RU2815998C1

RU2815998C1 - Sealing collar

Info

Publication number: RU2815998C1
Application number: RU2023130257A
Authority: RU
Inventors: Алексей Николаевич Кулышев; Александр Владимирович Летуновский
Original assignee: Публичное акционерное общество "КАМАЗ"
Filing date: 2023-11-21
Publication date: 2024-03-25

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to sealing collar, which consists of inner frame (1) with sealing edge (2), spring-loaded with spring (3), and external reinforcing frame (4) with sealing edge (5), spring-loaded with spring (6). Sealing edges (2) and (5) are made of elastic material, for example rubber, and are connected to frames (1) and (4) by permanent connection, for example, by vulcanisation.

EFFECT: invention makes it possible to provide design force of pressing working edge (2) of collar to sealed surface due to creation of air counter-pressure on the side of the sealed surface and compensation of excessive pressing force.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к уплотнительным манжетам вращающихся валов.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular, to sealing cuffs for rotating shafts.

Известно устройство уплотнения вала, включающее внутреннее кольцо, внешнее кольцо и резиновое уплотнение, соединенное с внешним кольцом. У уплотнения есть три выступа, первый из которых примыкает под действием пружины к внутреннему кольцу. Два других выступа расположены с образованием промежутков между их внешними концами и секциями внутреннего кольца, лежащего напротив их внешних концов. Кроме того, промежуток образован между радиально простирающейся кольцевой дисковой частью уплотнения и внешней отогнутой секцией внутреннего кольца в осевом направлении. Упомянутые промежутки формируют лабиринт, в котором распределена смазка, предотвращающая износ устройства уплотнения вала (патент №US5895052, МПК F01D 11/02, F16J 15/32, 20.04.1999 г.).A shaft sealing device is known, including an inner ring, an outer ring and a rubber seal connected to the outer ring. The seal has three protrusions, the first of which is pressed against the inner ring. The other two protrusions are located to form spaces between their outer ends and sections of the inner ring lying opposite their outer ends. In addition, a gap is formed between the radially extending annular disk portion of the seal and the outer folded section of the inner ring in the axial direction. These spaces form a labyrinth in which lubricant is distributed, preventing wear of the shaft seal device (patent No. US5895052, IPC F01D 11/02, F16J 15/32, 04/20/1999).

Недостатки известного устройства заключаются в сравнительно низкой надежности уплотнения.The disadvantages of the known device are the relatively low reliability of the seal.

Известно устройство, состоящее из внутреннего и внешнего колец с резиновыми уплотнениями. Внешнее кольцо выполнено с криволинейным сечением. Внутреннее кольцо выполнено с углообразным сечением и имеет участок с углублениями. Конец участка с углублениями отогнут от осевой линии. Уплотнение внешнего кольца выполнено с выступами, контактирующими с внутренним кольцом. Один из выступов образован коническими поверхностями и контактирует под действием пружины с углублениями внутреннего кольца. Два других выступа уплотнения расположены с образованием замкнутых полостей. Уплотнение внутреннего кольца выполнено с выступами, обращенными наружу и внутрь устройства. Один из внутренних выступов размещен в полости внешнего кольца с образованием замкнутой полости. Другие выступы расположены с образованием промежутков между внешним кольцом и уплотнением и предохраняют от попадания пыли. Рабочая поверхность уплотнения внутреннего кольца, контактирующая с валом, выполнена гладкой (патент №US6170834, МПК, F16J 15/32,01.09.2001 г.).A device is known consisting of inner and outer rings with rubber seals. The outer ring has a curved cross-section. The inner ring is made with an angular cross-section and has a section with recesses. The end of the section with recesses is bent from the center line. The outer ring seal is made with projections in contact with the inner ring. One of the protrusions is formed by conical surfaces and is in contact under the action of a spring with the recesses of the inner ring. The other two seal protrusions are arranged to form closed cavities. The seal of the inner ring is made with projections facing outward and inward of the device. One of the internal projections is placed in the cavity of the outer ring to form a closed cavity. Other protrusions are located to form spaces between the outer ring and the seal and protect against dust. The working surface of the inner ring seal in contact with the shaft is made smooth (patent No. US6170834, IPC, F16J 15/32, 09/01/2001).

Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является уплотнительное устройство, содержащее эластичный кольцевой корпус «U» - образного сечения с уплотнительной кромкой, расположенной на ветви корпуса, ближайшей к подвижной уплотняемой поверхности, и армирующий каркас, размещенный во второй ветви корпуса, в уплотнительной кромке которого, с внутренней стороны, выполнен канал, причем армирующий каркас в сечении выполнен «U»- образным, при этом его вторая ветвь размещена между ветвями корпуса так, что ее конец и край уплотнительной кромки расположены друг напротив друга и жестко соединены между собой кольцом с образованием полости, а в корпусе и каркасе выполнены каналы для подвода жидкости или газа (см. патент на изобретение РФ №2109999, опубл. 27.04.1998 г.).The closest to the claimed technical solution in terms of the totality of essential features is a sealing device containing an elastic annular body of a “U”-shaped section with a sealing edge located on the body branch closest to the movable sealing surface, and a reinforcing frame placed in the second body branch, in the sealing edge of which, on the inside, has a channel, and the reinforcing frame in cross-section is made “U”-shaped, while its second branch is placed between the branches of the body so that its end and the edge of the sealing edge are located opposite each other and are rigidly connected to each other a ring with the formation of a cavity, and in the body and frame there are channels for supplying liquid or gas (see RF patent for invention No. 2109999, published on April 27, 1998).

Недостатки известного устройства заключаются в сравнительно низкой долговечности, обусловленной прямой зависимостью между давлением жидкости или газа и усилием прижатия уплотняющей кромки манжеты к уплотняемой поверхности.The disadvantages of the known device are its relatively low durability, due to the direct relationship between the pressure of the liquid or gas and the force of pressing the sealing edge of the cuff to the sealing surface.

Была поставлена задача, повысить долговечность уплотнительной манжеты.The task was set to increase the durability of the sealing collar.

Поставленная задача решается за счет того, что в уплотнительной манжете, состоящей из внутреннего каркаса и внешнего армирующего каркаса, имеющего криволинейное сечение, выполненного с эластичными уплотняющими кромками, воздушной полости, отверстий для подачи воздуха, в соответствие с предлагаемым техническим решением, внутренний каркас имеет «Г» образное поперечное сечение и на его ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, прилегающая торцом к внешнему армирующему каркасу, образуя воздушную полость в результате жесткого соединения внутреннего и внешнего армирующих каркасов, при этом на внешнем армирующем каркасе на ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена вторая эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, причем отверстия для подачи воздуха предусмотрены на внутреннем армирующем каркасе.The problem is solved due to the fact that in the sealing collar, consisting of an internal frame and an external reinforcing frame having a curved cross-section, made with elastic sealing edges, an air cavity, holes for air supply, in accordance with the proposed technical solution, the internal frame has " L-shaped cross-section and on its branch, closest to the surface to be sealed, there is an elastic spring-loaded sealing edge adjacent to the outer reinforcing frame, forming an air cavity as a result of the rigid connection of the internal and external reinforcing frames, while on the outer reinforcing frame on the branch, closest to the surface to be sealed, a second elastic spring-loaded sealing edge is made, and holes for air supply are provided on the internal reinforcing frame.

Отличительные признаки, заключающиеся в том, что «внутренний каркас имеет «Г» образное поперечное сечение и на его ветви, ближайшей к уплотняемой поверхности, выполнена эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, прилегающая торцом к внешнему армирующему каркасу, образуя воздушную полость в результате жесткого соединения внутреннего и внешнего армирующих каркасов, при этом на внешнем армирующем каркасе на ветви, ближайшей уплотняемой поверхности, выполнена вторая эластичная подпружиненная уплотняющая кромка, причем отверстия для подачи воздуха предусмотрены на внутреннем армирующем каркасе» позволяют повысить долговечность и надежность работы уплотнительной манжеты за счет обеспечения расчетного усилия прижима рабочей кромки манжеты к уплотняемой поверхности путем создания противодавления со стороны уплотняемой поверхности.Distinctive features are that “the inner frame has an “L” shaped cross-section and on its branch closest to the sealing surface there is an elastic spring-loaded sealing edge adjacent to the outer reinforcing frame, forming an air cavity as a result of the rigid connection of the internal and external reinforcing frames, while on the external reinforcing frame on the branch, the nearest sealing surface, a second elastic spring-loaded sealing edge is made, and holes for air supply are provided on the internal reinforcing frame" make it possible to increase the durability and reliability of the sealing cuff by providing the calculated clamping force of the working the edges of the cuff to the sealing surface by creating back pressure from the sealing surface.

В результате поиска по общедоступным источникам научно-технической и патентной информации, уплотняющая манжета, совпадающая со всей совокупностью существенных признаков заявляемого решения, обнаружена не была и совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники. Следовательно, можно предположить соответствие заявляемого технического решения условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».As a result of a search through publicly available sources of scientific, technical and patent information, a sealing collar that coincides with the entire set of essential features of the proposed solution was not found and the set of essential features does not clearly follow from the current state of the art. Consequently, it can be assumed that the claimed technical solution complies with the conditions of patentability “novelty” and “inventive step”.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых представлены:The claimed technical solution is illustrated by drawings, which show:

Фиг. 1 Уплотнительная манжета в разрезе.Fig. 1 Sectional view of the sealing collar.

Фиг. 2 Графики зависимости силы прижатия рабочей кромки и работы по выделению тепла от давления воздуха для манжеты с противодавлением без учета действия пружины и с учетом действия пружины.Fig. 2 Graphs of the dependence of the pressing force of the working edge and the work of heat release on air pressure for a cuff with back pressure without taking into account the action of the spring and taking into account the action of the spring.

Уплотнительная манжета состоит из внутреннего каркаса 1 с уплотняющей кромкой 2, подпружиненной пружиной 3 и внешнего армирующего каркаса 4 с уплотняющей кромкой 5, подпружиненной пружиной 6. Уплотняющие кромки 2 и 5 выполнены из эластичного материала, например, резины и соединены, соответственно, с каркасами 1 и 4 неразъемным соединением, например, вулканизацией. В этом исполнении уплотняющие кромки 2 и 5 направлены в одну сторону. При необходимости возможно применение уплотняющей манжеты с одной уплотняющей кромкой или без пружины 3.The sealing collar consists of an internal frame 1 with a sealing edge 2, a spring-loaded spring 3 and an external reinforcing frame 4 with a sealing edge 5, a spring-loaded spring 6. The sealing edges 2 and 5 are made of elastic material, for example rubber, and are connected, respectively, to the frames 1 and 4 permanent connection, for example, vulcanization. In this design, the sealing edges 2 and 5 are directed in the same direction. If necessary, it is possible to use a sealing lip with one sealing edge or without a spring 3.

Каркас 1 выполнен углообразным в поперечном сечении. Каркас 4 имеет криволинейное поперечное сечение с выступающим горизонтальным участком.Frame 1 is made angular in cross section. Frame 4 has a curved cross-section with a protruding horizontal section.

Каркасы 1 и 4 жестко соединены между собой, например, путем завальцовки свободного края горизонтальной части каркаса 4. В результате образуется полость 7, воздух в которую поступает через отверстия 8, выполненные в каркасе 1.Frames 1 and 4 are rigidly connected to each other, for example, by rolling the free edge of the horizontal part of the frame 4. As a result, a cavity 7 is formed, into which air enters through holes 8 made in the frame 1.

Уплотнительная манжета, после установки на место в составе сборочного узла, работает следующим образом: воздух, подаваемый в систему накачки шин оказывает давление на рабочую уплотняющую кромку 2 со стороны полости 7, прижимая ее к уплотняемой поверхности вала, одновременно воздух, проникая в зазор между валом под рабочую уплотняющую кромку 2 оказывает противодавление (компенсационное давление), отжимая ее от уплотняемой поверхности вала, тем самым исключая излишнее прижатие кромки 2 к поверхности, по которой работает манжета, разгружая рабочую кромку от излишнего давления. Таким образом кромка 2 служит для уплотнения воздушной среды. В то время как кромка 5 служит для уплотнения жидкой среды - масла.The sealing collar, after being installed in place as part of the assembly unit, works as follows: the air supplied to the tire inflation system exerts pressure on the working sealing edge 2 from the side of the cavity 7, pressing it against the sealing surface of the shaft, while at the same time air penetrates the gap between the shaft under the working sealing edge 2 exerts back pressure (compensation pressure), squeezing it away from the sealing surface of the shaft, thereby eliminating excessive pressing of edge 2 to the surface on which the cuff operates, relieving the working edge from excess pressure. Thus, edge 2 serves to seal the air environment. While edge 5 serves to seal the liquid medium - oil.

В результате мы получаем уплотнительную манжету, конструкция которой обеспечивает расчетное усилие прижима уплотняющей кромки 2 манжеты к уплотняемой поверхности за счет создания противодавления со стороны уплотняемой поверхности и работоспособность этой манжеты не зависит от изменения давления, применяемого в системе центральной накачки шин.As a result, we obtain a sealing cuff, the design of which provides the calculated pressing force of the sealing edge 2 of the cuff to the sealing surface by creating back pressure from the sealing surface, and the performance of this cuff does not depend on changes in pressure used in the central tire inflation system.

Конструкция и работа данной манжеты основана на использовании противодавления, которое позволяет обеспечить оптимальный прижим уплотняющей кромки вне зависимости от рабочего давления в системе централизованной накачки шин, тем самым снизив температуру в зоне трения и позволяет увеличить ресурс работы манжеты подкачки до уровня ресурса работы обычной манжеты.The design and operation of this cuff is based on the use of back pressure, which allows for optimal pressure on the sealing edge regardless of the operating pressure in the centralized tire inflation system, thereby reducing the temperature in the friction zone and allowing the service life of the inflation cuff to be increased to the level of the service life of a conventional cuff.

Для обеспечения эффективного прижатия уплотняющей кромки манжеты при низких давлениях воздуха устанавливается дополнительная пружина 3.To ensure effective pressing of the sealing edge of the cuff at low air pressures, an additional spring 3 is installed.

Пример расчета давления на уплотняющую кромку манжеты:An example of calculating the pressure on the sealing edge of the cuff:

Сила Fпр прижатия рабочей кромки манжеты: Fпр=p⋅S,Force Fpr pressing the working edge of the cuff: Fpr=p⋅S,

где p-давление в системе подкачки шин, Па.where p is the pressure in the tire inflation system, Pa.

S- площадь поверхности рабочей кромки, м².S is the surface area of the working edge, ^m2 .

Fпр=p⋅π⋅d⋅l,Fpr=p⋅π⋅d⋅l,

Где d-диаметр вала, l - длина рабочей кромки манжеты, π-3,14.Where d is the diameter of the shaft, l is the length of the working edge of the cuff, π-3.14.

Сила трения рабочей кромки о рабочую поверхность втулки: Fтр=μ⋅N,Friction force of the working edge on the working surface of the bushing: Ftr=μ⋅N,

где μ - коэффициент трения (зависит от шероховатости рабочей поверхности и применяемой смазки)where μ is the friction coefficient (depends on the roughness of the working surface and the lubricant used)

N - сила давления, в данном случае будет равна Fпр.N is the pressure force, in this case it will be equal to Fpr.

Работа по выделению тепла:Heat release work:

Qтр= μ⋅Fпр⋅L, гдеQtr= μ⋅Fpr⋅L, where

L- величина относительного перемещения трущихся тел.L is the magnitude of the relative movement of the rubbing bodies.

Произведем расчет манжеты накачки с противодавлением. Будем производить расчеты за один оборот.Let's calculate the inflation cuff with back pressure. We will make calculations for one revolution.

Сила Fпр прижатия рабочей кромки манжеты для манжеты с противодавлением будет следующая: Fпр=p⋅S1-p⋅S2,The pressing force Fpr of the working edge of the cuff for a cuff with back pressure will be as follows: Fpr = p⋅S1-p⋅S2,

где S1- площадь действия давления прижатия, S2 - площадь действия противодавления.where S1 is the area of action of pressing pressure, S2 is the area of action of backpressure.

Fпр=p⋅π⋅d⋅(l1-l2)=Fpr=p⋅π⋅d⋅(l1-l2)=

=810600⋅3,14⋅0,12⋅=810600⋅3.14⋅0.12⋅

⋅(0,004-0,003)=305,589 Н.⋅(0.004-0.003)=305.589 N.

Qтр=μ⋅Fпр⋅L=0,2⋅305,589⋅0,377=Qtr=μ⋅Fpr⋅L=0.2⋅305.589⋅0.377=

=23 Дж.=23 J.

Заявляемая уплотнительная манжета может быть изготовлена на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.The inventive sealing collar can be manufactured on standard equipment using modern materials and technologies.

Claims

A sealing cuff consisting of an internal frame and an external reinforcing frame having a curved cross-section, made with elastic sealing edges, an air cavity, holes for air supply, characterized in that the internal frame has an L-shaped cross-section and on its branches closest to the sealed surface, an elastic spring-loaded sealing edge is made, adjacent with its end to the outer reinforcing frame, forming an air cavity as a result of the rigid connection of the internal and external reinforcing frames, while on the outer reinforcing frame on the branch closest to the sealing surface, a second elastic spring-loaded sealing edge is made, and holes for air supply are provided on the internal reinforcing frame.