УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА
SEALING OF ROTARY SHAFT

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения подшипниковых опор и вращающихся валов машин и механизмов уплотнительными манжетами.
Из известных уплотнительных манжет аналогом является манжета, выполненная из эластомера с наполнителем, с предварительным заполнением смазочным материалом для снижения трения (см. журнал «Тяжелое машиностроение», май, 1996 г. - М.: Машиностроение, с.22-25). Эта уплотнительная манжета содержит корпус, губку с рабочей кромкой и перемычку, соединяющую корпус и губку. В этой манжете с наполнителем, например медным порошком, равномерно распределенным по всему сечению, более лучшие условия по отводу тепла из зоны трения и уменьшению коэффициента трения.
Недостаток уплотнительной манжеты заключается в том, что при повышенном содержании наполнителя по всему объему для более эффективного отвода тепла и снижения коэффициента трения значительно снижается эластичность манжеты, что приводит к снижению ее прочности и долговечности.
Прототипом предлагаемого изобретения является уплотнительная манжета по патенту РФ №2238463 (МПК F16J 15/32, опубл. 20.10,2004) с предварительным заполнением смазочным материалом, содержание наполнителя по сечению которой распределяют неравномерно от наибольшего значения в рабочей кромке до наименьшего в перемычке, чем достигается уменьшение коэффициента трения и улучшение условий отвода тепла из зоны трения при сохранении эластичных свойств манжеты.
Недостатком прототипа является то, что увеличение содержания наполнителя в рабочей кромке губки приводит к снижению ее эластичности и, как следствие, к значительному износу, снижению долговечности.
Задачей предлагаемого изобретения - уплотнение вращающегося вала уплотнительной манжетой - является существенное повышение износостойкости.
Технический прием решения этой задачи - образование на поверхности рабочей кромки губки тонкой металлической защитной пленки из материала наполнителя, которая по сравнению с прототипом существенно снижает износ манжеты на вращающемся валу.
Решение этой задачи достигается тем, что уплотнение вращающегося вала содержит уплотнительную манжету, предварительно заполненную смазочным материалом, выполненную из эластомера с наполнителем и содержащую корпус, губку с рабочей кромкой, перемычку, соединяющую корпус и губку. Содержание наполнителя, например медного порошка, по сечению манжеты неравномерно от наибольшего значения 20…50% в рабочей кромке до наименьшего значения 0…5% в перемычке. Причем зона контакта стального вала с манжетой предварительно покрыта тонким слоем металла наполнителя, например, с помощью финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО). А в смазочный материал добавлен мелкодисперсный порошок наполнителя манжеты на наружной поверхности рабочей кромки губки, с возможностью результирующего образования тонкой защитной сервовитной пленки из материала наполнителя в режиме безызносного трения в паре «стальной вал-уплотнительная манжета».
Заявленное уплотнение вращающегося вала далее поясняется чертежами (фиг.1, 2, 3). На фиг.1 показана установка двух заявляемых уплотнительных манжет на валу шпинделя, например, бортико-шлифовального станка. На фиг.2 изображен фрагмент уплотнительной манжеты, а именно зона контакта рабочей кромки губки манжеты с образованной в результате безызносного трения тонкой защитной (сервовитной) пленкой с тонким слоем медного кольцевого покрытия вала, полученного в результате финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО). На фиг.3 - выноска I на фиг.2.
На валу 1 бортико-шлифовального станка устанавливают две уплотнительные манжеты 2, препятствующие попаданию смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), смешанной с абразивными отходами, образуемыми в результате шлифовальных операций обрабатываемых деталей (фиг.1). Каждая уплотнительная манжета 2, выполненная из эластомера, например полиуретана, состоит из корпуса 4, губки 5, имеющей рабочую кромку 6, и перемычки 7. В рабочей кромке 6 и губке 5 содержание наполнителя, например медного порошка, составляет от 20 до 50% весового состава, в корпусе 4 и перемычке 7 - до 5% весового состава в зависимости от условий работы уплотнительной манжеты, при этом губка 5 рабочей кромкой 6 манжеты 2 входит в контакт с кольцевой дорожкой из медного покрытия 8, нанесенного ФАБО (фиг.2), образуя в зоне контакта губки 5, медного покрытия 8 и смазки с добавлением в нее мелкодисперсного порошка наполнителя манжеты защитную (сервовитную) пленку 9 (фиг.3).
Уплотнение вращающегося вала с помощью уплотнительных манжет 2 осуществляют следующим образом. Две манжеты 2 устанавливают на вал 1, например, шпинделя бортико-шлифовального станка посредством растяжения корпуса 4 манжет примерно на 1,5% от внутреннего диаметра манжеты и монтажа их на посадочную поверхность вала 1, имеющую больший размер, чем размер манжеты (посадку манжеты 2 на вал 1 осуществляют с натягом примерно в 1% от посадочного диаметра). В процессе работы манжета 2, контактируя своей рабочей кромкой 6 с уплотняемой поверхностью вала 1, испытывает в перемычке 7 максимальные деформации, постепенно уменьшающиеся в губке 5 в направлении к рабочей кромке 6. В зоне контакта рабочей кромки 6 губки 5 в результате возникновения безызносного трения образуется на поверхности рабочей кромки 6 тонкая защитная (сервовитная) пленка 9 из материала наполнителя манжеты в зоне 8 вала 1, предварительно покрытой тонким слоем металла наполнителя с помощью ФАБО и добавления в смазочный материал мелкодисперсного порошка наполнителя манжеты, например порошка меди, размеры частиц наполнителя при этом составляют 1-2 мкм.
Образовавшаяся защитная (сервовитная) пленка 9 толщиной 1-2 мкм заменяет контакт «манжета 2 с наполнителем-стальной вал 1» контактом «пленка 9 рабочей губки манжеты-участок вала 8, покрытый тонкой медной пленкой с помощью ФАБО», т.е. происходит замена контакта «сталь-полиуретан с наполнителем при обычной смазке без наполнителя» контактом «мягкий металл защитной пленки 9 по мягкому металлу зоны 8 вала 1» (возникает контакт меди по меди), что существенно (~ в 3…10 раз) снижает износ рабочей кромки 6 манжеты 2, а также улучшает условия отвода тепла из зоны трения по сравнению с прототипом за счет интенсивного отвода тепла медными пленками 8 и 9 из зоны трения уплотнительной манжеты 2 и вала 1.
Источники информации
1. Журнал «Тяжелое машиностроение», май 1996 г., М.: Машиностроение, с.22-25.
2. Патент РФ №2238463, МПК F16J 15/32. Уплотнительная манжета (прототип).