УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПАРЫ С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

уплотнительный узел цилиндрической пары с возвратно-поступательным движением
Полезная модель относится к уплотнительной технике, а именно, к уплотнениям кольцевых зазоров подвижных соединений.
Известны кольца резиновые уплотнительные круглого сечения по ГОСТ 9833-73, используемые, в том числе для уплотнения подвижных цилиндрических элементов, например, поршней или штоков.
Недостатком данных колец является высокая сила страгивания подвижного элемента, связанная с принципом действия уплотнения. При перепаде давления кольцо выдавливается в кольцевой зазор между уплотняемыми элементами, обеспечивая герметичность, но затрудняя движение.
Известно уплотнение, состоящее из двух колец, одно из которых выполняет функцию прижимающего (пружинного) кольца, а другое – уплотняющего. Пружинное кольцо в поперечном сечении имеет круглый или прямоугольный профиль и выполнено из мягкого эластомерного материала. Уплотняющее кольцо в поперечном сечении имеет U-образную конфигурацию и выполнено из твердого износостойкого синтетического смолистого материала. Пружинное кольцо устанавливается в канавку уплотняющего кольца (по патенту US4577874, МПК F16J 15/24, опубл. 25.03.86).
Недостатком данного уплотнения является сложность монтажа, связанная с недостаточной эластичностью уплотняющего кольца.
Наиболее близким техническим решением является уплотнительный узел цилиндрических пар с осевым возвратно-поступательным движением, содержащий взаимно сопряженные цилиндр и поршень, снабженный кольцевой посадочной канавкой на его поверхности, сопряженной с цилиндром. В канавке размещено 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. Посадочная канавка выполнена симметричной и ступенчатой. Уплотнительное кольцо выполнено составным из двух частей, наружная часть из которых выполнена симметричной в поперечном сечении и Y-образной с центральным углублением, а внутренняя часть уплотнительного кольца установлена с натягом к сопряженной с ней поверхности цилиндра и выполнена с возможностью размещения по плотной посадке внутри центрального углубления Y-образной части уплотнительного кольца (по патенту RU121327, МПК F16F 9/36, опубл. 20.10.12).
Недостатком данной конструкции является то, что уплотнительное кольцо контактирует с цилиндром в трех точках: двумя вершинами Y-образного наружной части и вершиной внутренней части.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в обеспечении страгивания поршня с минимальным усилием при сохранении надежной герметичности уплотнительного узла цилиндрических пар с возвратно-поступательным движением.
Указанный технический результат достигается тем, что уплотнительный узел цилиндрической пары с осевым возвратно-поступательным движением содержит взаимно сопряженные цилиндр и поршень, снабженный кольцевой посадочной канавкой на его поверхности, сопряженной с цилиндром, и размещенное в канавке неразрезное уплотнительное кольцо, 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, уплотнительное кольцо изготовлено из упругого материала и установлено с зазором по внутреннему диаметру относительно дна посадочной канавки, при этом уплотнительное кольцо в поперечном сечении выполнено сужающимся в направлении дна посадочной канавки и 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 наружной части кольца, а внутренняя часть уплотнительного кольца установлена с касанием (прижатием) к сопряженной с ней поверхности цилиндра и выполнена с размещением по плотной посадке внутри центрального углубления наружной части уплотнительного кольца, с возможностью упора каждой из обеих боковых сторон наружной части уплотнительного кольца в соответствующую угловую грань кольцевых прямоугольных выступов, и отличается тем, что боковые стороны наружной части уплотнительного кольца не имеют контакта с поверхностью цилиндра.
Под упругим материалом выполнения уплотнительного кольца может пониматься резина, силикон, а также резина с повышенными антифрикционными качествами.
Для целей данной заявки считается, что вышеуказанное уплотнительное кольцо есть нечто единое и состоящее из двух частей. Тем не менее, очевидно, что данные части не скреплены друг с другом неразъёмно; они способны перемещаться относительно друг друга и равнозначно могли бы быть названы внешним и внутренним кольцами, а не внешней и внутренней частями кольца.
Наименование частей кольца «наружная» и «внутренняя» присвоены не по соотношению частей относительно поршня или цилиндра, а по взаимному отношению частей друг к другу: внутренняя часть находится между двух боковых сторон наружной части кольца.
Для целей данной заявки условно указано, что внешняя часть кольца является в сечении Y-образной. Тем не менее, равнозначно внешняя часть кольца могла бы быть названа V-образной или U-образной в сечении. Y-образная форма возникает вследствие прижатия боковых сторон наружной части уплотнительного кольца к угловым граням кольцевых прямоугольных выступов поршня.
Предложенное решение предусматривает возможность принудительного образования симметричного расширения каждой из боковых сторон наружной 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 1,0-1,2 от внутреннего диаметра «Dц» цилиндра.
1
Величина кольцевого зазора «S» между внутренним диаметром «dв» наружной части уплотнительного кольца и дном посадочной канавки может быть выполнена равной 0,01-0,08 диаметра «dп» поршня.
2
Расстояние «S» между внутренним диаметром «dвк» внутренней части уплотнительного кольца и диаметром «dу» центрального углубления наружной части уплотнительного кольца может быть выполнено в диапазоне от 0 до 2 мм.
3
Величина кольцевого зазора «S» между наружным диаметром «dн» наружной части уплотнительного кольца и внутренним диаметром цилиндра «Dц» может быть выполнена в диапазоне от 0,1 до 2 мм.
1
2
Ширина «b» посадочной канавки в зоне ее дна может быть выполнена, предпочтительно, равной 0,4-0,8 от ширины «b» посадочной канавки вблизи поверхности цилиндра.
1
2
Общая глубина «h» посадочной канавки может быть выполнена, предпочтительно, равной 2,5-5,0 от глубины «h» посадочной канавки от поверхности цилиндра до прямоугольных выступов.
3
4
Ширина «b» центрального углубления наружной части уплотнительного кольца может быть выполнена, предпочтительно, равной 0,5-1 от ширины «b» внутренней части уплотнительного кольца.
Центральное углубление наружной части уплотнительного кольца может иметь расширение в верхней части вблизи поверхности цилиндра.
Внутренняя часть уплотнительного кольца может быть выполнена с каплевидным профилем поперечного сечения.
Внутренняя часть уплотнительного кольца может быть выполнена с клиновидным профилем поперечного сечения.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 – уплотнительный узел цилиндрической пары, продольный разрез;
Фиг. 2 – посадочная канавка под уплотнение на поршне, продольный разрез;
Фиг. 3 – наружная часть уплотнительного кольца с расширением в верхней части, продольный разрез;
Фиг. 4 – внутренняя часть уплотнительного кольца с каплевидным профилем, продольный разрез;
Фиг. 5 – внутренняя часть уплотнительного кольца с клиновидным профилем, продольный разрез.
Уплотнительный узел цилиндрической пары с осевым возвратно-поступательным движением (фиг. 1) содержит взаимно сопряженные цилиндр 1 и поршень 2, снабженный кольцевой посадочной канавкой 3 на его поверхности, сопряженной с цилиндром 1. В канавке размещено неразрезное уплотнительное кольцо 4.
Уплотнительное кольцо 4 в его поперечном сечении выполнено сужающимся в направлении дна 5 посадочной канавки 3 и составным из двух частей: наружной 6 и внутренней 7. Наружная часть 6 не контактирует с цилиндром 1, а внутренняя часть 7 установлена с натягом к сопряженной с ней поверхности цилиндра 1.
Посадочная канавка (фиг. 2) выполнена симметричной в поперечном сечении и снабжена ступенчатой зоной, расширенной со стороны цилиндра и содержащей кольцевые прямоугольные выступы 8 и 9 с угловыми гранями 10 и 11.
Наружная часть 6  (фиг. 3) кольца 4 выполнена симметричной в поперечном сечении и Y-образной, она снабжена центральным углублением 12, размещенной вдоль оси  симметрии 13 и открытой со стороны цилиндра 1. Боковые  стороны 14 и 15 наружной части 6 упираются в угловые грани 10 и 11 прямоугольных выступов 8 и 9 и могут симметрично расширяться в направлении от оси симметрии 13 при установке внутренней части 7 по плотной посадке в центральное углубление 12 наружной части 6 уплотнительного кольца 4. Центральное углубление 12 наружной части 6 уплотнительного кольца 4 может иметь расширение 16 в верхней части вблизи поверхности цилиндра 1.
Наружный диаметр «dк» внутренней части 7 уплотнительного кольца 4 может быть выполнен равным 1,0-1,2 от внутреннего диаметра «Dц» цилиндра 1.
1
Величина кольцевого зазора «S» между внутренним диаметром «dв» наружной части 6 уплотнительного кольца 4 и дном 5 посадочной канавки 3 может быть выполнена равной 0,01-0,08 диаметра «dп» поршня 2.
2
Расстояние «S» между внутренним диаметром «dвк» внутренней части 7 уплотнительного кольца 4 и диаметром «dу» центрального углубления 12 наружной части 6 уплотнительного кольца 4 может быть выполнено в диапазоне от 0 до 2 мм.
3
Величина кольцевого зазора «S» между наружным диаметром «dн» наружной части 6 уплотнительного кольца 4 и внутренним диаметром «Dц» цилиндра 1 может быть выполнена в диапазоне от 0,1 до 2 мм.
1
2
Ширина «b» посадочной канавки 3 в зоне ее дна 5 может быть выполнена, предпочтительно, равной 0,4-0,8 от ширины «b» посадочной канавки 3 вблизи поверхности цилиндра 1.
1
2
Общая глубина «h» посадочной канавки 3 может быть выполнена, предпочтительно, равной 2,5-5,0 от глубины «h» посадочной канавки от поверхности цилиндра 1 до прямоугольных выступов 8 и 9.
3
4
Ширина «b» центрального углубления 12 наружной части 6 уплотнительного кольца 4 может быть выполнена, предпочтительно, равной 0,5-1 от ширины «b» внутренней части 7 уплотнительного кольца 4.
На фиг. 4 показана внутренняя часть 7 уплотнительного кольца 4 с каплевидным профилем поперечного сечения.
На фиг. 5 показана внутренняя часть уплотнительного кольца с клиновидным профилем поперечного сечения.
Уплотнительный узел цилиндрической пары с осевым возвратно-поступательным движением работает следующим образом. Уплотнительное кольцо 4 обеспечивает герметичность полостей цилиндра 1, разделяемых поршнем 2. Уплотнение происходит за счет прижатия внутренней части 7 уплотнительного кольца 4 к поверхности цилиндра 1. Внутренняя часть 7 уплотняется благодаря плотной посадке внутри центрального углубления 12 наружной части 6 уплотнительного кольца 4. В свою очередь, наружная часть 6 уплотняется внутри посадочной канавки 3 за счет плотного прижатия боковых сторон 14 и 15 к угловым граням 10 и 11 прямоугольных выступов 8 и 9.
2
2
Предложенная конструкция узла цилиндрической пары с осевым возвратно-поступательным движением позволяет добиться низких значений усилий страгивания поршня (перепад давления на поршне 0,025 кгс/см) за счет того, что подвижное уплотнение осуществляется только в месте контакта внутренней части 7 уплотнительного кольца 4 и поверхности цилиндра 1. При этом сохраняется герметичность узла до значений перепада давлений на поршне 4 кгс/см.
1
2
3
Наличие зазоров «S», «S» и «S» позволяет компенсировать изменения размеров уплотнения в результате изменения окружающей температуры.
Таким образом, предложенное в полезной модели техническое решение способствует достижению технического результата, который заключается в обеспечении страгивания поршня с минимальным усилием при сохранении надежной герметичности за счёт того, что боковые стороны наружной части уплотнительного кольца не имеют контакта с сопряженной с ними поверхностью цилиндра.