ДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ
DYNAMIC SEALING

Настоящее изобретение относится к области машиностроения, в частности к уплотнительным устройствам шпиндельных узлов металлорежущих станков.
Из существующего уровня техники известно уплотнение, которое состоит из жестко укрепленной на валу втулки и установленного в корпусе невращающегося стакана, в которых выполнены чередующиеся концентричные выступы и впадины треугольной формы, расположенные с постоянным зазором относительно друг-друга и образующие неразъемное соединение. Для повышения динамической герметичности в стакане могут быть выполнены радиальные прорези (пат. США №3663023, US Cl. 277/56, МКИ F16J 15/44, опубл. 1972 г.).
Недостатками данного технического решения являются одинаковые осевые и радиальные зазоры, низкая герметичность в статике из-за подрезания втулки при выполнении радиальных прорезей в стакане, необходимость выполнения радиальных прорезей также и в корпусе.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является динамическое уплотнение, содержащее два пакета проставочных колец и дисков, образующих лабиринтный зазор и поочередно установленных во вращающейся втулке и невращающемся стакане, в котором выполнены каналы по обе стороны от вертикальной оси (авт.свид СССР №992875, МКИ F16J 15/44, опубл. 30.01.1983 г., БИ №4).
К недостаткам известного динамического уплотнения можно отнести сложность конструкции, необходимость выполнения ответных частей каналов-отверстий в корпусе шпиндельного узла.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности динамического уплотнения.
Данная задача решается за счет того, что в заявленном динамическом уплотнении один пакет дисков выполнен заодно с втулкой, а другой пакет выполнен заодно с невращающимся стаканом, причем каждый из каналов имеет тангенциальный вход, аксиальный выход и соединяет лабиринтный зазор с внешней средой по криволинейной траектории. При этом торцовая поверхность стакана имеет паз в области выхода каналов, частично закрытый наружным диском.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение герметичности и упрощение конструкции динамического уплотнения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - продольный разрез динамического уплотнения;
на фиг.2 - вид А динамического уплотнения по фиг.1;
на фиг.3 - выноска Б динамического уплотнения по фиг.1.
Динамическое уплотнение состоит из втулки 1, фиг.1, зафиксированной на шпинделе (на фигуре не показан), и невращающегося стакана 2, установленного в корпусе шпиндельного узла (на фигуре не показан). Заодно с втулкой 1 и заодно с невращающимся стаканом 2 выполнены, соответственно, пакеты дисков 3 и 4, между которыми образован лабиринтный зазор 5.
В нижней части невращающегося стакана 2 выполнены каналы 6, 7 и паз 8 (фиг.2) в области выхода 9 (фиг.3) каналов 6, 7.
Работает устройство следующим образом. При защите от пыли или частиц влаги (шлама) при отсутствии вращения шпинделя (в статическом режиме) динамическое уплотнение работает как щелевое. В этом режиме герметичность (величина утечки через уплотнение) зависит от величин зазоров и суммарной длины (протяженности) лабиринтного зазора 5. Так как один пакет дисков 3, фиг.1, в заявляемом устройстве выполнен заодно со втулкой 1, а другой пакет дисков 4 выполнен заодно с невращающимся стаканом 2, это обеспечивает увеличение протяженности длины лабиринтного зазора 5 (на величину высот проставочных колец) по сравнению с прототипом и, соответственно, приводит к повышению эффективности, в частности герметичности заявляемого динамического уплотнения.
Так как уплотнения бесконтактного типа теоретически не могут обеспечить абсолютную защиту, то некоторые частицы влаги могут попасть внутрь лабиринтного зазора 5. Под действием собственного веса эти частицы влаги, попавшие в уплотнение, будут отводиться из лабиринтного зазора 5 через каналы 6, 7 (фиг.2) и область выхода 9 (фиг.1, 3) обратно во внешнюю среду (околостаночную зону).
Выполнение паза 8 на торцовой поверхности стакана 2 уменьшает гидравлическое сопротивление щелевого зазора и облегчает выход утечки жидкости во внешнюю среду. Сочетание тангенциального входа и аксиального выхода каналов 6 и 7 также улучшает условия отвода утечек из уплотнения, так как позволяет уменьшить их длину. Кроме того, при аксиальной форме выхода отпадает необходимость выполнения ответных частей каналов-отверстий в корпусе шпиндельного узла, что не только повышает эффективность работы каналов 6 и 7 (снижает их гидравлическое сопротивление), но и существенным образом упрощает конструкцию уплотнительного узла в целом.
При защите от пыли или частиц влаги при вращении шпинделя (в динамическом режиме) устройство работает как дисковое центробежное уплотнение. Частицы пыли или влаги будут отбрасываться от динамического уплотнения радиальным потоком воздуха, прокачиваемым устройством от оси вращения к периферии. Этот поток воздуха создает дополнительное гидравлическое сопротивление и затрудняет попадание частиц внешней среды во входную щель лабиринтного зазора 5, что повышает герметичность устройства в динамике. Для большей эффективности на внешней стороне втулки 1 (фиг.1) могут быть выполнены дополнительные радиальные пазы (не показаны). Те же частицы влаги и пыли, которые смогут попасть внутрь лабиринтного зазора 5, отводятся из устройства через каналы 6 и 7 (фиг.2) во внешнюю среду.
Так как при высоких частотах вращения радиальные дренажные каналы становятся неэффективными, то в устройстве предусмотрена специальная криволинейная форма каналов 6 и 7, сочетающая тангенциальный вход с аксиальным выходом. Дренажные каналы 6 и 7 имеют тангенциальный вход, что обеспечивает поддержание максимальной герметичности лабиринтного уплотнения даже при высоких частотах вращения шпинделя. Симметричная форма каналов 6 и 7 обеспечивает эффективную работу как при одностороннем вращении, так и при реверсе направления вращения шпинделя.
Таким образом, при одинаковых габаритах уплотнений заявляемое устройство обладает большей эффективностью по сравнению с известным прототипом.