаса 1 с уплотняющей кромкой 2, подпружиненной пружиной 3 и внешнего армирующего каркаса 4 с уплотняющей кромкой 5, подпружиненной пружиной 6. Уплотняющие кромки 2 и 5 выполнены из эластичного материала, например, резины и соединены, соответственно, с каркасами 1 и 4 неразъемным соединением, например, вулканизацией. В этом исполнении уплотняющие кромки 2 и 5 направлены в одну сторону. При необходимости возможно применение уплотняющей манжеты с одной уплотняющей кромкой или без пружины 3.

Каркас 1 выполнен углообразным в поперечном сечении. Каркас 4 имеет криволинейное поперечное сечение с выступающим горизонтальным участком.

Каркасы 1 и 4 жестко соединены между собой, например, путем завальцовки свободного края горизонтальной части каркаса 4. В результате образуется полость 7, воздух в которую поступает через отверстия 8, выполненные в каркасе 1.

Уплотнительная манжета, после установки на место в составе сборочного узла, работает следующим образом: воздух, подаваемый в систему накачки шин оказывает давление на рабочую уплотняющую кромку 2 со стороны полости 7, прижимая ее к уплотняемой поверхности вала, одновременно воздух, проникая в зазор между валом под рабочую уплотняющую кромку 2 оказывает противодавление (компенсационное давление), отжимая ее от уплотняемой поверхности вала, тем самым исключая излишнее прижатие кромки 2 к поверхности, по которой работает манжета, разгружая рабочую кромку от излишнего давления. Таким образом кромка 2 служит для уплотнения воздушной среды. В то время как кромка 5 служит для уплотнения жидкой среды - масла.

В результате мы получаем уплотнительную манжету, конструкция которой обеспечивает расчетное усилие прижима уплотняющей кромки 2 манжеты к уплотняемой поверхности за счет создания противодавления со стороны уплотняемой поверхности и работоспособность этой манжеты не зависит от изменения давления, применяемого в системе центральной накачки шин.

Конструкция и работа данной манжеты основана на использовании противодавления, которое позволяет обеспечить оптимальный прижим уплотняющей кромки вне зависимости от рабочего давления в системе централизованной накачки шин, тем самым снизив температуру в зоне трения и позволяет увеличить ресурс работы манжеты подкачки до уровня ресурса работы обычной манжеты.

Для обеспечения эффективного прижатия уплотняющей кромки манжеты при низких давлениях воздуха устанавливается дополнительная пружина 3.

Пример расчета давления на уплотняющую кромку манжеты:

Сила Fпр прижатия рабочей кромки манжеты: Fпр=p⋅S,

где p-давление в системе подкачки шин, Па.

S- площадь поверхности рабочей кромки, м².

Fпр=p⋅π⋅d⋅l,

Где d-диаметр вала, l - длина рабочей кромки манжеты, π-3,14.

Сила трения рабочей кромки о рабочую поверхность втулки: Fтр=μ⋅N,

где μ - коэффициент трения (зависит от шероховатости рабочей поверхности и применяемой смазки)

N - сила давления, в данном случае будет равна Fпр.

Работа по выделению тепла:

Qтр= μ⋅Fпр⋅L, где

L- величина относительного перемещения трущихся тел.

Произведем расчет манжеты накачки с противодавлением. Будем производить расчеты за один оборот.

Сила Fпр прижатия рабочей кромки манжеты для манжеты с противодавлением будет следующая: Fпр=p⋅S1-p⋅S2,

где S1- площадь действия давления прижатия, S2 - площадь действия противодавления.

Fпр=p⋅π⋅d⋅(l1-l2)=

=810600⋅3,14⋅0,12⋅

⋅(0,004-0,003)=305,589 Н.

Qтр=μ⋅Fпр⋅L=0,2⋅305,589⋅0,377=

=23 Дж.

Заявляемая уплотнительная манжета может быть изготовлена на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.

Изобретение относится к уплотнительной манжете, которая состоит из внутреннего каркаса (1) с уплотняющей кромкой (2), подпружиненной пружиной (3), и внешнего армирующего каркаса (4) с уплотняющей кромкой (5), подпружиненной пружиной (6). Уплотняющие кромки (2) и (5) выполнены из эластичного материала, например резины, и соединены, соответственно, с каркасами (1) и (4) неразъемным соединением, например вулканизацией. Изобретение позволяет обеспечить расчетное усилие прижима рабочей кромки (2) манжеты к уплотняемой поверхности за счет создания противодавления воздуха со стороны уплотняемой поверхности и компенсации избыточной силы прижима. 2 ил.

Уплотнительная манжета, состоящая из внутреннего каркаса и внешнего армирующего каркаса, имеющего криволинейное сечение, выполненного с эластичными уплотняющими кромками, воздушной полости, отверстий для подачи воздуха, отличающаяся тем, что внутренний каркас имеет Г-образное поперечное сечение и на его ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, прилегающая торцом к внешнему армирующему каркасу, образуя воздушную полость в результате жесткого соединения внутреннего и внешнего армирующих каркасов, при этом на внешнем армирующем каркасе на ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена вторая эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, причем отверстия для подачи воздуха предусмотрены на внутреннем армирующем каркасе.