ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для герметизации неподвижных разъемных соединений.
Для герметизации фланцевых соединений широко применяются торцовые уплотнения, конструктивные элементы которых, включая форму и размеры посадочных мест для установки уплотнительных колец, стандартизованы.
Известны торцовые уплотнения, в которых посадочные места для установки уплотнительных колец могут быть выполнены в виде прямоугольных в поперечном сечении кольцевых канавок заданных размеров (ГОСТ 9833, DIN 24960). К недостаткам известного решения относится возможность выпадения уплотнительного кольца при сборке и, связанная с этим, необходимость разработки специальных мероприятий для временной фиксации кольца в канавке.
Известно торцовое уплотнение, в котором поперечное сечение канавки выполнено в форме равнобедренной трапеции со скругленными углами, расширяющейся в направлении донышка канавки (Каталог компании Freudenberg Simrit GmbH&Co.KG, 2007) так, что ширина канавки на входе меньше ширины донышка. Боковые поверхности канавки имеют одинаковый наклон к оси симметрии, проведенной по нормали к донышку канавки. Угол наклона составляет от 24 до 26 градусов, глубина канавки составляет около 0,82 от диаметра уплотнительного кольца в поперечном сечении. Уплотнительное кольцо устанавливается в канавку с натягом по наружному и внутреннему диаметрам. Для извлечения уплотнительного кольца из канавки необходимо применять специальный слесарный инструмент, который требуется завести в канавку под уплотнительное кольцо, приподнять им уплотнительное кольцо, деформировав его, и вытолкнуть из канавки.
К недостаткам известного решения относится опасность повреждения уплотнительного кольца при его многократной установке в канавку и извлечении из канавки. Кроме того, выполнение боковых поверхностей канавки для установки уплотнительного кольца под углом от 24 до 26 градусов к оси симметрии требует применения режущего инструмента со специальной заточкой в то время как углы заточки составляют от 8 до 12 градусов по ГОСТ 13297 и 15 градусов по ГОСТ 18883.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является торцовое уплотнение, включающее уплотнительное кольцо, установленное в канавку, расположенную на торце одной из соединяемых деталей, причем внутренняя поверхность канавки выполнена под углом с направлением вершины конуса к основанию канавки (А.С. 655856, опубл. 05.04.1979. Бюл. №13). В поперечном сечении канавка для уплотнительного кольца представляет собой неравнобокую трапецию, у которой малое основание является донышком канавки. Уплотнительное кольцо устанавливается с натягом по внутреннему диаметру канавки. Минимальное значение тангенса угла наклона посадочной поверхности соответствует коэффициенту трения покоя. Для резиновых уплотнительных колец и стальных деталей, куда устанавливаются уплотнительные кольца, угол наклона этой поверхности к нормали, проведенной к плоскости донышка канавки, по известному решению, будет составлять примерно от 26 до 38 градусов. Вторая боковая поверхность канавки имеет расширение к наружному торцу детали под углом к нормали к плоскости донышка канавки, около 25 градусов, то есть не препятствует выпадению уплотнительного кольца. Кроме того, выполнение боковых поверхностей канавки для установки уплотнительного кольца под углом от 24 до 26 градусов требует применения режущего инструмента со специальной заточкой.
К недостаткам известного решения относится то, что, для извлечения уплотнительного кольца из канавки, находящегося в канавке в растянутом состоянии, его нужно дополнительно растянуть. Это не только требует специального слесарного инструмента, но может приводить к повреждению уплотнительного кольца.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа: создание конструкции торцового уплотнения, допускающей применение стандартного режущего инструмента, и, при необходимости, легкое извлечение уплотнительного кольца из канавки без его повреждения.
Поставленная задача решается за счет применения формы и размеров конструктивных элементов канавки для установки уплотнительного кольца, выполняемых стандартным режущим инструментом, а также за счет изменения схемы нагружения уплотнительного кольца при его установке в канавку и извлечении из канавки, и величины суммарного натяга в сопряжении «уплотнительное кольцо-канавка».
Новизной в торцовом уплотнении, предлагаемом в качестве настоящей полезной модели, является форма и соотношение размеров канавки для установки уплотнительного кольца.
Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Конструкция торцового уплотнения, предлагаемого в соответствии с заявляемой полезной моделью, поясняется чертежом (фиг. 1). Торцовое уплотнение включает уплотнительное кольцо 2, установленное в канавку 11, выполненную на торце детали 1 симметрично относительно оси 12. соединяемых деталей, где позициями обозначены детали 1 и 3, стык между которыми требуется уплотнить, уплотнительное кольцо 2, установленное в канавку 11, выполненную на торце детали 1 симметрично относительно оси 12, расположенной по нормали к плоскости донышка канавки 11.
Канавка 11 имеет в поперечном сечении форму равнобокой трапеции, расширяющейся от уплотняемого торца 13 детали 1 в глубину - в сторону донышка канавки 11. Угол наклона боковой поверхности 111 канавки 11 к оси 12 составляет от 7 до 15 градусов, предпочтительно - 10 градусов, что позволяет использовать стандартный режущий инструмент.
Глубина канавки 11 составляет от 0,75 до 0,77 от диаметра поперечного сечения уплотнительного кольца. Кромки, образованные сопряжениями поверхности 111 канавки 12 с донышком 112 канавки 12 и поверхностью 13 уплотняемого торца детали 1, скруглены радиусами 113 и 114, соответственно. Радиусы скруглений 113 и 114 составляют от 0,1 до 0,2 мм и могут выполняться равными по величине.
Наименьшая ширина канавки 11 в зоне скругления 114 составляет от 0,93 до 0,96 от наибольшей ширины канавки 11 в зоне скругления 113 и от 0,945 до 0,955 от наружного диаметра уплотнительного кольца, которое требуется установить в канавку 11. Указанное соотношение получено на основании многочисленных экспериментальных работ, проведенных авторами, и является оптимальным для сочетания конструктивных параметров, приведенных выше.
Торцовое уплотнение работает следующим образом.
В канавку 11, выполненную в детали 1, при сборке устанавливают с натягом по наружном диаметру уплотнительное кольцо 2. Форма канавки 12 препятствует самопроизвольному выпадению уплотнительного кольца 2 без применения дополнительных стопорящих деталей средств. После установки уплотнительного кольца 2 деталь 1 соединяют с деталью 3 до соприкосновения уплотняемых торцов 13 и 31 и фиксируют их заданным способом. За счет того, что натяг возникает только по наружному диаметру уплотнительного кольца 2, а также за счет оптимального сочетания размеров конструктивных элементов канавки 11, величина натяга оптимизирована: не превышает необходимое значение для создания надежного торцового уплотнения и позволяет извлекать уплотнительное кольцо 2 из канавки 11 без повреждений.
Для извлечения уплотнительного кольца 2 из канавки 11 достаточно создать его местную деформацию в направлении оси 12. При этом не требуется растяжение уплотнительного кольца 2 и, соответственно, не возникает опасность его повреждения (разрыва). Это обеспечивает возможность многократной установки-извлечения уплотнительного кольца 12 при сборке.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение технологичности конструкции торцового уплотнения за счет обеспечения возможности применения стандартного режущего инструмента при обработке канавки для установки уплотнительного кольца, и обеспечение возможности многократной установки-извлечения уплотнительного кольца при сборке.
Предлагаемая конструкция торцового уплотнения внедрена на Алтайском заводе прецизионных изделий.