CS253113B1 - Hřídelové těsnění - Google Patents

Abstract

Hřídelové těsnění sestává z kruhového těsnicího rtu, spojeného poddajnou membránou s výztužnou částí těsnicího kroužku. Místo připojení poddajné membrány k výztužné části kroužku se nachází v bezprostřední blízkosti hřídele, takže ohraničení prostoru pro plastické mazivo je tvořeno nejen ze strany obvodu, ale i z vnější boční strany poddajnou membránou, která tak současně vytváří prachovku. Část poddajné membrány vytvářející prachovku je v místě připojení poddajné membrány zeslabena na tlouštku v rozmezí 0,5 mm až 1 mm. Vůle mezi hřídelem a těsněním v tomto místě je v rozmezí 0,1 mm až 0,3 mm a vzdálenost středu ohybové deformace poddajné membrány od povrchu hřídele je 0,7 tloušÉky až 0,8 tloušEky. Vzdálenost vrcholu těsnicího břitu od středu ohybové deformace poddajně membrány je v rozmezí 5/tlouštěk až 11,5 tlouštěk.

Description

Vynález se týká hřídelového těsnění.

Pro těsnění hřídelů se používá radiálních těsnicích kroužků z elastomeru vyztužených kovovým výztužným kroužkem. Funkční část těsnicího kroužku tvoří pryžový prstenec, nazávaný těsnicí ret (Dichtlippe uplotňajuščaja guba, lip). Kontaktním místem těsnicího rtu je břit, který je přitlačován k hřídeli pružným kroužkem, který tvoří ocelová tažná pružina. Těsnicí ret přechází plynule v pryžovou membránu, která má tvar kuželové·nebo válcové trubky a zajiŠtuje jeho poddajné spojení s vyztuženou částí kroužku, čímž má umožnit, aby i při určitém házení hřídele sledoval těsnicí břit jeho povrch. Pro zabránění přístupu nečistot z vnějšího prostředí do kontaktní zóny těsnění bývá prostor mezi hřídelem a membránou naplněn plastickým mazivem, které současně zajištuje i mazání těsnicího břitu v určitých konkrétních provozních podmínkách a též ochranu hřídele proti korozi. Z vnější strany bývá tento prostor uzavřen tzv. prachovkou, která zabraňuje uniknutí plastického maziva. K nedostatkům tohoto typu těsnění patří malá životnost, velké třecí ztráty a nedostatečná spolehlivost.

Přítlačná síla je při házení hřídele proměnlivá proto, že síla vyvozující periodické ohýbání membrány je přenášena přes kontakt těsnění a hřídele. Dále je její proměnlivost způsobena též cyklicky proměnlivými hmotnostními setrvačnými silami, jejichž velikost závisí na hmotnosti pohyblivé části těsnění. Při poklesu přítlačné síly není pak spolehlivě zajištěna těsnost a při zvýšení této síly dochází k velkému tření a opotřebení. Nedostatečná ochrana před vnikáním nečistot zvenčí je příčinou intenzivního opotřebení kontaktních ploch. Při házení otáčejícího se hřídele koná každý dotykový bod těsnicího břitu kývavý pohyb po dráze blízké části kružnice, přičemž normála jeho dráhy svírá s povrchovou přímkou těsněného hřídele úhel > 0°. Důsledkem toho je, že těsnicí břit koná relativní pohyb vůči hřídeli v axiálním směru.

Pro zlepšení vlastností hřídelového těsnění jsou známa některá řešení, která dílčím způsobem snižují uvedené nedostatky, hlavně proměnlivost přítlačné síly a relativní axiální pohyb mezi těsněním a hřídelem.

Je známo řešení těsnicího kroužku s lepší těsnicí schopností při snížené přítlačné síle, což je příznivé i v případě jejího kolísání. Jedná se o těsnicí kroužky, které mají na vnější straně kontaktní plochy tenká vystupující žebra, skloněná pod určitým úhlem stoupání a přiléhající k hřídeli, Tato žebra způsobují při otáčení hřídele hydrodynamický efekt, který vyvolává čerpání těsněné kapaliny zpět do těsněného prostoru. Bývají určeny pro jeden smysl otáčení hřídele, což je značné omezení. Konstrukce použitelné pro oba smysly otáčení jsou méně účinné.

Tyto těsnicí kroužky vyžadují zvláště dobrou ochranu před nečistotami z vnějšího prostředí, které se v důsledku hydrodynamického čerpacího efektu mohou snáze dostávat mezi kontaktní plochy a způsobit jejich opotřebení. Jsou rovněž citlivé na použití aditivovaných olejů, které vytvářejí na kontaktních plochách nánosy. Tyto se časem odlupují a působí pak netěsnost.

Je známo řešení těsnicího kroužku se zmenšeným úhlem normály dráhy pohybu bodů těsnicího břitu f , jehož je dosaženo umístěním místa upevnění membrány do blízkosti hřídele. Membrána je potom přibližně rovnoběžná s hřídelem. Zmenšení úhlu je v tomto případě pouze částečné. Vůle mezi membránou a hřídelem je jako prostor pro náplň plastického maziva nedostatečná. Nečistoty vniklé zvenčí mezi hřídel a membránu mohou způsobit tření a opotřebení, přičemž vznikající částice otěru se dostávají až mezi kontaktní těsnicí plochy.

Je známo řešení těsnicího kroužku pro velké excentricity a házení hřídele, u něhož pryžový prstenec obepínající hřídel je masívní a široký. V něm je vytvořen prostor pro náplň plastického maziva v blízkosti těsnicího břitu. Poddajné spojení těsnicího prstence s vyztuženou pevnou částí kroužku je provedeno vlnovitě tvarovanou sekcí uspořádanou tak, aby byl potlačen axiální pohyb kontaktní plochy těsnění vůči hřídeli při velkých hodnotách házení. Tvar je značně složitý. Hlavním nedostatkem jsou velké setrvačné síly masívního těsnicího prstence a též části společně s ním se pohybující poddajné sekce, což způsobuje proměnlivost přítlačné síly v závislosti na frekvenci otáčení hřídele.

Uvedené nedostatky odstraňuje hřídelové těsnění, sestávající z kruhového těsnicího rtu, spojeného poddajnou membránou s výztužnou částí těsnicího kroužku, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že místo připojeni poddajné membrány k výztužné části kroužku se nachází v bezprostřední blízkosti hřídele, takže ohraničení prostoru pro plastické mazivo je tvořeno nejen ze strany obvodu, ale i z vnější boční strany poddajné membrány, která tak současně vytváří prachovku. Část poddajné membrány vytvářející prachovku je v místě připojeni poddajné membrány zeslabena na tloušťku v rozmezí 0,5 mm až 1 mm, přičemž vůle mezi hřídelem a těsněním v tomto místě je v rozmezí 0,1 mm až 0,3 mm, vzdálenost středu ohybové deformace poddajné membrámy od povrchu hřídele je 0,7 tlouštky až 0,8 tlouštky a vzdálenost vrcholu těsnicího břitu od středu ohybové deformace poddajné membrány je v rozmezí 5 tlouštěk až 11,5 tlouštěk.

Popsaným tvarovým řešením je dosaženo při jednoduchém konstrukčním provedení současně minimalizace příčné tuhosti membrány vůči ohybu, minimalizace úhlu normály pro potlačení axiálního pohybu a ochrany těsnicích ploch prachovkou, kterou vytváří samotná membrána. Tím je umožněno dosažení těsnosti i při určitém házení hřídele, k němuž v praxi vždy dochází v důsledku výrobních tolerancí a vůle v ložiskách. Při tom je umožněno i zmenšení radiálního zatížení těsnicího břitu, nebot minimalizace příčné tuhosti membrány vede ke zmenšení proměnlivosti tohoto zatížení, jež je vyvolána za provozu házením hřídele. Tím se značně zmenší třecí energetické ztráty v těsnění a též opotřebení kontaktních ploch. Výsledkem jsou tedy energetické úspory při provozu strojních mechanismů, zvýšení životnosti a spolehlivosti těsnění.

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popise příkladu jeho provedení podle obrázku a také pomocí 3 příkladů provedení hřídelového těsněni, které dokazují vyšší účinek hřídelového těsnění podle vynálezu.

Hřídelové těsnění sestává z vnějšího vyztuženého tělesa, k němuž je připojena membrána 2, která plynule přechází v těsnicí ret, opatřený těsnicím břitem JI a prstencovou pružinou _4. Ve vnějším tělese je uložen výztužný kroužek J3. Vůle v mezi hřídelem a poddajnou membránou 2 v místě jejího připojení je 0,1 mm až 0,3 mm, takže zde vzniká seškrcený průřez, zabraňující uniknuti náplně plastického maziva, které zachycuje nečistoty z vnějšího prostředí. Normála n dráhy kývavého pohybu těsnicího břitu 1^ svírá s povrchovou přímkou hřídele úhel

Velikost úhlu vyplývá z uvedených poměrných rozměrů a je menši než 10°. Řešení je blíže popsáno příkladem konkrétního provedení hřídelového těsnění pro hřídel o průměru 50 mm podle obrázku.

Tloušťka membrány v místě jejího připojení t je 0,8 mm. Vůle v mezi hřídelem a těsněním je 0,2 mm. Vzdálenost a ohybového bodu membrány 0 od povrchové přímky hřídele je 0,6 mm a vzdálenost b těsnicího břitu L od bodu 0 je 8 mm. Ohel - arctg a/b je 4,3°. Vyklenutým tvarem membrány a umístěním jejího připojení do bezprostřední blízkosti hřídele je dosaženo, že membrána ohraničuje prostor pro plastické mazivo nejen kolem obvodu, ale i z vnější boční strany a plní tak současně i funkci prachovky. Vliv zmenšení úhlu na snížení kinematických veličin axiálního pohybu je dále ilustrován třemi příklady.

Sériově vyráběný těsnicí kroužek obvyklého tvaru má úhel = 33,7°, který byl změřen na měřicím mikroskopu. Při otáčení hřídele s frekvencí n = 100 s^-l při excentricitě hřídele e = 0,03 mm se těsnicí břit pohybuje vůči hřídeli v axiálním směru s proměnlivým zrychlením, _2 jehož maximální hodnota je a = 8 m s

Těsnicí kroužek s úhlem = 14° má za stejných podmínek jako v prvním příkladu maximální hodnotu zrychlení a = 3 m s ².

Těsnicí kroužek s úhlem = 7° má za stejných podmínek jako v předchozích příkladech maximální hodnotu axiální složky zrychlení a = 1,5 m s ².

Nové hřídelové těsnění je využitelné pro těsnění hřídelů za obvyklých provozních podmínek, kdy hřídel vlivem házení nebo vůle vykonává při otáčení též příčný pohyb a je účinná při nižší přítlačné síle, protože podstatně zmenšuje její proměnlivost při otáčení hřídele. Tím se zmenšují třecí ztráty a zvyšuje se životnost. Ke zlepšení těsnicí schopnosti přispívá též potlačení axiálního pohybu mezi hřídelem a těsněním v důsledku minimalizace úhlu ý*”_o· f

Je využitelné též v znečištěném pracovním prostředí, přičemž funkci ochranné prachovky plní membrána. Při jednoduchosti popsaného nového konstrukčního řešení je dosaženo komplexního zlepšení všech funkčních vlastností, zatímco známá řešení jsou pouze částečná.

Claims (2)

předmEt vynálezu

1. Hřídelové těsněni, sestávající z kruhového těsnicího rtu, spojeného poddajnou membránou s výztužnou částí těsnicího kroužku, vyznačující se tím, že místo připojení poddajné membrány (2) k výztužné části kroužku (3) se nachází v bezprostřední blízkosti hřídele, takže ohraničení prostoru pro plastické mazivo je tvořeno nejen ze strany obvodu, ale i z vnější boční strany poddajnou membránou (2), která tak současně vytváří prachovku.

2. Hřídelové těsnění podle bodu 1 vyznačující se tím, že část poddajné membrány (2) vytvářející prachovku je v místě připojení poddajné membrány (2) zeslabena na tloušEku (t) v rozmezí 0,5 mm až 1 mm, přičemž vůle (v) mezi hřídelem a těsněním v tomto místě je v rozmezí 0,1 mm až 0,3 mm, vzdálenost (a) středu (0) ohybové deformace poddajné membrány (2) od povrchu hřídele je 0,7 tloušEky (t) až 0,8 tloušEky (t) a vzdálenost (b) vrcholu (L) těsného břitu (1) od středu (O) ohybové deformace poddajné membrány (2) je v rozmezí 5 tlouštěk (t) až 11,5 tlouštěk (t).