УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПАР С ОСЕВЫМ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к области уплотнительной техники и в частности к уплотнениям цилиндрических пар.
Уже известен уплотнительный узел цилиндрических пар с осевым возвратно-поступательным движением, включающий взаимносопряженные цилиндр и поршень, снабженный кольцевой посадочной канавкой на его поверхности, сопряженной с цилиндром, и опорно-уплотнительный узел, содержащий разрезное опорное кольцо, выполненное из жесткого антифрикционного материала и неразрезное уплотнительное кольцо, выполненное из упругого антифрикционного материала, установленное в посадочную канавку с зазором по внутреннему диаметру относительно дна посадочной канавки и натягом по наружному диаметру к цилиндру, при этом неразрезное уплотнительное кольцо в поперечном сечении выполнено сужающимся в направлении дна посадочной канавки. /Патент РФ №109518, F16F 9/32, опубл. 2011 г./
Представленное уплотнение цилиндрической пары не позволяет осуществить достаточно надежную герметизацию узла.
Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении надежной герметичности уплотнительного узла цилиндрических пар с возвратно-поступательным движением.
Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата в известном уплотнительном узле цилиндрических пар с осевым возвратно-поступательным движением, содержащем взаимносопряженные цилиндр и поршень, снабженный кольцевой посадочной канавкой на его поверхности, сопряженной с цилиндром, и размещенное в канавке неразрезное уплотнительное кольцо, выполненное из упругого антифрикционного материала и установленное с натягом к сопряженной с ним поверхности цилиндра и с зазором по внутреннему диаметру относительно дна посадочной канавки, при этом уплотнительное кольцо в поперечном сечении выполнено сужающимся в направлении дна посадочной канавки, согласно первому варианту предлагаемой полезной модели, посадочная канавка выполнена симметричной в поперечном сечении и снабжена ступенчатой зоной, расширенной со стороны цилиндра и содержащей кольцевые прямоугольные выступы с угловыми гранями, размещенными с упором в наружные поверхности уплотнительного кольца, причем уплотнительное кольцо выполнено составным из двух частей, наружная часть из которых выполнена симметричной в поперечном сечении и Y-образной с центральным углублением, открытым со стороны цилиндра и размещенным вдоль оси симметрии Y-образной части кольца, а внутренняя часть уплотнительного кольца установлена с натягом к сопряженной с ней поверхности цилиндра и выполнена с возможностью размещения по плотной посадке внутри центральной канавки Y-образной части уплотнительного кольца до упора в дно этой канавки и с возможностью упора каждой из обеих боковых сторон Y-образной части уплотнительного кольца в соответствующую угловую грань кольцевых прямоугольных выступов, а также с возможностью принудительного образования симметричного расширения каждой из боковых сторон Y-образной части кольца в направлении от оси симметрии уплотнительного кольца в зоне расположения угловых граней кольцевых прямоугольных выступов.
Наружный диаметр «dк» внутренней части уплотнительного кольца может быть выполнен равным 1,02-1,2 от диаметра «D ц» цилиндра.
Величина кольцевого зазора «S3» между внутренним диаметром «d в» Y-образной части уплотнительного кольца и дном посадочной канавки может быть выполнена равной 0,01-0,08 диаметра «d п» поршня.
Величина кольцевого зазора «S1» между наружным диаметром «d к» внутренней части уплотнительного кольца и наружным диаметром «d нк» Y-образной части уплотнительного кольца может быть выполнена равной 0,1-0,9 от величины кольцевого зазора «S2» между внутренним диаметром «d вк » внутренней части уплотнительного кольца и диаметром «d у» центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца.
Ширина «в1» посадочной канавки в зоне ее дна может быть выполнена, предпочтительно, равной (0,4-0,8) от ширины «в2» посадочной канавки вблизи поверхности цилиндра.
Общая глубина «h1» посадочной канавки может быть выполнена, предпочтительно, равной (2,5-5,0) от глубины «h2» посадочной канавки от поверхности цилиндра до кольцевых выступов.
Внутренняя часть уплотнительного кольца может быть выполнена с каплевидным профилем поперечного сечения.
Внутренняя часть уплотнительного кольца может быть выполнена с клиновидным профилем поперечного сечения.
Составное неразрезное уплотнительное кольцо может быть размещено внутри посадочной канавки поршня с возможностью самоустанавливаться внутри нее с волнообразным контактом, а величина кольцевого зазора «Z» между поршнем и поверхностью цилиндра может быть выполнена, предпочтительно, равной 0,02-1,0 мм. с возможностью обеспечения оптимизации трения и пускового момента страгивания в цилиндрической паре.
Согласно второму варианту предлагаемой полезной модели для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата в уплотнительном узле цилиндрических пар с осевым возвратно-поступательным движением, содержащем взаимносопряженные цилиндр и поршень, снабженный кольцевой посадочной канавкой на его поверхности, сопряженной с цилиндром, и размещенное в канавке неразрезное уплотнительное кольцо, выполненное из упругого антифрикционного материала и установленное с натягом к сопряженной с ним поверхности цилиндра и с зазором по внутреннему диаметру относительно дна посадочной канавки, при этом уплотнительное кольцо в поперечном сечении выполнено сужающимся в направлении дна посадочной канавки, согласно предлагаемой полезной модели, посадочная канавка выполнена симметричной в поперечном сечении и снабжена ступенчатой зоной, расширенной со стороны цилиндра и содержащей кольцевые прямоугольные выступы с угловыми гранями, размещенными с упором в наружные поверхности уплотнительного кольца, причем уплотнительное кольцо выполнено составным из двух частей, наружная часть из которых выполнена симметричной в поперечном сечении и Y-образной с центральным углублением, открытым со стороны цилиндра и размещенным вдоль оси симметрии Y-образной части кольца, а внутренняя часть уплотнительного кольца установлена с натягом к сопряженной с ней поверхности цилиндра и выполнена с возможностью размещения по плотной посадке внутри центральной канавки Y-образной части уплотнительного кольца и с образованием кольцевого зазора «S2» между внутренним диаметром «d вк» внутренней части уплотнительного кольца и диаметром «d у» центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца, т.е. дном этого углубления, с возможностью упора каждой из обеих боковых сторон Y-образной части уплотнительного кольца в соответствующую угловую грань кольцевых прямоугольных выступов и с возможностью принудительного образования симметричного расширения каждой из боковых сторон Y-образной части кольца в направлении от оси симметрии уплотнительного кольца в зоне расположения угловых граней кольцевых прямоугольных выступов.
Наружный диаметр «d» внутренней части уплотнительного кольца может быть выполнен равным 1,02-1,2 от диаметра «D ц» цилиндра.
Величина кольцевого зазора «S3» между внутренним диаметром «d в» Y-образной части уплотнительного кольца и дном посадочной канавки может быть выполнена равной 0,01-0,08 диаметра «d п» поршня.
Величина кольцевого зазора «S1» между наружным диаметром «d к» внутренней части уплотнительного кольца и наружным диаметром «d нк» Y-образной части уплотнительного кольца может быть выполнена равной 0,1-0,9 от величины кольцевого зазора «S2» между внутренним диаметром «d вк » внутренней части уплотнительного кольца и диаметром «d у» центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца.
Ширина «в1» посадочной канавки в зоне ее дна может быть выполнена, предпочтительно, равной (0,4-0,8) от ширины «в2» посадочной канавки вблизи поверхности цилиндра.
Общая глубина «h1» посадочной канавки может быть выполнена, предпочтительно, равной (2,5-5,0) от глубины «h2» посадочной канавки от поверхности цилиндра до кольцевых выступов.
Внутренняя часть уплотнительного кольца может быть выполнена с каплевидным профилем поперечного сечения.
Внутренняя часть уплотнительного кольца может быть выполнена с клиновидным профилем поперечного сечения.
Составное неразрезное уплотнительное кольцо может быть размещено внутри посадочной канавки поршня с возможностью самоустанавливаться внутри нее с волнообразным контактом, а величина кольцевого зазора «Z» между поршнем и поверхностью цилиндра может быть выполнена, предпочтительно, равной 0,02-1,0 мм/с возможностью обеспечения оптимизации трения и пускового момента в цилиндрической паре.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графически.
На фиг.1 схематично представлен уплотнительный узел цилиндрической пары с установленными в посадочной канавке поршня наружной Y-образной и внутренней частями уплотнительного кольца до установки вовнутрь цилиндра, сопряженного с поршнем.
На фиг.2 схематично представлен уплотнительный узел цилиндрической пары с установленными в посадочной канавке поршня наружной Y-образной и внутренней частями уплотнительного кольца после установки вовнутрь цилиндра, сопряженного с поршнем, выполненный согласно первому варианту исполнения, причем с выполнением каплевидного профиля внутренней части уплотнительного кольца.
На фиг.3 схематично представлен уплотнительный узел цилиндрической пары с установленными в посадочной канавке поршня наружной Y-образной и внутренней частями уплотнительного кольца после установки вовнутрь цилиндра, сопряженного с поршнем, выполненный согласно второму варианту исполнения, причем с выполнением каплевидного профиля внутренней части уплотнительного кольца.
На фиг.4 схематично представлен уплотнительный узел цилиндрической пары с установленными в посадочной канавке поршня наружной Y-образной и внутренней частями уплотнительного кольца после установки вовнутрь цилиндра, сопряженного с поршнем, выполненный с зазором между диаметрами «d вк» и «d у» и с выполнением клиновидного профиля внутренней части уплотнительного кольца.
Представленный на фиг.2 уплотнительный узел, выполненный по первому варианту исполнения, с установкой внутренней части уплотнительного кольца с упором в дно центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца, т.е. без зазора между ними, а также представленный на фиг.3 уплотнительный узел, выполненный по второму варианту исполнения, с образованием кольцевого зазора «S2» между внутренним диаметром «d вк» внутренней части уплотнительного кольца и диаметром «d у» центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца, содержит взаимносопряженные цилиндр 1 и поршень 2. На поверхности поршня 2, сопряженной с цилиндром 1 расположена кольцевая посадочная канавка 3.
Посадочная канавка 3 в поршне 2 выполнена симметричной в поперечном сечении и снабжена ступенчатой зоной, расширенной со стороны цилиндра 1 и содержащей кольцевые прямоугольные выступы 4 и 5 с угловыми гранями 6 и 7.
Уплотнительное кольцо 8 в его поперечном сечении выполнено сужающимся в направлении дна 9 посадочной канавки 3 и составным из двух частей: наружной 10 и внутренней 11. Наружная часть 10 кольца выполнена симметричной в поперечном сечении и Y-образной, она снабжена центральной канавкой 12, размещенной вдоль оси 13 ее /наружной части кольца/ симметрии и открытой со стороны цилиндра 1.
Внутренняя часть 11 уплотнительного кольца 8 установлена с натягом к сопряженной с ней поверхности цилиндра 1 и выполнена с возможностью размещения по плотной посадке внутри центрального углубления 12 наружной 10 Y-образной части уплотнительного кольца 8 до упора в дно 14 этой канавки 12 и с возможностью упора каждой из обеих боковых сторон 15 и 16 Y-образной части уплотнительного кольца 8 в угловую грань 6 и 7 соответственно, кольцевых прямоугольных выступов 4 и 5 и с выполнением функции пружины, т.е. с возможностью принудительного образования симметричного расширения каждой из боковых сторон 15 и 16 Y-образной части кольца 8 в направлении от оси 13 симметрии Y-образной части кольца в зоне расположения угловых граней 6 и 7 кольцевых прямоугольных выступов 4 и 5.
Размещенное в центральной канавке 12 неразрезное уплотнительное кольцо 8 выполнено из упругого антифрикционного материала и установлено с натягом к сопряженной с ним поверхности цилиндра 1 и с кольцевым зазором «S3» по внутреннему диаметру «d в» Y-образной наружной части уплотнительного кольца 8 относительно дна 9 посадочной канавки 3, т.е. с зазором между внутренним диаметром «d в» Y-образной части уплотнительного кольца 8 и дном 9 посадочной канавки 3.
Наружный диаметр «d к» внутренней части уплотнительного кольца 8 может быть выполнен равным 1,02-1,2 от диаметра «D ц» цилиндра 1.
Величина кольцевого зазора «S3» между внутренним диаметром «d в» Y-образной части уплотнительного кольца 8 и дном 9 посадочной канавки 3 может быть выполнена равной 0,01-0,08 диаметра «d п» поршня 2.
Величина кольцевого зазора «S1» между наружным диаметром «d к» внутренней части 11 уплотнительного кольца 8 и наружным диаметром «d нк» Y-образной части уплотнительного кольца 8 может быть выполнена равной 0,1-0,9 от величины кольцевого зазора «S2» между внутренним диаметром «d вк» внутренней части 11 уплотнительного кольца 8 и диаметром «d у» центрального углубления 12 Y-образной части уплотнительного кольца 8.
Внутренняя часть уплотнительного кольца 8 может быть выполнена с каплевидным профилем поперечного сечения. /фиг.2 и 3 /
Внутренняя часть уплотнительного кольца 8 может быть выполнена с клиновидным профилем поперечного сечения. /фиг.4 и 5/
Составное неразрезное уплотнительное кольцо 8 может быть размещено внутри посадочной канавки 3 поршня 2 с возможностью самоустанавливаться внутри нее с волнообразным контактом, а величина кольцевого зазора «Z» между поршнем 2 и поверхностью цилиндра 1 может быть выполнена, предпочтительно, равной 0,02-1,0 мм. с возможностью обеспечения оптимизации трения и пускового момента страгивания в цилиндрической паре.
При работе уплотнительного узла цилиндрических пар с возвратно-поступательным движением осуществляется фиксация наружной части уплотнительного кольца 8, выполненного из эластичного материала, угловыми гранями 6 и 7, которые представляют собой кольцевые ребра, образованные пересечением двух поверхностей, выполненных под углом 90 градусов. При этом работа поршневой пары осуществляется без перекосов поршня.
В процессе работы поршневой пары при поджатии уплотнительного кольца 8 стенкой цилиндра 1 давление поджатия передается на торцевые части /со стороны поверхности цилиндра/ обеих боковых сторон 15 и 16 Y-образной наружной части уплотнительного кольца 8 и в точках контакта с угловыми гранями 6 и 7 с поршнем 2 возникает концентрированная нагрузка, предотвращающая перетекание уплотняемой среды по посадочному месту Y-образной части уплотнительного кольца в поршне 2.
При этом давление среды, воздействующее на торцевую часть одной из боковых сторон, например, 15 Y-образной наружной части 10 уплотнительного кольца 8, через само уплотнительное кольцо 8 передается на торцевую часть другой боковой стороны, например, 16, создавая тем самым повышенное давление в местах контакта торцевой части боковой стороны 16 с поршнем 2 и цилиндром 1.
Предотвращение «насосной» перекачки среды из полости, расположенной с одной стороны уплотнительного кольца 8, в полость, расположенную с противоположной стороны уплотнительного кольца 8, при перекладке поршня 2 в процессе возвратно-поступательного движения, достигается тем, что уплотнительное кольцо 8, работая как пружина, усиливает давление Y-образной части уплотнительного кольца 8 в зоне контакта с поршнем 2.
Кроме того достижению поставленной задачи способствует оптимизация размеров цилиндрической пары и деталей уплотнительного кольца 8, обеспечивающие соосность цилиндра и поршня и препятствующие перекосу поршня 2 в цилиндре 1 при работе узла.
Предлагаемый уплотнительный узел цилиндрических пар с осевым возвратно-поступательным движением, как с установкой внутренней части уплотнительного кольца с упором в дно центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца, т.е. без зазора между ними, так и с образованием кольцевого зазора «S2» между внутренним диаметром «dвк» внутренней части уплотнительного кольца и диаметром «d у» центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца успешно прошел опытные испытания и подготовлен к производству.
Использование предлагаемой полезной модели позволит существенно повысить надежность герметичности уплотнительного узла.