Для чего применяют уплотнительные устройства подшипниковых узлов
Уплотняющие устройства подшипниковых узлов
Уплотняющие устройства служат для защиты подшипника от пыли, грязи, металлической стружки, опилок, влаги и пр., а также от утечки из него смазки. В случае применения пластичного смазочного материала уплотнение защищает подшипниковый узел от попадания в него масла из корпуса.
Основные типы уплотняющих устройств.
1. Войлочные и фетровые кольца (рис. 14.6, а) прямоугольного сечения. Внутренний диаметр кольца равен диаметру вала, наружный– диаметру канавки, ширина кольца для валов диаметром 10–35 мм – 6 мм, 40–70 мм – 9 мм, 75–110 мм – 12 мм. Кольцо, деформируясь в канавке крышки или корпуса, прижимается к валу и уплотняет узел.
Применяются преимущественно при пластичном смазочном материале и, реже, при жидком, допуская окружную скорость до 7–8 м/с при полированной и до 4 м/с при шлифованной поверхности вала, надежны против пыли и грязи, но менее надежны против вытекания масла. Шероховатость поверхности вала под уплотнением должна быть Ra = 0,8–0,4 мкм.
Имеют место конструкции с несколькими кольцами (рис. 14.6, б) и с подтяжкой кольца гайками (рис. 14.6, в), дополнительными крышками, пружинами. Монтаж колец ведут с помощью конусных оправок, предварительно пропитав кольцо горячим минеральным маслом.
Рис. 14.6. Уплотняющие устройства подшипниковых узлов
2. Манжетные уплотнения. Имеют различные конструкции с употняющим элементом из кожи, резины или синтетических материалов, закрепленным в металлическом корпусе (рис. 14.6, г), или армированные металлическим каркасом (рис. 14.6, д). В зависимости от предпочтительности защиты от пыли или от утечки смазочного материала манжету устанавливают уплотняющей кромкой к подшипнику или наоборот.
Допускаемая окружная скорость зависит от материала манжеты и составляет обычно 10 м/с, хотя может достигать 20 м/с. Допускаемое избыточное давление – 0,05 МПа. Шероховатость поверхности вала под уплотнением Ra – 0,40–0,20 мкм, желательно полирование. Предельное радиальное биение при частоте вращения вала до 500 об/мин – 0,20 мм, 500– 1500 об/мин – 0,15 мм, 1500–4000 об/мин – 0,08 мм.
При монтаже манжеты на валу следует использовать манжетную втулку, если на валу отсутствует заходная фаска или если манжета при установке проходит через шлицы, резьбу, пазы и т. д. (рис. 14.7, а). Запрессовывать манжеты в посадочное отверстие следует с помощью специальной оправки (рис. 14.7, б).
Рис. 14.7. Установка манжет
3. Лабиринтные уплотнения (рис. 14.6, в). Имеют вращающуюся вместе с валом втулку с выступами, заходящими во впадины неподвижной крышки или корпуса. Образующийся зазор (в радиальном направлении – 0,2–0,5 мм, в осевом–1,0–2,5 мм) сложной формы за счет затекающего в него и удерживающегося там смазочного материала уплотняет узел. Применяются при всех видах смазки и любых окружных скоростях. Отсутствуют потери на трение, износ деталей уплотнения.
4. Кольцевые проточки (три или четыре) в крышке (рис. 14.6, ж) радиусом 1,5–2,5 мм в зависимости от диаметра вала.
5. Смазочный материал. Попадая в канавки, он удерживается в них и уплотняет узел.
6. Защитные шайбы, точеные или штампованные. При пластичном смазочном материале чаще ставятся между подшипником и корпусом (рис. 14.6, з), а при жидком – между подшипником и валом (рис. 14.6, и, к). Для лучшего уплотнения на точеной шайбе могут выполняться треугольные проточки. Служат для удержания масла защиты от загрязнения, а также для предохранения от попадания в подшипник излишнего смазочного материала.
7. Маслоотбойные кольца и канавки. Применяются при жидком смазочном материале и высоких окружных скоростях (более 6 м/с). На валу ставится разрезное или цельное кольцо (рис. 14.6, л, м), выполняется выступ заодно с валом (или протачиваются канавки) (рис. 14.6, н, о). Центробежная сила отбрасывает масло с выступающих гребней вала в кольцевую канавку крышки, откуда оно через отверстия стекает в корпус. Применение колец или выступа на валу требует разъемной конструкции крышки.
8. Подшипники, изготовленные заодно с одной или двумя защитными шайбами, предохраняющими подшипник от загрязнения и удерживающими смазочный материал (в случае нежелательности установки уплотнительных устройств вследствие ограничения габаритов или неудобств обслуживания). Подшипник с двусторонним уплотнением заполняется на заводе-изготовителе пластичным смазочным материалом
3. Осуществить сборку составных зубчатых колёс
Составные зубчатые колеса (рис. 15.3) изготовляют, чтобы сэкономить легированную сталь в тяжело нагруженных быстроходных передачах при больших диаметрах зубчатых колес колеса. В таких случаях из более ценного высококачественного материала изготовляют только зубчатый венец 7 и 5, а малона- груженный диск со ступицей 2— из менее дорогой стали или чугуна.
Сборку таких колес осуществляют следующим образом: напрессовывают венец /на диске ступицы 2 (рис. 15.3,а). Чтобы облегчить процесс напрессовки и избежать перекосов, зубчатый венец в ряде случаев подвергают нагреву до 120— 150 °С в масляной ванне или токами высокой частоты; в местах сочленения венца 1 со ступицей 2 (рис. 15.3, а) сверлят отверстия под стопоры 3, нарезают в них резьбу и завинчивают стопоры. Часто вместо стопоров венец крепят болтами или заклепками, для чего, напрессовав венец, сверлят сквозные отверстия, устанавливают в них болты 4 или заклепки и расклепывают их головки.
Если составные зубчатые колеса повышенной точности в ряде случаев собирают в механическом цехе, то на диск ступицы устанавливают предварительно обработанный венец, а затем уже в сборе нарезают зубья и окончательно обрабатывают узел.
В конструкциях машин также широко используют крепление зубчатых колес на фланцах валов болтами (рис. 15.3, б). Зубчатое колесо 5 предварительно (не полностью закручивая) крепят на фланце6 вала тремя временными болтами, диаметр которых меньше, чем у требуемых нормальных болтов. Затем узел устанавливают на призмы и окончательно (полностью закручивая) крепят зубчатое колесо этими временными болтами так, чтобы радиальное биение, определяемое по индикатору, не превышало допустимого. Если в таком положении оставшиеся свободными отверстия фланца вала6 и зубчатого колеса не совпадают, их совместно развертывают и затем вставляют в них нормальные болты. Когда эти болты закреплены, временные болты снимают. Освободившиеся отверстия также развертывают и в них устанавливают остальные нормальные болты. Окончательно затягивают болты динамометрическим ключом.
1. Рассказать в каких случаях применяют легкоплавкие и тугоплавкие припои?
Общая информация о уплотнениях
Уплотнения решают двуединую задачу: защищают внутреннюю полость подшипника от попадания влаги, пыли, продуктов износа и грязи; предохраняют изделия от выноса из корпуса смазки.
1. Общая информация о продукции
Все существующие типы уплотнения делятся, согласно принципу действия, на две основные группы:
· контактные защищают, создавая плотный контакт с деталями изделия;
· бесконтактные, способствуют возникновению условий, при которых поток теряет смазочные материалы.
Достигается это за счёт кинетической энергии (модели уплотнений щелевого или лабиринтного типа) либо влияния центробежных сил (уплотнения центробежные).
Контактные принято дополнительно подразделять на торцевые (осевые) и аксиальные.
Выбирая необходимое уплотнение, следует учитывать:
· окружную скорость, с которой вращается участок вала, который требуется уплотнить;
· вид используемого смазочного материала;
· рабочую температуру изделия;
· характер среды, в которой эксплуатируется изделие.
2. Основные типы уплотнений
Относятся к группе контактных, аксиального типа. Наиболее востребованные для применения в подшипниковых узлах. Уплотнение достигается за счёт использования самоподжимающейся манжета из резины.
· корпус (резина, стойкая к воздействию ГСМ);
· стальное кольцо (сечение Г-образное), выполняющее роль каркаса, размещающееся внутри корпуса;
· пружина браслетного типа, для стяжки уплотняющей части, и формирования кромки манжеты.
В современных моделях каркас закрепляется на внешней стороне корпуса вулканизацией и шлифуется.
При повышенной запылённости применяются манжеты, имеющие вторую рабочую кромку (пыльник). Альтернативное наименование, дубль-манжета.
Этими манжетами уплотняются гнёзда корпусов, предназначенные под установку подшипников. Относятся к группе контактных, осевого типа. Уплотнение достигается с использованием упругих уплотняющих шайб (штампованная сталь), устанавливаемых в торцевых частях.
Толщина последних (0,3-0,6) миллиметра. Рабочая торцевая грань превышает нерабочую, выступая примерно на полмиллиметра. После закрепления шайбы втулкой дистанционной либо крышкой подшипника, это создаёт определённую прижимающую силу равную (0,05-0,15) МПа.
Бесконтактные уплотнения. Обеспечивают требуемый уплотняющий эффект посредством чередования осевых зазоров малой величины, расположенных в аксиальном и осевом направлениях. Они формируют извилистую узкую протяжённую щель, попадая в которую, смазка гасит кинетическую энергию.
Способны работать при разных скоростях, с различными типами смазки. Оптимальны при использовании на высокоскоростных изделиях, при величине V превышающей 15 м/сек.
Бесконтактные. В основу работы положено использование центробежных сил. Поэтому работоспособны данные уплотнения только когда окружная скорость превышает 8 м/сек. Они способны удерживать исключительно жидкую смазку.
Эти уплотнения изготавливаются, чаще всего, как кольцевые канавки. При сборке узла их забивают пластичной смазкой, которая защищает внутреннюю полость подшипника от попадания влаги и внешних загрязнений.
2.6. Уплотнение неподвижных стыков деталей подшипниковых узлов редукторов
Если реализован вариант смазывания подшипника посредством масляной ванны, требуется обеспечить уплотнение валов, подшипниковых стаканов, крышек. Для этого стыки узла уплотняются специальными кольцевыми уплотнениями из резины, имеющими поперечное сечение в форме круга (норматив 9833-73). Кольцо ставится в специальную канавку, выполняемую на крышке стакана, подшипника. Второй вариант достижения герметичности. Использование пасты, которая наносится на завершающем этапе сборки узла.
Уплотнения подшипниковых узлов
3. Лабиринтные уплотнения имеют вращающуюся вместе с валом втулку с выступами, заходящими во впадины неподвижной крышки или корпуса. Образующийся зазор (в радиальном направлении 0,2-0,5 мм, в осевом-1,0-2,5 мм) сложной формы за счет затекающего в него и удерживающегося там смазочного материала уплотняет узел. Применяются при всех видах смазки и любых окружных скоростях. Отсутствуют потери на трение и износ деталей уплотнения.
4. Кольцевые проточки (три или четыре) в крышке с радиусом 1,5-2,5 мм в зависимости от диаметра вала. Смазочный материал, попадая в канавки, удерживается в них и уплотняет узел.
6. Маслоотбойные кольца и канавки. Применяются при жидком смазочном материале и высоких окружных скоростях (более 1м/с). На валу ставится разрезное или цельное кольцо, выполняется выступ заодно с валом или протачиваются канавки. Центробежная сила отбрасывает масло с выступающих гребней вала в кольцевую канавку крышки, откуда оно через отверстия стекает в корпус. Применение колец или выступа на валу требует разъемной конструкции, крышки.
7. В случае нежелательности установки уплотнительных устройств вследствие ограничения габаритов или неудобств обслуживания применяют подшипники, изготовленные заодно с одной или двумя защитными шайбами, предохраняющими подшипник от загрязнения и удерживающими смазочный материал. Подшипник с двусторонним уплотнением заполняется на заводе-изготовителе пластичным смазочным материалом.
Уплотнения для подшипников: как выбрать правильное
Одну из ключевых ролей в подшипниках играет уплотнение. Оно предотвращает попадание загрязняющих веществ и утечку смазочных материалов, что способствуют увеличению срока службы подшипников. Современные производители предлагают очень широкий ассортимент уплотнительных решений. Чтобы выбрать лучшее для конкретной модели подшипника, необходимо знать их особенности.
Контактное уплотнение
Контактное уплотнение, также известное как губчатое уплотнение, представляет собой резиновую деталь (состоит обычно из бутадиен-нитрильного каучука и нитрила), соединенную со стальной вставкой. Это уплотнение предназначено для осуществления непрерывного давления на внутреннее кольцо подшипника, при котором происходит прямой контакт с вращающимся внутренним кольцом. Контактные уплотнения обеспечивают защиту от попадания пыли, грязи и влаги во внутренние части подшипника. Они также отлично справляются с герметизацией смазки.
Недостатки: взаимодействие с внутренней частью подшипника вызывает трение и нагрев детали, что может привести к преждевременному выходу запчасти из строя, а также снизить скорость работы подшипника. Поэтому необходимость приобретения контактного уплотнения необходимо соотносить с техническими требованиями.
Бесконтактное уплотнение
Как и контактные, бесконтактные уплотнения состоят из бутадиен-нитрильного каучука и нитрила, прикрепленных к стальной вставке. Основное различие между ними заключается в том, что бесконтактные уплотнения крепятся к внешнему кольцу и не оказывают давления на внутреннее кольцо подшипника.
Хотя бесконтактные уплотнения и не касаются внутреннего кольца, они имеют тонкую кромку, которая прилегает к нему. Такая конструкция обеспечивает защиту от загрязнений и утечек, но в меньшей степени, чем контактное уплотнение. Однако отсутствие контакта с внутренней частью подшипника приводит к меньшему трению, что может предотвратить перегрев и другие потенциальные проблемы.
Лабиринтное уплотнение
Лабиринтное уплотнение сочетает в себе элементы контактного и бесконтактного. Идея этого типа уплотнений состоит в том, чтобы создать трудный путь прохождения для загрязнений и влаги. Лабиринтные уплотнения состоят из двух частей, одна из которых остается неподвижной, а другая вращается вместе с системой. Они сцепляются и создают тонкий, рифленый путь, помогая избежать попадания загрязняющих веществ в подшипник.
Сложность конструкции лабиринтного уплотнения позволяет ему обеспечивать отличные герметизирующие свойства. Помимо этого, такое уплотнение защищает от загрязнений и предотвращает утечку без контакта с внутренним кольцом. Таким образом, лабиринтные уплотнения обеспечивают герметичность контактного уплотнения, позволяя при этом избежать дополнительного трения.
Хотя лабиринтные уплотнения и считают лучшими, у них также есть некоторые потенциальные недостатки. Во-первых, сложность конструкции может потребовать больше физического пространства, чем нужно для простых уплотнений. Во-вторых, сложность приводит к увеличению стоимости, поэтому лабиринтные уплотнения стоят дороже.
Как выбрать правильное уплотнение для подшипника?
При выборе уплотнения следует обратить внимание на следующие основные факторы:
Узнать более подробную информацию о факторах, которые необходимо принимать во внимание при выборе уплотнений, можно здесь>
Хотя выбор уплотнения играет ключевую роль в надежности работы подшипников, Вам не нужно принимать решение в одиночку. Специалисты ТД «Росподшипник» помогут определить, какое уплотнение лучше подойдет для Вашего оборудования. В наличии большой ассортимент качественных уплотнений от SKF, NQK и других известных производителей.
Готовы подобрать идеальное уплотнение для Ваших подшипников? Свяжитесь с нашими техническими специалистами.
Уплотнение вала. Контактные и бесконтактные уплотнения
В современных машинах и оборудовании, совершающих механическую работу, связанную с вращением механизмов, необходимо обеспечение герметичности рабочей полости и проходящего через неё вращающегося вала. Для этого применяются различные по конструкции и характеристикам уплотнительные устройства. Эти уплотнения также могут служить для сохранения смазки и предотвращения возможного попадания инородных частиц извне, которые способны повредить оборудование и привести к преждевременному его отказу.
Условия применения уплотнений могут значительно отличаться друг от друга, поэтому конструкции этих герметизирующих узлов совершенствовались с целью соответствия определенным параметрам эксплуатации.
Если в некоторых случаях применения уплотнений допускается небольшая утечка, то для других вариантов это может быть не позволительно. По мере всё большего ужесточения параметров рабочей среды и требований, предъявляемых к надежности, сроку службы и герметичности оборудования с вращающимся валом, происходило усложнение конструкций уплотнений и их неизбежное удорожание. Уплотнения валов могут быть разделены на две группы: контактные и бесконтактные.
Контактные уплотнения
Манжетное (радиальное) уплотнение
Сальниковое уплотнение
Сальниковое уплотнение (сальник или сальниковая набивка) из-за специфичности конструкции, способа установки и принципа работы, не предназначено для обеспечения высокой степени герметичности. Сальниковая набивка устанавливается таким образом, чтобы минимальная утечка жидкости обеспечивала необходимую смазку и отвод тепла из зоны контакта. 
Уплотнение этого типа применялось в устаревших насосах, требует периодического обслуживания. В последние десятилетия сальник неизбежно уступает свои позиции торцевому уплотнению.
Торцевое (механическое) уплотнение
Торцевое (механическое) уплотнение является прецизионным узлом, предотвращает утечку и применяется для условий, в которых недопустимо использование манжетных и сальниковых уплотнительных устройств. Эти уплотнения, как правило, имеют продолжительный срок службы практически без износа поверхности вала и не нуждаются в периодическом обслуживании.
Бесконтактные (динамические) уплотнения
Щелевое уплотнение
Простое щелевое уплотнение представляет собой втулку, закрепленную в корпусе, через которую проходит вращающийся вал, между валом и втулкой имеется малый радиальный зазор. В зависимости от формы уплотнительной поверхности различают торцевые и радиальные (осевые) щели. Величина утечки зависит от физических параметров рабочей среды, пропорциональна перепаду давления, длине канала и уплотняемому периметру, и имеет кубическую зависимость от высоты радиального зазора.
Щелевое уплотнение с плавающей втулкой может отслеживать вращение вала и имеет меньший радиальный зазор, чем уплотнение с фиксированной втулкой. Гидравлически разгруженное щелевое уплотнение исключает или уменьшает усилие упругого элемента (пружины) и сохраняет преимущества уплотнения с плавающей втулкой. Щелевые уплотнения с гладкими поверхностями могут работать при перепадах давлений до 100 МПа и предельно высоких скоростях скольжения. Для повышения гидравлического сопротивления щелевого уплотнения на его уплотнительных поверхностях выполняют кольцевые канавки разнообразных форм. В современных насосах с картриджными торцевыми уплотнениями в качестве вспомогательного герметизирующего узла достаточно часто применяются простые щелевые уплотнения вала.
Лабиринтное уплотнение
Лабиринтное уплотнение представляет собой щелевое уплотнение, содержащее специальные канавки, которые резко изменяют проходное сечение канала. Этот тип уплотнения эффективен при высоких числах Рейнольдса (Re >> 500), когда потери давления превышают потери на трение в щелях, не требует смазки или периодического обслуживания. В случае возникновения износа или повреждения уплотнительного устройства величина утечки возрастает. Лабиринтные уплотнения широко применяются в осевых и центробежных компрессорах, турбодетандорах, паровых турбинах и других турбомашинах.
Винтовое уплотнение
Бесконтактное винтовое уплотнение имеет специальные пазы или винтовую резьбу, выполненные на поверхности вала и(или) в корпусе. Вязкость жидкости в зазоре между валом и корпусом обеспечивает уплотняющий эффект при одностороннем вращении вала. Конструкция уплотнения с винтовой многозаходной резьбой как на валу, так и противоположная по направлению вращения на втулке корпуса, демонстрирует большую эффективность при высоких скоростях вращения вала. Уплотнительное устройство такого типа способно эффективно работать не ниже определенной минимальной окружной скорости, при её понижении должны применяться дополнительные вторичные контактные уплотнения. Уплотнения такой конструкции находят применение в специальных насосах и другом оборудовании, работающих в особых условиях эксплуатации.
Магнитожидкостное уплотнение
Магнитножидкостное уплотнение использует коллоидную суспензию магнитных частиц (например, окиси железа), расположенную между вращающимся валом и корпусом, удерживаемую магнитным полем постоянных магнитов, для создания уплотнительного эффекта по принципу гидравлического затвора. Конструкция такого узла обладает незначительным износом (трением), малочувствительна к осевому перемещению вала. Магнитожидкостные уплотнения можно использовать на скоростях до 120000 оборотов в минуту, при температурах до +200 градусов Цельсия, и давлениях до 0,4 бар на ступень, в основном для газов и защиты от попадания твердых частиц пыли и влаги.