Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Задача 2. Уплотнения




Уплотнение — это устройство, предназначенное для обеспечения гер­метичности. Любое уплотнение вклю­чает в себя герметизатор и уплотнительную поверхность. В зависимости от относительной скорости между герме­тизатором и уплотнительным элементом различают подвижные и неподвижные уплотнения.

Если между герметизатором и уплот­нительным элементом в процессе экс­плуатации возникают силы трения, то уплотнение называют контактным, в противном случае оно отно­сится к классу бесконтактных уплотнений. Важнейшими пока­зателями работоспособности уплотне­ний являются: степень герметичности, ресурс работы, коэффициент работо­способности. Износ — одна из основ­ных причин, в результате которой подвижные контактные уплотнения ут­рачивают свою работоспособность.

Основные проявления износа сво­дятся к ухудшению качества рабочих поверхностей уплотнений, изменению первоначальной формы герметизатора и усилия прижатия его к уплотняе­мой поверхности. Количественным по­казателем, характеризующим время, в течение которого уплотнение сохра­няет свою работоспособность, является ресурс.

Остановимся подробнее на торцовых и манжетных уплотнениях (МУ) ва­лов, которые получили наибольшее распространение в технике.

Для расчета ресурса по износу тор­цовых уплотнений может быть исполь­зована та же самая методика, что и для расчета осевых опор скольжения. При этом следует учесть, что осевое усилие в торцовом уплотнении может меняться в процессе изнашивания, это вносит некоторые особенности в упомянутый расчет.

Большое разнообразие конструктив­ных форм МУ, используемых материа­лов, условий и режимов эксплуатации породило многообразие методических подходов к расчету их ресурса.

Рассмотрим наиболее простую схему расчета, которая позволяет учесть эффект уменьшения контактного давле­ния в результате изменения линейных размеров сопрягаемых тел при износе.

Расчетная схема представляет собой цилиндрическое соединение с натягом. Контактные давления в сопряжении обусловлены лишь силами упругости. Для определенности считаем, что из­нашивается лишь герметизатор. Ско­рость изнашивания связана с контакт­ными давлениями степенной зависи­мостью вида It = K'qm (m ³ 1), где К' и т — параметры закона изнаши­вания. В процессе эксплуатации ме­няется натяг между уплотнением и валом, что приводит к изменению кон­тактных давлений. Зависимость давле­ния от времени наработки t имеет вид

, при m ¹ 1

, при m = 1

 

где К' — коэффициент скорости изна­шивания, Паm×с-1×м;

k — коэффициент пропорциональности между упругими перемещниями сопряженных поверх­ностей и контактными давлениями, м×Па-1;

q(0)— контактное давление при t = 0.

Если известно предельное давление q*, то ресурс уплотнения Т* опреде­ляется по формулам

, при m ¹ 1, (5.84)

, при m = 1, (5.85)

 

Для резиновых МУ, работающих при номинальных давлениях q0, отве­чающих условию q0 > 5×10-2×Е, где Е— модуль упругости материала МУ, ко­эффициент К' может быть вычислен по следующей формуле:

, (5.85 а)

где f — коэффициент трения; s0 — константа фрикционной уста­лости материала МУ, s0 » 22 МПа для каучуков; w — угловая скорость вращения вала, с-1; m — параметр закона изнашива­ния материала уплотнения (см. табл. 5.6), его значения колеблются в пределах m = 3-6; r — номинальный радиус сопряжения МУ с валом, м.

Возможности манжетных уплотнений ограничиваются свойствами резины. Прежде всего, имеют значение ускоренное старение при высокой температуре и потеря эластичности при низкой, а также механическое стеклование при больших частотах вращения. Отсюда следуют требования к ограничению температуры нагрева кромки и ее тщательному анализу, ограничению радиального биения валов и высокому качеству их обработки. Необходимо также анализировать возможности потери герметичности при низкой температуре и большой частоте вращения.

Допустимый температурный диапазон работы манжеты зависит от типа резины.

Манжеты из резины 1-й группы по ГОСТ 8752-79 (например, 7-ИРП-1068-3с на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-26) применяют для герметизации масел при температуре от -45 до 120° С и линейной скорости ≤10 м/с.

Если в масле происходит повышенное набухание резины 1-й группы, применяют резину 2-й группы на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-40 при температуре от -30 до +120° С; время работы при температуре более 100 °С должно быть ограничено несколькими часами.

Резины 3-й группы на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-18 или комбинации СКН-18 и СКН-26 (например, 7-В-14-1) наиболее морозостойки.

Резины 4-й группы на основе фторкаучука СКФ-32 (ИРП-1314-1) стойки во многих синтетических жидкостях и предназначены для работы при температуре от -45 до +150° С и линейной скорости ≤20 м/с.

Резины 5-й группы на основе наиболее теплостойкого фторкаучука СКФ-26 (ИРП-1287, ИРП-1316) предназначены в основном для манжет, работающих в контакте с хлорированными углеводородами при температуре от -25 до +175 °С и линейной скорости ≤35 м/с.

Действие температур иллюстрируется рисунком 5.5, расположенным ниже.

 

 

Рис. 5.5. Влияние температуры на выбор материала уплотнения

 

Приведенный рисунок отображает предельные значения линейной скорости при вращении вала для различных материалов: NBR (бутадиен-нитрильный каучук) и FPM (фторкаучук). Среда уплотнения - двигательное масло SAE-20.

Давайте попытаемся определить тип материала для задней манжеты коленчатого вала автомобиля ВАЗ-2101.

Для этого нам необходимо узнать линейную скорость при вращении вала.

Сначала выберем максимальное число оборотов коленвала: для двигателей ВАЗ - 7000 оборотов в минуту (обороты указаны на рисунке вверху и справа). На горизонтальной оси (внизу) находим нужный нам внутренний диаметр вала: 70 мм.

Поднимаем вверх перпендикуляр из точки 70 до пересечения с линией, проведенной под углом из центра координат к точке 7000, проводим из точки пересечения проекцию на вертикальную ось. Находим значение линейной скорости: 26 м/с.

Точка пересечения проекций входит в рабочую зону фторкаучука (FPM), обозначенную темно-серым цветом, но уже не попадает в рабочую зону бутадиен-нитрильного каучука (NBR).

Кроме того, для найденного значения скорости в 26 м/с обязательным является применение фторкаучука СКФ-26 (5-я группа резин) с рабочей температурой +175 °С. Даже фторкаучук СКФ-32 (4-я группа резин) с рабочей температурой +150°С не выдержит таких условий эксплуатации!

Таблица 5.2

Группы манжет по ГОСТ 8752-79

группа 1 – 7-ИРП-1068 от минус 45°С до плюс 100°С Бутадиен-нитрильный каучук, стандартный материал
группа 2– 7-4004 от минус 30°С до плюс 100°С Бутадиен-нитрильный каучук, улучш. теплостойкость
группа 3 – 7-В-14-1 от минус 60°С до плюс 100°С Бутадиен-нитрильный каучук, улучш. морозостойкость
группа 4 – ИРП-1314 от минус 45°С до плюс 150°С Фторкаучук, улучшенная химическая стойкость
группа 5 – ИРП-1287 от минус 25°С до плюс 175°С Фторкаучук, высокие температуры
группа 6 – ИРП-1401 от минус 55°С до плюс 150°С Силикон, маслостойкость материала ограничена

 

Пример 2. Подберем уплотнение для заданных условий и рассчитаем его ресурс. Диаметр вала d = 80 мм. Ширина и толщина участка контакта уплотнения с валом равна l = 3×10-3 м, подпятника h = 3×10-3 м. Примем максимальное количество оборотов равным 7000 мин-1. Сочетание контактирующих поверхностей: Сталь 20Х цементиро­ванная HRC 60—62 и Сталь 20Х (цементиро­ванная) HRC 60—64. Смазка – ЦИАТИМ. Предельное контактное давление q* = 0,5 МПа.

Решение. По графику на рис. 5.5 определяем, что при заданных условиях необходимо использовать уплотнения из фторкаучука (FPM). Необходимые физико-механические свойства фторкаучука следующие: Е = 4×106 Па, коэффициент трения f = 0,1, s0 = 22 МПа, предельное давление q(0) = 50 МПа (для бутадиен-нитрильного каучука: Е = 3×106 Па, коэффициент трения f = 0,3, s0 = 22 МПа, предельное давление q* = 30 МПа). Для заданного сочетания материалов по таблице 5.6 находим m1 = 1,96. По формуле (5.79 а) определим коэффициент податливости упругого слоя

м×Па-1.

 

По формуле (5.85 а) определим коэффициент интенсивности изнашивания

Па-1.

Определим по формуле (5.84) ресурс работы уплотнения так как m ¹ 1

с = 3,29 ч.

 

Варианты заданий к задаче №2 даны в таблице 5.3.

 

 







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 150. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия