Уплотняющая манжета

Полезная модель относится к узлам и деталям машин, а именно к устройствам, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин и установок, в частности к уплотнениям между подвижными относительно одна другой поверхностями с эластичной уплотняющей кромкой. Уплотняющая манжета для установки в агрегат, имеющий вал, предназначена для защиты внутренней полости картера двигателей внутреннего сгорания или подшипниковых узлов машины от внешнего воздействия грязи и пыли.
Известен узел уплотнения (патент на изобретение РФ №2354874, опубл. 10.05.2009) содержащий жесткий держатель, кольцевой поддерживающий элемент, находящийся в зацеплении с жестким держателем и имеющий козырек, определяющий собой кольцевую опорную поверхность, и собственно уплотнение, имеющее первую фланцевую часть, соединенную с кольцевой опорной поверхностью и представляющую собой первую уплотнительную поверхность, а также вторую фланцевую часть, выступающую за пределы кольцевой опорной поверхности и представляющую собой вторую уплотнительную поверхность. В вариантах выполнения уплотнение дополнительно содержит гидродинамические средства, проходящие вдоль упомянутых первой и второй уплотнительных поверхностей, уплотнение дополнительно содержит выполненные с внутренней его стороны канавки, проходящие вдоль первой и второй уплотнительных поверхностей, уплотнение имеет множество обращенных наружу U-образных выемок.
Однако это уплотнение не имеет элементов для обеспечения защиты зоны соприкосновения уплотняющего элемента с валом от попадающих из окружающего пространства загрязнений в виде пыли или грязи.
Известна уплотнительная прокладка (патент на изобретение РФ №2559101, опубл. 10.08.2015), выполненная с возможностью установки в сверлении или в подобном отверстии корпуса и образована, с одной стороны, несущим кольцом с осевым фланцем, и радиальным фланцем, связанным с осевым фланцем и, с другой стороны, уплотнительной шайбой, которая расположена или установлена на несущем кольце, и окружает осевой фланец по внешнему периметру, и закрывает сторону радиального фланца, противоположную осевому фланцу. В конструкции уплотнительной прокладки предусмотрена уплотнительная губка, сформированная из уплотнительной шайбы для наложения на элемент герметизируемой машины. Уплотнительная прокладка в области уплотнительной губки может быть снабжена отбрасывающей структурой, например нарезной или спиральной канавкой. Эта отбрасывающая структура улучшает динамическое уплотнение с малым усилием трения. Предпочтительно, чтобы эта отбрасывающая структура была образована несколькими спиралями спиральной канавки, по существу, треугольного сечения.
Описанное уплотнение не имеет элементов для обеспечения защиты зоны соприкосновения уплотняющего элемента с валом от попадающих из окружающего пространства загрязнений в виде пыли или грязи. Вариант с отбрасывающей структурой, нарезанной в двух направлениях, не имеет аэродинамической части для эффективного функционирования с воздушной средой окружающего пространства.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание уплотняющей манжеты, предназначенной для защиты внутренней полости агрегата, содержащего вал, от внешнего воздействия грязи и пыли.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности уплотнения между подвижными поверхностями агрегата, содержащего вал за счет предотвращения попадания грязи и пыли в зону гидродинамического элемента.
Заявляемый технический результат достигается благодаря тому, что уплотняющая манжета для установки в агрегат, имеющий вал, содержит металлический каркас, выполненный в виде кольца, имеющего в разрезе Г-образный профиль, и резиновую часть, охватывающую металлический каркас в области контакта манжеты с корпусом агрегата и содержащую пылезащитный элемент и уплотняющий элемент, выполненный в виде кольца, на поверхности которого образованы спиральные структуры, образующие гидродинамический и аэродинамический элементы, при этом направление спирали гидродинамического элемента выполнено в зависимости от направления вращения вала таким образом, чтобы осуществлять возвращение попавшего в зону спирали масла обратно в агрегат, а направление спирали аэродинамического элемента выполнено встречно направлению спирали гидродинамического элемента, при этом гидродинамический элемент выполнен с возможностью контакта с поверхностью вала при установке манжеты в агрегате, а аэродинамический элемент выполнен с возможностью формирования зазора между поверхностью вала и аэродинамическим элементом при установке манжеты в агрегате.
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 представлена манжета в частичном поперечном разрезе, на фиг. 2 представлена манжета в частичном поперечном разрезе в рабочем узле в контакте с валом.
Позициями на чертежах обозначены:
1 – каркас,
2 – резиновая часть,
3 – уплотняющий элемент,
4 – аэродинамический рабочий элемент,
5 – гидродинамический рабочий элемент,
6 – корпус агрегата,
7 – вал,
8 – пылезащитный элемент.
Манжета содержит металлический каркас 1 и привулканизованную к нему резиновую часть 2. Металлический каркас выполнен в виде кольца, имеющего в разрезе Г-образный профиль. Резиновая часть 2 имеет сложную форму и включает в себя часть, охватывающую каркас 1, пылезащитный элемент 8 и рабочий уплотняющий элемент 3, имеющий в своём составе аэродинамический 4 и гидродинамический 5 рабочие элементы. Резиновая часть 2 охватывает металлический каркас 1 манжеты таким образом, чтобы контакт манжеты с корпусом агрегата 6, содержащего вал 7, осуществлялся только в местах покрытия каркаса 1 резиновой частью 2. Пылезащитный элемент 8 имеет форму кольцевого выступа и выполнен с возможностью контакта с поверхностью вала 7 при установке манжеты в агрегат. Уплотняющий элемент 3 выполнен в виде кольца, имеющего ширину от 5 до 30 мм. Элементы 4 и 5 выполнены в виде спиральных выступов с треугольным сечением, образованных на поверхности уплотняющего элемента 3. Причем направление спирали гидродинамического элемента 5 выполнено в зависимости от направления вращения вала 7 таким образом, чтобы осуществлять возвращение попавшего в зону спирали масла обратно в агрегат, содержащий вал 7, а направление спирали аэродинамического элемента 4 выполнено встречно направлению спирали 5.
Резиновая часть манжеты может быть выполнена из фтористой резины (например на основе каучука В651С производства фирмы DuРont, или каучука 3061 производства «Кирово-Чепецкого химического комбината» либо другого, аналогичного указанным, предназначенного для эксплуатации при температуре от -50 до +175°С)
Каркас манжеты может быть выполнен методом холодной штамповки из стального листа толщиной от 0.5 до 2.0 мм. Диаметр каркаса может быть от 20 до 250 мм. Высота Г-образной отбортовки может составлять от 5 до 30 мм.
При монтаже манжеты в агрегат, содержащий вал 7, манжету по наружному диаметру запрессовывают в корпус агрегата 6, а уплотняющий элемент 3, растягивая, надевают на вал 7. При этом уплотняемая среда (масло или консистентная смазка) примыкает к спиральному гидродинамическому элементу 5. Внешняя (воздушная среда) примыкает к спиральному аэродинамическому элементу 4. Пылезащитный элемент 8 расположен в соприкосновении с поверхностью вала 7 со стороны внешней воздушной среды и осуществляет защиту зоны соприкосновения уплотняющего элемента с валом 7 от попадающих из окружающего пространства крупных загрязнений. В рабочем положении манжеты на валу 7 гидродинамический элемент 5 плотно прилегает к поверхности вала, а аэродинамический элемент 4 не имеет непосредственного контакта с валом. При этом воздушный зазор между спиралью аэродинамического элемента 4 и поверхностью вала 7 может составлять от 0.05 до 0.15 мм со стороны элемента 5, постоянно увеличиваясь к противоположной стороне, достигая значений от 1.0 до 2.0 мм.
При эксплуатации манжеты в работающем узле (вал 7 вращается) гидродинамический элемент 5 посредством скольжения о вал 7 возвращает попавшее в зону спирали масло обратно в агрегат, не допуская течи масла. Аэродинамический элемент 4, не имея непосредственного контакта с валом, захватывает спиралью попавшие в зону спирали загрязнения, и выбрасывает их наружу, тем самым предотвращая течь масла через вышеописанное уплотнение. Таким образом, в заявляемой полезной модели благодаря наличию аэродинамического элемента реализована эффективная защита внутренней полости агрегата, содержащего вал, от внешних загрязнений.