УПЛОТНЕНИЕ МЕТАЛЛ-МЕТАЛЛ
METAL-TO-METAL SEAL

Изобретение относится к усовершенствованной герметизации с помощью уплотнений металл-металл, а конкретнее - к использованию спеченных деталей для формирования уплотнений металл-металл.
Уплотнения типа металл-металл формируются в различных местах автомобильных систем, как правило, в качестве внутренних уплотнений в тех частях системы, где имеется некоторый допуск на дефект, то есть там, где уплотнение еще способно выполнять требуемую функцию, несмотря на то, что обладает не 100%-ной эффективностью.
Так, например, масляные патрубки на нижнем конце двигателя могут продолжать эффективно работать даже тогда, когда уплотнения не идеальны, поскольку масло, вытекающие через такие уплотнения, отводится обратно в поддон картера. Хотя возможен безопасный отвод масла отводится обратно в поддон картера, благодаря чему продолжается нормальная работа двигателя, происходит увеличение расхода топлива, а значит, повышаются и требования к работе насоса. Таким образом, сохраняется потребность в максимальном повышении эффективности герметизации во всем двигателе.
В других частях двигателя, где целостность уплотнения имеет приоритетное значение для функционирования двигателя и/или оценки пользователем качества двигателя, уплотнения выполняют с использованием резиновых уплотнительных колец, жидких герметиков типа полимеров, вулканизируемых при комнатной температуре, или прокладок. Однако подобные технические решения применимы не всегда, если учитывать необходимость в дополнительных средствах, повышение затрат и увеличение количества этапов технологического процесса.
Именно эти обстоятельства послужили причиной создания настоящего изобретения.
В соответствии с изобретением, предложено уплотнение металл-металл, имеющее первую сопряженную поверхность и вторую сопряженную поверхность, в котором первая сопряженная поверхность снабжена кольцевым выступом, в котором выполнены одна или более кольцевых канавок и в котором выступ рассчитан таким образом, чтобы при ответном контакте первой и второй поверхностей кольцевой выступ первой сопряженной поверхности деформировал вторую сопряженную поверхность с формированием при этом уплотнения.
Благодаря наличию кольцевого выступа становится возможным формирование кольцевого уплотнения, чем предотвращается циркуляция текучей среды в обход уплотнения.
Благодаря наличию на первой сопряженной поверхности кольцевого выступа, деформирующего вторую сопряженную поверхность с формированием при этом уплотнения, устраняется необходимость в таких дополнительных средствах, как прокладки, жидкие герметики и пр.
Еще одно преимущество формирования уплотнения посредством деформирования второй сопряженной поверхности состоит в том, что нет надобности придавать второй сопряженной поверхности какую-либо особую форму, поскольку она деформируется выступом, имеющимся на первой сопряженной поверхности.
Каждая канавка служит местом, в котором может собираться материал второй сопряженной поверхности. Кроме того, при такой конфигурации усложняется траектория, по которой должна циркулировать текучая среда, стремящаяся нарушить уплотнение, то есть сместиться с одной стороны уплотнения на его другую сторону.
Первая сопряженная поверхность может быть выполнена из более твердого материала, чем материал второй сопряженной поверхности. Так, например, первая сопряженная поверхность может быть выполнена из стали, а вторая сопряженная поверхность может быть выполнена из алюминия. В более общем случае первая сопряженная поверхность образована твердым черным металлом, а вторая сопряженная поверхность - легким металлом типа алюминия.
Первая сопряженная поверхность может представлять собой спеченную деталь. Благодаря наличию спеченной детали упрощается процесс изготовления деталей, так как всю первую сопряженную поверхность удается выполнить в виде цельного куска, вместо того чтобы накладывать выступ после формирования первой сопряженной поверхности или подвергать деталь станочной обработке с целью формирования выступа.
Выступ может иметь по существу треугольное поперечное сечение. Равнобедренное треугольное поперечное сечение - это простейшая форма для выступа, обладающая тем преимуществом, что такая деталь легко поддается спеканию и обеспечивается надлежащее распределение давления при контакте двух сопряженных поверхностей.
Треугольное поперечное сечение выступа может быть изменено с помощью изогнутого кончика. Такой изогнутый кончик способствует снижению исходного давления при сближении двух сопряженных поверхностей, благодаря чему уменьшается опасность растрескивания второй сопряженной поверхности.
Кольцевая канавка может быть выполнена ниже или выше уровня первой сопряженной поверхности. При выполнении канавки выше уровня первой сопряженной поверхности она изменяет треугольное сечение выступа.
Выступ может быть выполнен с асимметричным поперечным сечением, которое создает больший угол между первой сопряженной поверхностью и выступом с одной из сторон по сравнению с углом на другой стороне выступа. Такой асимметричный профиль может быть выгоден при значительной разности давлений текучих сред на обеих сторонах уплотнения.
Выступ может иметь высоту более 1 мм. Если говорить точнее, выступ может иметь высоту в пределах от 1 мм до 5 мм. Так, в частности, выступ может иметь высоту 3 мм.
Выполнение выступа с высотой от 3 мм до 5 мм более целесообразно, когда обе сопряженные поверхности изготовлены из одного и того же материала. В этих условиях в случае прижатия двух деталей друг к другу будет происходить деформирование обеих деталей, вследствие чего высота выступа уменьшится и будет иметь место деформирование второй сопряженной поверхности с формированием канавки. Для того чтобы получить нужную конечную высоту после соприкосновения двух деталей, выступ следует выполнить с большей исходной высотой, чем та, которая требуется в случае изготовления второй сопряженной поверхности из менее твердого материала.
Первая сопряженная поверхность может быть выполнена из стали или любого другого подобного твердого черного металла. Вторую сопряженную поверхность можно выполнить из алюминия или любого другого подобного легкого материала.
Ниже приводится более детальное описание изобретения исключительно в качестве примера со ссылками на приложенные чертежи, где:
На фиг. 1А и 1В даны виды, соответственно, сбоку и в аксонометрии, иллюстрирующие соединение между лонжеронной рамой и масляным насосом, где формируется уплотнение согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 дан поперечный разрез через уплотнение согласно изобретению; и
на фиг. 3А-3Е даны различные альтернативные варианты поперечного сечения выступа.
На фиг. 1 показано уплотнение 10 типа металл-металл, предусмотренное между лонжеронной рамой 12 и масляным насосом 14. После укладки уплотнения 10 оно дает возможность циркуляции масла между масловыпускным каналом 18 в масляном насосе 14 и масловпускным каналом 16 в лонжеронной раме 12. Уплотнение 10 формируется тогда, когда кольцевой выступ 24 на масляном насосе 14 приходит в соприкосновение с лонжеронной рамой 12. Контактное давление между двумя поверхностями приводит к деформированию лонжеронной рамы 12 с формированием при этом канавки, в которую будет входить выступ 24, в результате чего образуется уплотнение 10.
Хотя кольцевой выступ, показанный на фиг. 1, имеет круглую форму, изобретение не ограничивается только круглыми формами. Форма кольцевого выступа может быть выбрана такой, какая нужна для подлежащих герметизации деталей. Так, например, она может быть эллиптической или более неправильной. В соответствии с другими вариантами, она может быть многоугольной, в виде либо правильного, либо неправильного многоугольника.
Хотя показанное на фиг. 1А и 1В показано уплотнение, формируемое на лонжеронной раме, он может быть также сформировано, например, в корпусе масляного насоса или в переходнике масляного радиатора.
На фиг. 2 дается поперечный разрез через уплотнение 10. Это уплотнение 10 располагается между первой деталью 20 и второй деталью 30. Первая и вторая детали имеют, соответственно, первую сопряженную поверхность 22 и вторую сопряженную поверхность 32. Первая сопряженная поверхность 22 снабжена кольцевым выступом 24. В соответствии с этим вариантом осуществления, выступ 24 имеет треугольное поперечное сечение. Вторая сопряженная поверхность 32 может быть обработана с получением гладкой поверхности с целью сведения к минимуму утечек, возникающих из-за шероховатости поверхности детали. Первая сопряженная поверхность 22 располагается на спеченной детали. Благодаря этому выступ 24 может быть сформирован за одно целое с деталью 20, имеющей первую сопряженную поверхность 22.
Уплотнение 10 формируется тогда, когда две одни 20, 30 сближены друг с другом и давление приложено перпендикулярно к соединению между деталями, то есть в вертикальном направлении на фиг.2. Выступ, имеющийся на твердой спеченной детали 20, деформирует гладкую поверхность второй сопряженной поверхности 32, образуя тем самым выемку, в которую и входит этот выступ 24. В результате этого между двумя сопряженными поверхностями формируется уплотнение 10.
На фиг. 3А-3Е изображены альтернативные варианты профилей поперечного сечения, которые могут быть применены для выступа 24.
Каждый из показанных на фиг. 3А-3Е выступов 24 имеет ширину W основания и высоту Н. Ширина W основания выступа может изменяться в пределах от 1 мм до 5 мм и составлять, например, 3 мм. Высота Н выступа должна быть больше 1 мм и составлять, например, 3 мм, 44 мм или даже до 5 мм. Выступы с высотой более 10 мм непригодны по той причине, что в этом случае давления, необходимые для деформирования второй сопряженной поверхности в достаточной степени для создания уплотнения, чрезмерны и могут привести к нарушению целостности деталей 20, 30. Отношение ширины основания к высоте равно, как правило, порядка 1, хотя может быть также больше или меньше единицы. Однако в общем случае оно не должно превышать 10 или быть меньше 0,1, поскольку детали с такими крайними значениями указанного отношения могут с трудом поддаваться спеканию.
На фиг. 3А показан выступ 24 с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника. Высота Н приблизительно равна ширине W, так что отношение ширины к высоте составляет порядка единицы.
На фиг. 3В показан выступ 24, поперечное сечение которого изменено с помощью изогнутого кончика 26. Такая конфигурация особенно пригодна в тех случаях, когда деталь 30 со второй сопряженной поверхностью 32 подвержена опасности хрупкого разрушения, поскольку благодаря изогнутому кончику 26 снижается исходное давление, действующее на вторую сопряженную поверхность 32.
На фиг. 3С показан выступ 24, в котором выполнены две канавки 28, по одной на каждой из его сторон. Эти канавки 28 служат местами, в которых может собираться материал, вытесняемый со второй сопряженной поверхности 32, благодаря чему создается более извилистая траектория для текучей среды. Канавки 28 могут быть выполнены по всей окружности кольцевого выступа или же с разрывами. Хотя на фиг. 3С показаны две канавки 28, симметричная конфигурация не является обязательной, так что можно предусмотреть всего одну канавку 28 только на одной из сторон выступа 24.
1
2
1
1
На фиг. 3D показан выступ 24 с изогнутым кончиком 26 и двумя канавками 28 на высоте h над первой сопряженной поверхностью 22. Глубина h этих двух канавок 28 меньше, чем h. Хотя на фиг.3D обе канавки 28 располагаются на одинаковой высоте h над первой сопряженной поверхностью 22, эти канавки 28 могут, в соответствии с некоторыми вариантами, находиться и на разной высоте.
1
На фиг. 3Е показан выступ 24 более сложной формы, имеющий нижний участок 25 с высотой h и первым углом наклона α и верхний участок 27 со вторым углом наклона β. В данном примере β больше α.
Специалистам в данной области должно быть очевидно, что, хотя изобретение было описано в качестве примера со ссылками на некоторые варианты осуществления, оно не ограничивается раскрытыми здесь вариантами, так что можно предусмотреть альтернативные решения при условии сохранения объема изобретения, заявленного в прилагаемых пунктах формулы.