Бесконтактное уплотнение вращающегося вала

 

Союз Советские

Социалистические республик (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 06.07. 79 (2! ) 279203 /25-08 с присоеднненнеет заявки,рй— (23) Приоритет

F I6 J !5/54

ГаеудерстееиннИ кенвтет

СССР ае делен езебретений н етернтнй

Опубликовано 07.09.8!. Бюллетень pk 33

Дата опубликования епнсания 09 .09 . 8 (53) УДК62-762(088.8) Ъ (1 !

H.Ë. Белоусов, В.И. Новиков, Е.В. Табако н В.П. Зайцев (72) Авторы изобретения (7!) заявители (54) БЕСКОНТАКТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАИМЦЕГОСЯ

ВАЛА

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным уплотнительным устройствам подшипниковых узлов, валов и корпусов, и может быть применено при разработке и изготовлении валов, шпинделеи как

5 горизонтального, так и вертикального исполнения.

Известно уплотнение отражательными дисками, включающее диск в форме

М чашки, перекрывающей кольцевую реборду втулки, охватывающей с зазором выходной конец вала. Чашка выполнена тонкостенной с конусной формой в осевом сечении. При этом смазка по sa3$ мыслу попадает сначала на вертикальную стенку чашечного диска, затем-на наружную конусную поверхность, доходит до края и сбрасывается инерционными силами на горизонтальную и вертикальиу.э стенки крышки уплотняемого узла. Оттуда капли масла стекают вниз но стенке илн по наружной поверхности цилиндрической части втул2 ки в сливное отверстие. Причем реборда ограничивает проход масла s кольцевой зазор к валам (!) .

Недостатком данной конструкции является полностью открытая зона контакта уплотняемой области с наружной поверхностью чашечного диска ° В этом случае туман и жидкая смазка будут находиться в месте уплотнения в том объеме, который необходим для смазки подшипника, т.е. не разделены унлотняемые и уплотняющая области.

Каплеобразная и,туманообразная смазка может оседать как на втулке с ребордой, так и на внутренней поверх- . ности чашечного диска и по конусной поверхности в верхней части может стекать на вал, как при вращении, так и при остановке последнего. И, наконец, эффективность такого уплотнения во многом зависит от окружной скорости вращения вала, вязкости масла, чтобы преодолеть силы сманивания масла (его адгезии к ма-.

86 1 810 териалу диска), а также от времени непрерывной работы механизма (при его остановке масло непрерывно подается в подшипник, а значит и в уплот нение, при этом не происходит отбрасывания масла с диска). ?!еэффективным является также применение этого уплотнения на тихоходных валах (выходные валы редукторов, маятниковые механизмы, совершающие качательное движение).

Ближайшим к изобретеHH!o IIo технической сущности и достигаемому положительному эффекту является бесконтактное уплотнение с двусторонним отражательным диском jZ) . Уплотнение включает жес" êî крепленный (напресованный) па валу двусторонний отражательный диск, имеющий по наружному диаметру обод, симметричный относительно ступицы и выполненный с наружной и внутренней поверхностями конической формы. Конусы этих поверхностей сопрягаются своими

MJslhIMH 0cIIoI3;1HH$IMH . ДвУсч ОРОнний диск изолирован от уплотняемой камеры H наружного пространства дистанционным диском (слева) и крышкой подши1Н111ка (справа) соответственно, которые крепятся к корпусу, выполнены симмет1>ично относительно формы диска и об1>азуют с вращающимся валом, выходящим из уплотняемой камеры, кольцевой зазор. Причем кольцевой зазор образует втулка, выполненная заодно с крышкой или с дистанционным диском и снабженная кольцевой ребордой.

Участки втулок с ребордой на крышке и дистанционном диске находятся внутри конусов, образованных внутренними поверхностями обода. двустороннего диска. При вращении вала уплотняемая жидкость, например смазочное масло, под давлением, создаваемым внутри уплоняемой камеры (в подшипниковом узле), в жидком или туманообразном состоянии стремится проникнуть наружу через ближайшее к уплотняемой камере кольцевое уплотнение дистанционного диска. Пройдя его смазка попадает на торцевую часть двустороннего диска и при остановке вала стекает вниз„ а при вращении — центробежными силами отбрасывается по ступице двустороннего диска к внутренней конусной поверхности обода, а с неена вертикальную или цилиндрическую поверхности дистанционного диска и затем стекает на втулку с ребордой

20 или в сливное отверстие в нижней части крышки. Если такого отвода смазки нет, то смазка вновь попадает на конусную поверхность обода двустороннего диска, только теперь уже на наружную, а с нее отбрасывается на стенку кр»ш ки и стекает на втулку с ребордой, являющуюся частью крышки (справа от двустороннего диска).

К недостаткам прототипа относится отсутствие гарантированного отвода масла из xaMeI>bl уплотнения вновь в уплотняемую каме1>у,жидкость, попавшая на наружную поверхность обода, имеет в равной степени возможность отбрасываться по правой конусной поверхности диска на поверхность кр»4шки, смачивая при этом поверхность всей уплотнительной камеры и создавая условия для быстрейшего выхода смазки через кольцевой зазор крышки с валом. Кроме того, принцип работы дискового отражателя основан на инерционном отбрасывании жидкой или

25 каплеобразной смазки. Но это возможно при значительных оборотах, а на тихоходных валах редукторов и других механизмов масло смачиванием и в туманообразном состоянии прониЗ0 кает в кольцевой зазор, где нагретое масло, соприкасаясь с более холодным наружным воздухом, конденсируется и по валу вытекает наружу.

Из-эа этих недс "татком снижается

35 эффективность уплотнения.

Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения за счет снижения потерь уплотняемой жидкости, предотвращение попада40 ния уплотняемой жидкости на обод отражательного диска, улавливание и отвод жидкости из кольцевого зазора крышки с валом и с поверхности прилива крышки, быстрый отвод жид45 кости из уплотнительной камеры в уплотняемую.

Поставленная цель достигается тем, что в известном бесконтактном уплотнении, включающем закрепленные на

50 корпусе крышку и дистанционный диск, образующие уплотнительную камеру, а также двусторонний отражательный диск, расположенный между крышкой и дистанционным диском и жестко зак55 репленный. на валу причем дистан ционный диск и крышка .образуют с валом кольцевой зазор, двусторонний отражательный диск состоит из сту8618! 0 пицы и обода, выступающего по обе стороны диска ступицы и выполненного с внутренними конусными поверхностями, обращенными друг к другу вершинами, а крышка выполнена с приливом, выступающим внутрь уплотнительной камеры и охватывающим вал с упомянутым кольцевым зазором, ступица отражательного диска выполнена с приливом, выступающим в сторону уплоняемой камеры за пределы внутренней конусной поверхности обода отражательного диска, а с обратной стороны прилив выполнен с расточкой, в которой расположен прилив крышки, в нижней части крышки выполнено сливное отверстие для отвода жидкости, наружная поверхность прилива крышки выполнена наклонной к стенке крышки. В месте перехода наклонной и вертикальной поверхностей крышки и прилива на наружной поверхности и внутренней, образующей кольцевой зазор с валом, выполнены кольцевые канавки, соединенные между собой отверстиями. Прилив крышки может быть выполнен отдельно от крышки и затем соединен с ней. По наружной поверхности этот прилив может быть в виде усеченного конуса, входящего большим основанием в расточку в ступице отражательного диска. В диаметральной плоскости на поверхности конуса выполнены наклонные к малому основанию срезы. Прилив крышки также можно отдельно изготовить из двух частей усеченного конуса с внутренним цилиндрическим отверстием, разрезанного в диаметральной плоскости, соединенных между собой после разворота относительно друг друга на l80 в плоскости разреза.

Прилив крышки может быть образован внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями с пересекающимися о осями под углом ) 0-20

На фиг. 1 изображен подшипниковый узел вала, выходящего из корпуса и снабженного бесконтактным уплотнением; на фиг. 2 — разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 — вид Б фиг. 2; на фиг. 4 †.общий вид, отдельно выполненного конусного прилива, составленного из двух развернутых одна относительно другой частей; на фиг. 5 — прилив с цилиндрической наружной поверхностью, наклонной к оси внутреннего цилиндрического отверстия.

В уплотняемом корпусе.1 установлен подшипниковый узел, включающий вращающийся горизонтальный вал 2, подшипник 3, крышку 4 подшипника с приливом 5, которая совместно с дистанционным диском 6 и двусторонним отражательным диском 7 образует уплотнительную камеру. Подшипник 3 че« рез дистанционный диск 6 зафикснро1О ван в корпусе l цилиндрическим буртом крышки 4, в котором в нижней части выполнена прорезь 8, соединенная со сливным каналом 9. С этим же каналом 9 соединена прорезь 10 в бур15 те дистанционного диска 6, упирающегося в наружную обойму подшипника 3.

Прилив 5 выполнен отдельно от крышки 4 и соединен с ней после изготовления сваркой. В месте этого соединения на приливе 5 с наружной и внутренней

20 стороны проточены кольцевые канавки

11 и )2 соответственно, соединенные внизу отверстием 13. )lo бокам конусной наклонной поверхности 1 прилива

5 выполнены наклонные срезы 14. Двусторонний отражательный диск 7 напрес сован своей ступицей на вал 2, а дистанционный диск 6 и прилив 5 крышки образуют, сеответственно, радиальные кольцевые зазоры: дросселирующий и улавливающий !!). Отражательный диск 7 наружной поверхностью обода образует с буртом крышки 4 радиальный зазор !Ч. Кроме того, ступица отражательного диска 7 выполнена с приливом, выступающим из внутренней конусной поверхности обода на величину а = 5 — 10 мм, и образует с дистанционным диском торцевой -зазор

V. С противоположной стороны прйлив ступицы диска 7 выполнен с расточкой, в которую входит на 10-15 мм конусная часть прилива 5 крышки и между которыми образуется торцевой зазор Ч) °

Уплотнение работает следующим образом. Смазка из подшипника 3 частично возвращается в корпус 1, стекая непосредственно по посадочному месту подшипника и через прорезь 10 в бурте дистанционного диска б в сливнойканал 9. Остальная смазка в жидкости или туманообраэиом состоянии, которое образуется при движении тел качения подшинника и в зубчатом зацеплении в корпусе ), проникает через коль55 цевой радиальный дросселирующнй зазор II, образованный диском 6 с валом 2. Площадь кольцевого дросселирующего зазора ff выбирается такой, 1810

7 86 чтобы сумма ее с площадью нормального сечения прорези 10 образовывала живое сечение, обеспечивающее эффективный отвод излишков смазки в канал

9, имеющий в свою очередь площадь нормального сечения в 1,5-2 раза больше указанного живого сечения.

При этом радиальный кольцевой зазор необходмо выполнять минимальным

0 =I-2 мм, обеспечивающим дросселирование жидкости в уплотнительную камеру в виде тонкой пленки, смачивающей поверхность вала. Путь прохождения жидкости в уплотнительной камере характеризуется радиальными и торцевыми зазорами, вертикальными и наклонными (конусными) поверхностями,образованными взаимоположением и конфигурацией элементов уплотнения.

Следует различать работу уплотнения при остановке вала и при его вращении. При остановке вала просочившаяся жидкость в дросселирующий радиальный кольцевой зазор II по валу

2 попадает в торцевой зазор Ч на вертикальную стенку дистанционного диска б или на вертикальную часть прилива ступицы отражательного диска 7, откуда стекает по прорези 8 крышки 4 в канал 9. Капли жидкости срываются с торцевой поверхности прилива диска 7 и падают, минуя внутреннюю конусную поверхность обода.

При вращении вала к силам тяжести, сбрасывающим капли с поверхности вращающегося вместе с валом отражательного диска 7, прибавляются силы инерции и поэтому обод изготовлен максимально возможного диаметра. Наибольшую трудность представляет задержа-, ние, улавливание .тумана или капель жидкости, которые проходят из корпуса 1 через дросселирующий радиальный кольцевой зазор 11 и образуются от вращения диска 7 в уплотнительной камере. Иелкодисперсная жидкость образует избыточное давление, превышающее на небольшую величину атмосферное, и поэтому находится по всему объему уплонительной камеры, осаждаясь на поверхности крышки

4, на наружной цилиндрической и внутренней конической поверхностях обода отражательного диска 7, в радиальных зазорах IV u Il и в торцевых зазорах V u Vl. Капли находятся на поверхностях до тех пор, пока величина не станет критической, т.е. сила тяжести их превысит молекулярные

wa

55 силы сцепления жидкости с поверхнос тью. Поэтому для уменьшения сил сцепления жидкости необходимо уменьшить поверхность сцепления и создать концентраторы каплеобразования. Первое достигается путем уменьшения площади контакта или качественной обработкой поверхности, а второе грубой обработкой поверхности. Так необходимо иметь грубую, гребешковую поверхность в торцевом зазоре Vl и радиальных III u IV. На таких поверхностях быстрее образуются капли и срываются с них. Остальные поверхности уплотнительной камеры обработаны с высоким качеством, покрыты эмалью, никелем или баккелитовым лаком, обладающими отталкивающими жидкость свойствами. Прилив отражательного диска 7 также снабжен гребешком по наружному диаметру, облегчающим отрыв капель. Жидкость, сконденсировавшаяся в торцевом зазоре У1 и в радиальном зазоре III стекает по стенкам расточки прилива диска 7 и дальше на обод или на наклонную поверхность 1 прилива 5 крышки 4, а также стекает по кольцевой канавке

12 через отверстие 13 прорезь 8 в канал 9. Конденсация в этих зазорах происходит во время контакта нагретой жидкости (смазки) с окружающим холодным воздухом. С наклонной поверхности I прилива 5, выполненного конусным, жидкость с верхней части стекает в канавку 11, а с нижней— в расточку прилива отражательного диска. Жидкость с верхней части не попадает на нижнюю, потому что на ее пути находится наклонный срез

14, по которому она и стекает в канавку 11. Лучший отвод жидкости достигается с помощью наклонного цилиндра или составного развернутого конуса (фиг. 4, 5), по которым жидкость с верхней и нижней части стекает к стенке крышки 4 в канавку il, Составной прилив 5 крышки 4 изготавливают следующим образом.

В заготовке растачивают внутреннее цилиндрическое отверстие, разрезают на две части в диаметральной плоскости и обрабатывают наружную конусную поверхность совместно на обеих частях, затем разворачивают части в о плоскости разъема на 180 одна относительно другой, сваривают друг с дру гом и затем обрабатывают канавку ll на длине 5 и приваривают к крышке 4861810

10 узла.

Описанная конструкция предлагаемого бесконтактного уплотнения позволяет сократить расход и потерю смазки, трудозатраты и простои, связанные с заменой уплотнений контактного типа, уменьшить потребность в манжетах, предотвратить износ шеек, ускорить сборку узлов, так как гри горячей сборке вал необходимо остужать, улучшить условия труда обслуживающего персонала, обеспечить чистоту рабочего места.

ЭО

Формула изобретения

1. Бесконтактное уплотнение вращающегося вала, включающее крьппку, дистанционный диск, закрепленные в корпусе и образующие кольцевые зазоры с валом и уплотнительную камеру, в которой между ними размещен на валу двусторонний отражательный диск, состоящий из ступицы и обода, выступающего с обеих сторон диска ступицы и выполненного с внутренними конусными поверхностями, обращенными одна к другой вершинами, причем крышка выполнена с приливом, выступающим внутрь уплотнительной камеры и охватывающим вал с кольцевым зазором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 40

Наклонный цилиндр изготавливают следующим образом (фиг. 5).

В заготовке растачивают осевое отверстие и в нем канавку 12, а по наружному диаметру на величину Р— шейку, образующую при соединении с крышкой

4 канавку 11. Оставшуюся длину с заготовки по наружному диаметру обрабатывают в специальной оправке, позволяющей установить ось внутреннего отверстия с осью вращения на угол

d= — I0-20

На конусной поверхности с углом наклона менее 10 стекание капель о смазки ухудшается, так как силы сцепления превышают силы тяжести. Увеличение угла наклона поверхности (в

Нашем случае угла между осями внутреннего отверстия втулки и ее цилиидрической чаружной поверхностью) больше 20 приводит к неоправданному уве-. о личению габаритов уплотннтельного что, с целью повьппения эффективностиуплотнения путем уменьшения попадания уплотняемой среды на обод отражательного диска, ступица последнего выполнена с приливом, обращенным в сторону уплотняемой камеры и выступающим за пределы внутренней конусной поверхности обода отражательного диска, а с обратной стороны прилив выполнен с расточкой, в которой расположен прилив крышки, при этом наружная поверхность прилива крьппки выполнена наклонной к стенке крышки, в нижней части которой выполнено отверстие для отвода уплотняемой среды.

2. Уплотнение по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что прилив в месте перехода наружной наклонной поверхности и стенки крышки выполнен по наружной и внутренней поверхности с .кольцевыми канавками, сообщенными отверстиями.

3. Уплотнение по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что прилив крышки выполнен по наружной поверхности в виде усеченного конуса, меньшим . основанием обращенным к крышке, а большим - входящим в расточку прилива ступицы отражательного диска, и снабжен в горизонтальной плоскости наклонными в сторону крышки срезами в теле прилива.

4. Уплотнение по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что прилив выполнен отдельно от крышки в виде втулки, образованной двумя частями усеченного конуса, разрезанного по образующей в диаметральной плоскости1 которые развернуты одна относительно другой íà 180 в плоскости разреза о и соединены между собой.

5. Уплотнение по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что прилив крышки образован внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями с осями, перекрещивающимися под углом 10-20

Источники информации, принятые во внимани при экспертизе

l. Орлов П.И. Основы конструирования. H., "Машиностроение", 1977, т. 3, с. 103. рис. 231.

2. Там же, с. 103-104. рис. 234.

8618 1 0

Составитель E. Аношко

Редактор И. Гохфельд Техред А. Савка Корректор М.. Пемчик

Заказ- 6503/27 Тираж 1006 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4