Уплотнение подвижных соединений

 

Использование: в пневматических и гидравлических устройствах. Сущность изобретения: боковые стороны кольца выполнены с наклоном 12-20^o к его оси симметрии. Сечение кольца уменьшается от дна канавки. Радиус округления поверхности больше радиуса округления противоположном поверхности в 1,2-1,7 раза. Сумма радиусов меньше высоты сечения кольца, которая больше его ширины в 1,2-1,8 раза. 2ил.

Изобретение относится к уплотнениям подвижных соединений и может быть использовано в пневматических и гидравлических устройствах, в частности в приборах и аппаратуре высокой чувствительности, где недопустимы значительные силы трения.

Известно уплотнение поршня в виде кольца из эластичного материала со скругленными наружной и внутренней поверхностями, со держащее на плоских параллельных боковых сторонах по кольцевой канавке, смещенных одна относительно другой в радиальном направлении с образованием S-образного сечения [1] Это уплотнение создает относительно небольшую силу трения при отсутствии избыточного давления рабочей среды, но с повышением давления сила трения резко возрастает.

Кроме того, уплотнение S-образного сечения, будучи несимметричным относительно продольной оси, не обеспечивает постоянства надежной двухсторонней герметичности.

Известно также уплотнение из эластичного материала для подвижных соединений, выполненное в виде симметричного в сечении кольца с плоскими параллельными боковыми сторонами и со скругленными наружной и внутренней поверхностями, контактирующими с ответными поверхностями деталей соединения [2] Это уплотнение симметрично в сечении относительно поперечной и продольной осей и обеспечивает надежную герметичность, но даже при отсутствии избыточного давления рабочей среды создает большую силу трения, обусловленную наличием дополнительных выступов переменной высоты на скругленных поверхностях уплотнения, которая также резко возрастает с повышением давления.

Задача изобретения состоит в разработке такого уплотнения, которое создавало бы незначительную силу трения при отсутствии избыточного давления рабочей среды, а при повышении давления до нескольких МПа не приводило бы к ее резкому повышению.

Поставленная задача решается тем, что в уплотнении подвижных соединений, установленном в канавку одной из сопрягаемых деталей и выполненном в виде симметричного в сечении кольца из эластичного материала с плоскими боковыми сторонами и скругленными наружной и внутренней поверхностями, контактирующими с ответными поверхностями уплотняемых деталей, согласно изобретению, каждая из боковых сторон кольца выполнена с наклоном 12-20^o к его оси симметрии, причем сечение кольца уменьшается от дна канавки, а обращенная к нему поверхность кольца выполнена с радиусом округления больше радиуса округления противоположной поверхности в 1,2-1,7 раза, при этом сумма радиусов обеих поверхностей меньше высоты сечения кольца, которая больше его ширины в 1,2-1,8 раза.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат в предложенной конструкции уплотнения при избыточном давлении рабочей среды возникает не только сила, прижимающая уплотнение к поверхности цилиндра, но и дополнительная сила, ей противоположная. "Прижимающая" и "отжимающая" силы пропорциональны давлению рабочей среды и зависят от значений параметров уплотнения. При идеальном выборе параметров "прижимающая" и "отжимающая" силы равны между собой, и приращение силы взаимного контакта между поверхностью цилиндра и уплотнением, обусловленное его пружинением, будет равно нулю. Это справедливо при неизменной форме уплотнения. Широко применяемые в технике резиновые смеси В14 и 3826 по ТУ 380051166-73 имеют модуль упругости порядка 40 кгс/см² (4МПа), следовательно при достижении такого давления уплотнение полностью потеряет свою форму. Но при давлениях до 1 МПа, а именно этот диапазон давлений в подавляющем большинстве случаев представляет практический интерес, обеспечиваются до статочно достоверные результаты.

На фиг. 1 показано уплотнение в радиальном сечении, на фиг.2 уплотнение в сборе с поршнем и цилиндром при давлении рабочей среды справа (по чертежу).

Уплотнение представляет собой кольцо 1 из эластичного мате риала, размещенное в канавке 2 поршня 3, который установлен в цилиндре 4 с возможностью возвратно-поступательного перемещения при двухсторонней подаче давления рабочей среды. На фиг. 1 обозначено: h высота сечения уплотнения, b его ширина, R и r радиусы округления внутренней и наружной поверхностей соответственно, c h-(R + r)- расстояние между центрами радиусов округления, α угол наклона боковой поверхности к оси симметрии уплотнения, при этом отношение h к b составляет 1,2-1,8 раза, отношение R к r составляет 1,2-1,7, угол a выбран в пределах 12-20^o, а C больше нуля.

Уплотнение работает следующим образом.

При давлении рабочей среды справа (фиг. 2) уплотнение 1, поворачиваясь, прижимается плоской боковой стороной 5 к левой стенке А канавки 2, а будучи сжато горизонтальными силами с обеих сторон, деформируется и дополнительно прижимается к поверхностям Б и B цилиндра 4 и поршня 3. Одновременно на уплотнение действуют и вертикальные силы (показано стрелками на фиг. 2). Поскольку суммарная вертикальная сила, действующая сверху, превышает действующую снизу, из-за разности площадей, обусловленной смещением "е" между линиями контакта (в сечении точки Г и Д) с поверхностями Б и B, то сила прижатия уплотнения к поверхности Б цилиндра 4 уменьшается на величину этой разности.

При обратном ходе поршня (подача давления рабочей среды слева) работа уплотнения будет аналогичной, с прижатием другой боковой стороны к противоположной стенке канавки 2 поршня 3.

Таким образом, предложенное уплотнение обеспечивает уменьшение силы трения при перемещениях поршня, а следовательно и износа трущихся поверхностей соединения, что в конечном итоге повышает его долговечность.

Так как конструкция уплотнения обеспечивает снижение силы страгивания подвижных частей при подаче рабочей среды, уплотнение может эффективно использоваться в различных приборах и аппаратуре высокой чувствительности.

Формула изобретения

Уплотнение подвижных соединений, установленное в канавку одной из сопрягаемых деталей и выполненное в виде симметричного в сечении кольца с плоскими боковыми сторонами и скругленными наружной и внутренней поверхностями, контактирующими с ответными поверхностями уплотняемых деталей, отличающееся тем, что каждая из боковых сторон кольца выполнена с наклоном 12-20° к его оси симметрии, причем сечение кольца уменьшается от дна канавки, а обращенная к нему поверхность кольца выполнена с радиусом округления больше радиуса скругления противоположной поверхности в 1,2-1,7 раза, при этом сумма радиусов обеих поверхностей меньше высоты сечения кольца, которая больше его ширины в 1,2-1,8 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2