ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ
LABYRINTH SEAL

Изобретение относится к уплотнению пар вращения (вал - корпус, подшипники скольжения и качения, шарниры и т.п.) и может быть использовано в общем и специализированных отраслях машиностроения, преимущественно для уплотнения подшипниковых и шарнирных узлов.
Известно лабиринтное уплотнение, выполненное в виде составной лабиринтной втулки с крышками [А.Г.Комиссар. Уплотнительные устройства опор качения. М., Машиностроение, 1980, с.37, рис.196].
Недостатками указанного решения является сложная конструкция ввиду наличия в конструкции одного уплотнения увеличенного количества (не менее трех) деталей, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления и сборки узла.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является лабиринтное уплотнение, состоящее из упругих круглого сечения уплотнительных колец, посаженных на вал с натягом и установленных с зазором по периметру в прямоугольного сечения радиальные канавки в корпусе, составляющем пару вращения с валом [SU №848837 А, 23.07.1981].
Недостатком данного уплотнения является недостаточная герметичность ввиду наличия больших зазоров в соединении его деталей. Такое уплотнение по условию его сборки может быть выполнено только при изготовлении упругих колец из материала типа резины.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение герметичности уплотнения.
Поставленная задача решается тем, что в лабиринтном уплотнении, содержащем зафиксированное от радиального смещения на одной из деталей пары вращения и входящее в радиальную канавку прямоугольного сечения в другой детали пары вращения уплотнительное кольцо из конструкционного полимерного материала выполнено прямоугольного сечения и установлено в радиальную канавку торцовыми поверхностями по посадке скольжения, при этом глубина канавки t=1-2,2 с, где с - толщина кольца. Одна из деталей пары вращения может быть снабжена закрепленной в ней обоймой с радиальной канавкой. При выполнении пары вращения в виде подшипника качения уплотнительное кольцо может быть установлено в радиальную канавку на внутреннем или наружном кольцах подшипника.
Выполнение уплотнения с уплотнительным кольцом прямоугольного сечения из конструкционного полимерного материала с установкой его торцовыми поверхностями по посадке скольжения в радиальную канавку прямоугольного сечения заявляемых размеров в одной из деталей пары вращения создает плотный контакт трущихся по торцовым плоским поверхностям деталей и тем самым обеспечивает повышенную герметичность уплотнения.
Глубина радиальной канавки t обусловлена условием возможности сборки устройства. Заявляемая глубина позволяет беспрепятственно установить уплотнительное кольцо в радиальную канавку, используя допускаемую деформируемость уплотнительного кольца из конструкционного полимерного материала, а также возможность при этом необходимого радиального смещения уплотнительного кольца в радиальной канавке. Уменьшение глубины канавки t менее 2 с, где с - толщина кольца, не позволяет установить кольцо в канавку; увеличение глубины канавки t более 2,2 с - нецелесообразно из-за достаточности условия сборки величины глубины в указанном верхнем пределе.
Материалом для изготовления уплотнительного кольца может быть конструкционный полимерный материал, преимущественно составляющий антифрикционную пару трения с материалом детали пары вращения с выполненной в ней радиальной канавкой, например полиамид или полиформальдегид в паре со стальной деталью.
Выполнение лабиринтного уплотнения с обоймой, закрепленной на одной из деталей пары вращения, позволяет выполнять радиальную канавку с установкой в ней уплотнительного кольца не в самом корпусе или на валу, а в этой обойме, что способствует достижению повышенной герметизации, вследствие возможности использования более совершенной технологии изготовления и сборки деталей устройства.
Встроенное во внутреннее или в наружное кольца подшипника качения лабиринтное уплотнение позволяет обепечить более высокую герметичность уплотнения. Герметизация в этом случае превосходит таковую в известном уплотнении в виде защитной шайбы, устанавливаемой с радиальным зазором больше радиального зазора в самом подшипнике.
Фиксирование уплотнительного кольца на вал или корпус с определенным расчетным натягом, во-первых, обеспечивает герметичность в соединении, а, во-вторых, дает возможность при необходимости осевого смещения деталей пары вращения под нагрузкой - для обеспечения нормальной работы устройства. Также фиксирование уплотнительного кольца на вал или корпус может быть выполнено и другими способами, например клеевым соединением по торцовой поверхности или прижимом по торцовой поверхности посредством резьбовых деталей.
Предлагаемое лабиринтное уплотнение проиллюстрировано на фиг.1-6, где на фиг.1 показано уплотнение с радиальной канавкой в корпусе, на фиг.2 - уплотнение с радиальной канавкой на валу, на фиг.3 - уплотнение с обоймой, посаженной в корпус, на фиг.4 - уплотнение с обоймой, посаженной на вал, на фиг.5 - уплотнение с уплотнительными кольцами, установленными в радиальные канавки во внутреннем и наружном кольцах подшипника качения, на фиг.6 - уплотнение с уплотнительными кольцами, помещенными в обоймы, встроенные во внутреннее и наружное кольца подшипника качения.
Лабиринтное уплотнение содержит уплотнительное кольцо 1, зафиксированное посредством посадки с натягом на вал 2 (фиг.1). Уплотнительное кольцо 1 из конструкционного полимерного материала выполнено прямоугольного сечения, установлено торцовыми поверхностями а и в по скользящей посадке в радиальной канавке 3 прямоугольного сечения, выполненной в корпусе 4.
На фиг.2 уплотнительное кольцо 1 помещено в радиальную канавку 5, выполненную на валу 2.
Уплотнительное кольцо 1 помещено в радиальную канавку 3 или 5, выполненную соответственно в обойме 6 или 7, закрепленную в корпусе 4 (фиг.3) или на валу 2 (фиг.4).
Уплотнительное кольцо 1 установлено в радиальную канавку 3 или 5 соответственно на наружном 9 и внутреннем 8 кольцах подшипника качения (фиг.5).
Обоймы 6 и 7 с установленным в них уплотнительным кольцом 1 встроены соответственно во внутреннее 8 и наружное 9 кольца подшипника качения (фиг.6).
Лабиринтное уплотнение работает следующим образом.
Производят сборку лабиринтного уплотнения: в радиальную канавку 3 в корпусе 4, заполненную пластичной смазкой, путем упругой деформации и радиального смещения устанавливают уплотнительное кольцо 1. При необходимости (если отсутствует заходная фаска на валу) выверяют положение уплотнительного кольца 1 в радиальной канавке 3 соосно отверстию в корпусе 4, после чего вставляют по посадке с натягом вал 2. Аналогично выполняют сборку уплотнения при выполнении радиальной канавки 5 на валу 1. При выполнении уплотнения с обоймами 6 или 7 производят предварительную установку уплотнительного кольца 1 в радиальные канавки 3 или 5 обойм, после чего обоймы монтируют в корпус 4 или на вал 2. Сборку уплотнения, встроенного во внутреннее 8 и наружное 9 кольца подшипника качения, производят аналогично - после сборки самого подшипника.
В процессе вращения одной из деталей пары вращения - вала 2 или корпуса 4 - уплотнительное кольцо 1, зафиксированное на одной из деталей пары вращения и помещенное при сборке в заполненную смазкой радиальную канавку 3 или 5 в другой детали пары вращения, скользит по торцовым поверхностям а и в радиальной канавки. Также работает уплотнение с уплотнительным кольцом, помещенным в радиальную канавку 3 или 5, выполненную в обоймах 6 и 7. Аналогично работает уплотнение, встроенное во внутреннее 8 и наружное 9 кольца подшипника качения.
Выполнение лабиринтного уплотнения в совокупности с предлагаемыми особенностями конструкции, материалом и соотношением размеров обеспечивает повышение герметичности устройства с возможностью его изготовления и сборки.
Опытные образцы уплотнения изготовлены в ОАО "УРАЛ", г.Челябинск, и прошли успешно испытания в катках гусеничного хода бульдозеров, работающих в загрязненной абразивной среде. После нормативного срока работы уплотнение не подверглось износу, отсутствовало подтекание смазки.
Предлагаемое уплотнение может найти применение в различных отраслях машиностроения, в производстве серийных подшипников качения.