Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Продолжение табл. 3.5

Диаметр

сечения d

Внутренний диаметр

Номиналь-

Предельное

Номинальный

Интервал

Предельное

отклонение

отклонение

413,5 443,5 473,5

433,5 453,5 493,5

20 10 20

+ 0,20*

175,0

180,0

-2,8

+ 0,30**

-0,20

185,0 196,0

191,5

-3,0

201,5

206,5

-3,2

211,5 221,0

216,5

-3,4

226,0 241,0 250,5 275,0 294,5

245,5

260,5

280,0

299,5

4,5 5 5 5

-3,6 -3,8 -4,0 -4,3 -4,5

314,5 334,0

319,5 339,0

-5,0

354,0 373,5 383,5

359,0 380,5 393,5

5 7 10

-5,5 -6,0

Группы резин для изготовления колец круглого сечеиия

Таблица 3.7

• Отклонения для колец группы 1. ** Отклонения для колец группы 2.

Примечание. Значения интервала даны для определения промежуточных диаметров D, рекомендуемых ГОСТ 9833-73, но не указанных здесь.

Таблица 3.6

Росомеидуемые размеры, мм, мест устаяовки под кольца 1фуглого сечей

Диаметр сечения d

1,4 1,9 2,5 3,0 3,6 4,6 5,8 8,5

Радиальные соединения

Ширина Ш11

1,8 2,6 3,6 4,0 4,7 5,6 7,0 10,3

Диаметр

Дц-2,8

- 3,7 Дц-4,7

- 5,6 Ьц-7,4

- 9,2

- 13,6

Диаметр </4Н1(Г

D + 1 D + 2fi D + 3J D + A,l D + 5,6 £) + 7,4 D + 9,2 D + 13,6

Торцовые соединения

Глубина А(+0,1)

1,85

Ширина 6тН12

2,0 2,5 3,5 4,5 5,0 6,0 7,5 10,5

Конусная фаска МН12

2,0 2,5 3,3 4,2 5,0 7,2 7,8 11,5

Группа резины

Показатель

Диапазон ра-

-15...

-30...

-50...

-60...

-30...

-20...

-20...

-50...

бочих темпера-

+ 100

+ 100

+ 100

+ 100

+ 120

+ 150

+ 200

+ 200

тур, °С

Твердость

75...85

55...70

70...80

75...85

75...85

75...90

65...80

65...80

IRHD

Температура,

соответству-

ющая

= 0,45)

К=0,2

(ГОСТ

13808-79), °С

Температура

хрупкости

(ГОСТ

. 7912-74), "С

Степень набу-

. 35

хания р, %, в

смеси бензи-

на и бензола

предусмотрены более жесткие допуски: для /, О, di - di до 0,08 мм, для /о до 0,13 мм.

Поверхности канавки для радиальных уплотнений неподвижных соединений согласно ГОСТ 9833-73 (см. рис. 3.18) рекомендуется обрабатывать с шероховатостью, соответствующей Ra = 2,5 мкм, параметр шероховатости контртела Ra < 1,25 мкм. При D < 80 мм и р< < 10 МПа допуски на диаметры D по 19 на Оц по НЮ. При D > 80 мм целесообразно назначать глубину канавки /1"° мм. При постоянном давлении р > 20 МПа или пульсирующем давлении р > 10 МПа рекомендуется применять защитные шайбы либо обеспечивать сочетание размеров, при котором радиальный зазор не превышает 0,02 мм. Ширина канавок Ьш для уплотнений с защитной шайбой увеличивается на толщину шайбы /щ. ГОСТ 18829-80 регламентирует 8 групп резин для изготовления колец в зависимости от диапазона рабочей температуры и степени набухания в стандартной среде (табл. 3.7).

Зарубежные стандарты на кольца круглого сечения приведены в табл. 3.8, размеры колец по BS 4518-1974 -в

Таблица 3.8

Зарубежные стаядарты иа кольца круглого сечеиия

Страна

Обозначение

Номер

Великобритания

1806; 3526; 4518; 5106; 5380 M33*; M48*

2693; 3770; 4060

Япония

B2401; B2406;

B2407

W1529

Швеция

1586; 1587; 1588; 2292; 2293; 2294

ANSI

ASTM SAE

D1414-72; D1869-66 D1414-72 J120a; J515a

ARP: AIR

ARP 1231; ARP 1232A

ARP 1233; AS 3085

♦ Для аэрокосмической техники.



Таблица 3.9

Размеры, мм, кольца круглого сечения по BS 4518-1974

3,1 +0,15

37,1 +0,3

1,6 ±0,08

29,4 + 0,3

299,4 + 1

4,1 ± 0,12

3,6 ±0,15

69,6 ± 0,4

2,4 ± 0,08

44,3 + 0,3

499,3 + 2

5,7 ±0,12

19,5 ±0,25

79,5 ± 0,4

3±0,1

144 + 0,6

249 + 0,8

8,4 + 0,15

84,5 + 0,5

249,5 ±0,8

3±0,1

табл. 3.9. Для колец с размерами в дюймовой системе (США, Великобритания, Япония) установлены диаметры сечения d: 1/16" (1,78 мм) - 3/32" (2,62 мм) - 1/8" (3,53 мм)-3/16" (5,34 мм)-1,4" (6,99 мм).

3.4. Проектирование мест установки под уплотнения эластичными кольцами

Правила проектирования мест установки - канавок и сопряженных деталей - для колец УН различного профиля сечения в основном одинаковы. Кольца круглого сечения по ГОСТ 9833-73 для уплотнения штоков и цилиндров устанавливают в рекомендуемые стандартом канавки (см. табл. 3.6). Ширина этих канавок назначена с учетом размещения колец максимального объема, возможного при набухании в наиболее неблагоприятной среде. Если кольца предназначены для эксплуатации в среде жидкости или пара, в которых степень набухания не превышает 5%, можно проектировать канавки меньшей ширины, что дает существенное снижение габаритов и массы изделий. Нестандартные канавки проектируют для сложных фланцевых соединений, для колец различного профиля сечения, а также для внутренних уплотнений, которые можно повредить при сборке.

При конструировании мест установки под эластичные кольца руководствуются следующими основными правилами.

1. Начальная деформация сечения кольца должна обеспечивать необходимое контактное давление во всех усло-

виях эксплуатации. Только в конце срока эксплуатации контактное давление может снизиться до критического значения, при котором наступает разгерметизация (см. подразд. 3.2).

2. Кольцо должно быть установлено в канавке так, чтобы под нагрузкой оно не перемещалось.

3. Объем канавки должен быть больше объема кольца с учетом допусков на изготовление и набухания кольца под действием давления среды.

4. Зазор между сопрягаемыми поверхностями с учетом температурных и силовых деформаций должен быть меньше зазора, при котором происходит вьщавливание кольца.

5. Поверхность сопрягаемых с кольцом деталей должна иметь оптимальную шероховатость (дефекты в виде рисок, раковин и т. п. строго регламентируют и подвергают обязательному контролю).

Существуют четыре типа посадок уплотнений, для которых выбор колец и мест установки различен. Рассмотрим их на примере уплотнений наиболее распространенными кольцами круглого сечения при установке в цилиндрическую канавку. На рис. 3.19, б показано радиаль-, ное уплотнение, в котором кольцо, установленное с натягом по внутреннему диаметру канавки, уплотняет сопряженный цилиндр наружным диаметром Dp, размер которого перед сборкой соединения в ответственных случаях рекомендуется контролировать. На рис. 3.19, а показано радиальное уплотнение для внутренней поверхности, в котором кольцо установлено в канавку с натягом по наружному диаметру.

На рис. 3.19, в показано торцовое


Таблица 3.10

Допустимые зазоры

Рис. 3.19. Схема установки кольца в посадочные места

уплотнение плоского разъема при действии давления среды изнутри. Кольцо устанавливают в канавку с обжатием по наружному диаметру до 3%, т. е. с учетом допусков выбирают соотношение D + ld D. Такое же уплотнение при действии давления среды снаружи показано на рис. 3.19, г. Кольцо устанавливают в канавку растянутым по внутреннему диаметру на 1 - 5 % (пределы растяжения определяются допусками на размеры посадочного диаметра D - Dk кольца и канавки). Для обеспечения работы уплотнений при давлениях свыше 20 МПа рекомендуется устанавливать защитные шайбы из фторопласта или аналогичных материалов, которые под действием давления закрывают зазор и предотвращают выдавливание колец (рис. 3.19, д - для торцового уплотнения и рис. 3.19, е - для радиального). При давлениях до 20 МПа кольца можно устанавливать без защитных шайб, обеспечивая практически до-

р, МПа

Зазор, мм, на сторону (с учетом деформации) при твердости резины IRHD

0,10

0,12

0,15

5-10

0,06

0,08

0,10

10-15

0,03

0,06

0,06

15-20

0,02

0,04

0,04

пустимые значения зазоров (табл. 3.10). Выбор размера сечения кольца зависит от периметра уплотнения. При увеличении периметра уплотнения допуски на неточность изготовления и число возможных дефектов увеличиваются, поэтому при больших периметрах уплотнения следует увеличивать размеры сечения кольца (и соответственно канавки). При этом повышается надежность уплотнения. Кольца изготовляют ориентировочно с допусками, указанными в табл. 3.5 и 3.9. Поскольку их значения велики, для правильной установки кольца важно сочетание допусков кольца и канавки.

Внутренний диаметр кольца Dg выполняют несколько меньше, чем диаметр места установки, чтобы обеспечить посадку в канавку с растяжением кольца.

Для канавок во фланцах сложной формы необходимо с высокой точностью определить и ограничить допусками периметр L стороны, которая является опорной для кольца. Затем следует определить эквивалентный диаметр опорной стороны канавки - L/я и назначить ширину канавки В, допуски и требования к обработке (по рис. 3.18 и табл. 3.6 или по результатам расчетов). При мелкосерийном производстве крупных изделий (D > 400 мм) для герметизации разъемов корпусов, находящихся при малом давлении, применяют кольца из шнура, соединенные в месте стыка способом вулканизации. Шнур укладывают в канавку, размечают, отрезают и затем вулканизуют.

Такое кольцо более точно прилегает к



опорной стороне канавки, но имеет более грубые размеры в месте стыка, чем кольцо, изготовленное в пресс-форме. Для уплотнений внутренних соединений, к которым не предъявляют жестких требований к герметичности, целесообразно применять кольца уменьшенного сечения. Это существенно снижает габариты и .массу узлов с большим числом уплотнений.

Размеры канавки должны обеспечивать деформацию сжатия кольца по сечению для создания необходимого контактного давления при всех сочетаниях допусков на размеры канавки и кольца. При низком давлении герметичность обеспечивается при среднем контактном давлении не менее 0,2 МПа. Значение рко определяется относительной деформацией сжатия s и мало зависит от диаметра сечения d, поэтому для всех размеров колец выбирают s = 100(d-- h)jd, где h - сумма высоты канавки и зазора между деталями с учетом эксцентриситета.

При разнородных материалах мест установки учитывают увеличение зазора вследствие температурных деформаций, а при тонких стенках - вследствие деформаций, происходящих под действием давления и других нагрузок. Кроме того, при расчете s необходимо учитывать сплющивание колец радиальных уплотнений вследствие растяжения их в канавках. Начальная относительная деформация Emin должна обеспечивать минимальное контактное давление Pimin к концу эксплуатации изделия.

Верхний предел Smax определяется сочетанием допусков. Как показал опыт, при 8 = 20...30% накопление остаточной деформации происходит медленнее, причем 8 = 22...25% соответствует наибольшей циклической долговечности. Таким образом, с учетом допусков н размеры и процесса старения резины необходимо для уплотнений наружных соединений обеспечивать [36]:

Emin = {Kdm\d - hmii/dmin-,

nlax ~ (max min)/max*

Таблица 3.11

Коэффициенты для расчета размеров каяавок под эластомерные кольца

fCj при Э = = -40... ...-50 °С

0,95

0,99

0,94

0,97

0,99

0,96

0,98

0,99

0,97

0,98

0,99

0,97

Здесь К - поправочный коэффициент, учитывающий сплющивание колец (Ki), изменение сечения кольца и канавки на морозе (Кг), изменение сечения кольца вследствие набухания (растворения) резины в рабочей жидкости (Кз): К = = К1К2К3 (табл. 3.11).

Коэффициент Кз учитывают только для резин, объем которых уменьшается в рабочей жидкости. Если коэффициент объемного набухания ДК = = {У- Vo)/Vo, то изменение диаметра d сечения

d + M = d\/\ +ДКж Kd± dAVjy, Кз = (d + Ad)ld = = 1 + ДК/3.

Если разность температурных коэффициентов линейного расширения материалов сопрягаемых деталей (ад - ид) велика, то при низких температурах возможно значительное увеличение размера йтах и недопустимое уменьшение Emi„. Изменение высоты посадочного места АЛ под влиянием температуры определяют по формуле

A/i = 0,5Z) [(Z)„/D) ад - ав] Д9,

где А9 - перепад температур от 20 °С до предельной нижней.

Деформации цилиндра под действием давления вычисляют по известным формулам [4]. Для торцовых уплотнений обязателен расчет болтов крышки, так как давление на крышку обычно велико. При этом затяжка болтов должна обеспечивать нераскрытие стыка.

Ширина канавки В определяет ее объем и существенно влияет на габариты соединения. Кольцо должно быть расположено в канавке свободно: объем канавки должен быть на 5 -10 % больше объема кольца с учетом неблагоприятного сочетания допусков. Это условие учитывает объемное набухание кольца в среде до 5 %. Для резин с большой степенью набухания в рабочей жидкости необходимо предусматривать канавки с увеличенным объемом. Для уменьшения перемещения кольца в канавке желательно назначать ее ширину равной ширине d деформированного кольца. Для уплотнений внутренних соединений во многих случаях целесообразно назначать 8mi„ меньше расчетного [см. уравнение (3.12)], чтобы уменьшить ширину канавок и облегчить условия сборки (а следовательно, уменьшить вероятность повреждения колец при сборке).

Объем кольца Ко = tDcS, где Dc - диаметр центра тяжести сечения; S - площадь сечения кольца.

Для колец круглого сечения наибольший объем тороида Котах = 0,257i (Dax -Ь -I- <imax) max, гдс Dax - наибольший Внутренний диаметр кольца; dmax - наибольший диаметр сечения кольца (оба размера берут с поправкой на набухание в среде).

Ширину канавки В выбирают по объему Kmin = fc.o (/с„ = 1,05... 1,5) по формулам :

для радиальных уплотнений V, = 0,25n{D\-D)B-для торцовых уплотнений

К, = 0,5я(О„ + О)ВЙ,

где £)ц и D - наружный и внутренний диаметры канавки соответственно. Применение и монтаж защитных колец.

Защитные кольца для предохранения от выдавливания эластомерных колец в зазор рекомендуют применять при 5 > 0,02 мм, пульсирующем давлении р > 10 МПа или постоянном давлении р > 20 МПа. Они обязательны в УН с кольцами из резин малой прочности (на

5 Под ред. А. И. Голубева и Л. А. Кондакова


Рис. 3.20. Схема монтажа защитного кольца из фторопласта-4 в закрытую канавку

основе кремнийорганических и фтор-силиконовых каучуков) при р > 1 МЦа. Допускается применять защитные кольца при р, меньшем указанных. Защитные кольца изготовляют преимущественно из фторопласта-4 цельными или торцово-спиральными (последние удобнее.монтировать в канавки). Цельные защитные кольца / монтируют с помощью конусных оправок 2 (рис. 3.20). Предпочтительнее устанавливать их в открытые канавки (рис. 3.21, а), не подвергая деформации при монтаже. Это особенно относится к кольцам из более твердых пластмасс (на основе полиамида и полиуретана), которые для обеспечения монтажа в закрытые канавки выполняют разрезными. Применение разрезных защитных колец снижает, однако, ресурс уплотнения при пульсирующих нагрузках, так как в месте стыка кольца происходит постепенно накопление повреждений. Размеры защитных колец (рис. 3.21, б) выполняют по технической документации: ширина равна высоте канавки [0,5 (Di - D2) = К\. Допуски на Di - по h9, на D2 - по Н9. Толщина S ± 0,1 мм составляет: при Di < 48 мм 1,5 мм; при Di= 50...180 мм - 2 мм; при Di = 190...200 мм - 3 мм. Ширину канавки комплектного уплотнения увеличивают на S.


Рис. 3.21. Уплотнение с защитным кольцом в открытой (а) и закрытой (б) канавке



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76