Узел уплотнения (варианты)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в устройствах с использованием жидких масел. Узел уплотнения содержит тороидальный уплотнительный элемент, размещенный между уплотняемыми элементами. По одному варианту уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра, взаимодействующих с его стенками. Концевые участки пружинных колец выполнены в виде гребенок, зубья одного торца которых входят в пазы другого. По другому варианту уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлено пружинное разрезное кольцо, выполненное с поперечным сечением в форме незамкнутого кольца, наружный радиус которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса поперечного сечения уплотнительного элемента. Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в любых устройствах с использованием жидких масел.

Известен узел уплотнения, включающий кольцо из эластичного материала, устанавливаемое между двумя уплотняемыми деталями (см. Справочник конструктора-машиностроителя. Анурьев В.И. и др. М.: Машгиз, 1962 г. С.647-648).

Более близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является узел уплотнения, содержащий тороидальный уплотнительный элемент, размещенный между уплотняемыми элементами (см. там же с.651).

К недостаткам известных уплотнительных элементов следует отнести малую надежность в работе, связанную с невозможностью компенсации изнашиваемых элементов. Это приводит к разгерметизации узла уже после непродолжительного времени работы.

В связи с этим техническим результатом изобретения является повышение надежности работы узла уплотнения.

Для достижения указанного технического результата по одному варианту в узле уплотнения, содержащем тороидальный уплотнительный элемент, размещенный между уплотняемыми элементами, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлено пружинное разрезное кольцо, выполненное с поперечным сечением в форме незамкнутого кольца, наружный радиус которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса поперечного сечения уплотнительного элемента.

Этому способствует также и то, что:

- торцевые участки пружинного разрезного кольца выполнены с боковыми пазами, при этом выступ одного торца входит в боковой паз другого торца, причем выступы торцевых участков установлены с перекрытием одного относительно другого;

- стенки пружинного кольца выполнены с прорезями.

По другому варианту достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в узле уплотнения, содержащем тороидальный уплотнительный элемент, размещенный между уплотняемыми элементами, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра, взаимодействующих со стенками уплотнительного элемента, причем наружный диаметр большого разрезного кольца - D_к и внутренний диаметр меньшего разрезного кольца - d_к в свободном состоянии определяются соответственно по формуле:

D_к≥D_уэ-δ,

где: D_уэ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента.

d_к≤d_yэ+δ,

где: d_н - внутренний диаметр уплотнительного элемента.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- торцы пружинных разрезных колец имеют форму гребенок, зубья одного торца которых входят во впадины другого торца;

- наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца имеют выпуклую или плоскую форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента.

На фиг.1 показан узел уплотнения, на фиг.2 и 3 - соответственно пружинное кольцо и уплотнительный элемент в свободном состоянии, на фиг.4 - схема соединения концевых участков пружинного кольца, на фиг.5 - узел уплотнения по другому варианту, на фиг.6 - сечение А-А на фиг.5, на фиг.7 - схема выполнения концевого участка разрезного кольца по второму варианту.

Узел уплотнения содержит тороидальный уплотнительный элемент 1 (фиг.1), размещенный между уплотняемыми элементами 2 и 3 (цапфой и обоймой), при этом цапфа 2 имеет наружный диаметр - d_ц, который больше внутреннего диаметра - d_уэ уплотнительного элемента 1 в свободном состоянии, а обойма 3 имеет внутренний диаметр - D_o, который меньше наружного диаметра - D_н уплотнительного кольца 1 тоже в свободном состоянии. Уплотнительный элемент 1 выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлено пружинное разрезное кольцо 4, выполненное с поперечным сечением в форме незамкнутого кольца, наружный радиус - r_к которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса - r_у поперечного сечения уплотнительного элемента 1. Торцевые участки 5 пружинного разрезного кольца 4 выполнены с боковыми пазами 6, при этом выступ 7 одного торца входит в боковой паз 6 другого торца, причем выступы 7 торцевых участков установлены с перекрытием один относительно другого, что обеспечивает контакт с уплотнительным элементом 1 по всей его внутренней поверхности. Это обеспечивает герметизацию уплотняемых поверхностей по всей окружности. Для удобства монтажа и регулирования усилия прижатия уплотнительного элемента 1 пружинным разрезным кольцом 4 к цапфе 2 и обойме 3 предусмотрен вариант выполнения стенок пружинного кольца 4 с прорезями 8.

По другому варианту узел уплотнения содержит уплотнительный элемент 1, выполненный с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлены два пружинных разрезных кольца 9 и 10 разного диаметра, взаимодействующих со стенками уплотнительного элемента 1, причем наружный диаметр - D_к большого разрезного кольца 9 и внутренний диаметр - d_к меньшего разрезного кольца 10 в свободном состоянии определяются соответственно по формуле:

D_к≥D_уэ-δ,

где: D_уэ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента

d_к≤d_уэ+δ,

где: d_н - внутренний диаметр уплотнительного элемента.

Наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца 9 и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца 10 имеют выпуклую или плоскую форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента 1. Пружинное кольцо 9 в свободном состоянии имеет наружный диаметр - D_к по всей линии контакта больше внутреннего диаметра уплотнительного элемента 1 по той же линии контакта. А пружинное кольцо 10 в свободном состоянии имеет внутренний диаметр - d_н по всей линии контакта меньше внутреннего диаметра уплотнительного элемента 1 по той же линии контакта. При этом концевые участки пружинных колец 9 и 10 выполнены в виде гребенок, зубья 11 одного торца которых входят во впадины 12 другого торца. Такое выполнение торцевых участков пружинных колец 9 и 10 исключает их смещения один относительно другого и обеспечивает плотный контакт уплотнительного элемента 1 по всей длине окружности.

Принцип работы предложенного узла уплотнения заключается в следующем. В процессе работы уплотнительный элемент 1 постоянно подвергается пульсирующим сжимающим и разжимающим нагрузкам, способствующим уменьшению его эластичности и нарушению герметичности узла уплотнения. Кроме того, этому способствует также и то, что опорные поверхности обоймы 3 и цапфы 2 подвергаются постоянному износу. В результате этого происходит увеличение зазора между обоймой 3 и цапфой 2, а следовательно, и увеличение сжимающих и разжимающих нагрузок, действующих на уплотнительный элемент 1 и способствующих его износу. Для компенсации износа опорных поверхностей обоймы 3, цапфы 2 и уплотнительного элемента 1 в предложенной опоре предлагается использовать уплотнительный элемент 1 с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого по одному варианту размещено пружинное разрезное кольцо 4, а по другому варианту - два разрезных кольца 9 и 10 разного диаметра. При этом пружинные кольца 4, 9 и 10 оказывают на стенки уплотнительного элемента 1 постоянно действующее распирающее усилие, что удерживает уплотнительный элемент 1 в напряженном состоянии в процессе всего времени работы узла уплотнения. В результате этого открытые концевые участки уплотнительного элемента 1 и 6 постоянно прижаты с одной стороны к обойме 3, а с другой стороны к цапфе 2 и тем самым препятствуют утечке смазки как между уплотнительным элементом 1 и обоймой 3, так и между уплотнительным элементом 1 и цапфой 2.

Данное изобретение может быть применено в любых устройствах с герметизированной опорой. Оно имеет простую конструкцию и надежно в работе.

1. Узел уплотнения, содержащий тороидальный уплотнительный элемент, размещенный между уплотняемыми элементами, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлено пружинное разрезное кольцо, выполненное с поперечным сечением в форме незамкнутого кольца, наружный радиус которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса поперечного сечения уплотнительного элемента.

2. Узел уплотнения по п.1, отличающийся тем, что торцевые участки пружинного разрезного кольца выполнены с боковыми пазами, при этом выступ одного торца входит в боковой паз другого торца, причем выступы торцевых участков установлены с перекрытием одного относительно другого.

3. Узел уплотнения по п.1, отличающийся тем, что стенки пружинного кольца выполнены с прорезями.

4. Узел уплотнения, содержащий тороидальный уплотнительный элемент, размещенный между уплотняемыми элементами, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра, взаимодействующих со стенками уплотнительного элемента, причем наружный диаметр большого разрезного кольца D_к и внутренний диаметр меньшего разрезного кольца d_к в свободном состоянии определяются, соответственно, по формуле

D_к≥D_уэ-δ,

где D_уэ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента,

d_к≤d_уэ+δ,

где d_уэ - внутренний диаметр уплотнительного элемента.

5. Узел уплотнения по п.4, отличающийся тем, что наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца имеют выпуклую или плоскую форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента.

6. Узел уплотнения по п.4, отличающийся тем, что торцы пружинных разрезных колец имеют форму гребенок, зубья одного торца которых входят во впадины другого торца.