уплотнение неподвижного соединения

Формула изобретения

1. Уплотнение неподвижного соединения, содержащее детали с уплотнительными поверхностями, образующими кольцевую канавку, и размещенный в ней уплотнительный упругий элемент с выступами на наружной поверхности, отличающееся тем, что указанные выступы выполнены в виде полуокружностей, центры которых расположены на вспомогательной окружности, диаметр которой меньше диаметра вписанной в кольцевую канавку окружности, при этом полуокружности сопряжены между собой дугами дополнительных окружностей таким образом, что дополнительные окружности соприкасаются со вспомогательной окружностью, на уплотнительной поверхности меньшего диаметра выполнено кольцевое сегментовидное углубление, радиус сегмента которого в 2 раза меньше ширины канавки, а общая глубина канавки превышает высоту сечения уплотнительного элемента.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что диаметр вспомогательной окружности составляет 0,70-0,85 диаметра вписанной в кольцевую канавку окружности.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен из материала на основе кремнийорганических полимеров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в гидропневмоаппаратуре, работающей в условиях циклически изменяемых нагрузок и температуры.

Известно уплотнение неподвижного соединения, содержащее детали с уплотнительными поверхностями, образующими кольцевую канавку, и размещенный в ней уплотнительный элемент в виде упругого кольца с клиновыми выступами на наружной поверхности (SU № 1691632 А1, МПК⁵ F 16 J 15/02, 1991).

Технический недостаток известного уплотнения неподвижного соединения - повышенная сложность изготовления уплотнительного элемента и ограниченные функциональные возможности ввиду размещения элемента в канавке с наклонными боковыми сторонами.

Известно также уплотнение неподвижного соединения, содержащее детали с уплотнительными поверхностями, образующими кольцевую канавку, и размещенный в ней упругий элемент с выступами на наружной поверхности (см. Кондаков Л.А. Уплотнения гидравлических систем. - М.: Машиностроение, 1972, с.96, рис. 47, а).

Технический недостаток данного уплотнения - недостаточно высокая долговечность и ограниченные функциональные возможности вследствие уплотняющего действия небольшими участками и невозможность дополнительной ориентации (с повышением уплотняющей эффективности) в специальном углублении кольцевой канавки, а также вследствие выполнения из обычной резины; имеет место частичное выдавливание резины в уплотняемый зазор, что дополнительно снижает долговечность уплотнения.

Техническая задача - повышение долговечности и расширение функциональных возможностей.

Согласно изобретению выступы на уплотнительном элементе выполнены в виде полуокружностей, центры которых расположены на вспомогательной окружности, диаметр которой меньше диаметра вписанной в кольцевую канавку окружности, при этом полуокружности сопряжены между собой дугами дополнительных окружностей таким образом, что дополнительные окружности соприкасаются со вспомогательной окружностью, на уплотнительной поверхности меньшего диаметра выполнено кольцевое сегментовидное углубление, радиус сегмента которого в 2 раза меньше ширины канавки, а общая глубина канавки превышает высоту сечения уплотнительного элемента. Наряду с этим диаметр вспомогательной окружности составляет 0,70-0,85 диаметра вписанной в кольцевую канавку окружности; уплотнительный элемент выполнен из материала на основе кремнийорганических полимеров.

На фиг. 1 изображен общий вид уплотнения неподвижного соединения, в разрезе; на фиг. 2 - фрагмент уплотнительного элемента в разрезе; на фиг. 3 - схема построения сечения уплотнительного элемента; на фиг. 4 - уплотнение в процессе работы, в разрезе.

В уплотнительной кольцевой канавке 1, образованной уплотнительными торцовыми поверхностями 2 и 3, фигурной 4 и цилиндрической 5 поверхностями деталей 6 и 7, размещен уплотнительный упругий элемент 8 с выступами 9 на наружной поверхности (в сечении). Количество выступов может быть равно четырем, выступы расположены, как правило, по углам кольцевой канавки 1. Выступы 9 выполнены в виде полуокружностей 10, центры 11 которых расположены на вспомогательной окружности 12. Диаметр последней меньше (составляет 0,70-0,85) диаметра вписанной в кольцевую канавку 1 окружности 13. Полуокружности 10 сопряжены между собой дугами 14 дополнительных окружностей 15 таким образом, что дополнительные окружности соприкасаются со вспомогательной окружностью 12. На уплотнительной фигурной поверхности 4 меньшего диаметра (по сравнению с цилиндрической поверхностью 5) выполнено кольцевое сегментновидное углубление 16. Радиус R сегмента углубления в 2 раза меньше ширины b канавки 1 (2R=b). Общая глубина Н канавки превышает высоту h сечения уплотнительного элемента 8 (H>h). Уплотнительный элемент может быть выполнен из материала на основе кремнийорганических полимеров - на основе “силиконовой” резины (с необходимыми добавками).

Уплотнение неподвижного соединения работает следующим образом. Уплотнительный упругий элемент 8 устанавливается в уплотнительную кольцевую канавку 1, образованную деталями 6 и 7, при этом выступы 9 в виде полуокружностей 10 располагаются по углам канавки. Сегментовидное углубление 16 на уплотнительной фигурной поверхности 4 детали 6 (меньшего диаметра) сначала - при отсутствии внешнего давления - взаимодействует с двумя выступами 9 своими краями, примыкающими к торцовым поверхностям 2 и 3 кольцевой канавки 1. В этом (свободном) состоянии все выступы 9 уплотнительного элемента 8 имеют незначительную деформацию и соприкасаются со всеми уплотнительными поверхностями 2-5 уплотнительной кольцевой канавки 1 (фиг.1), сегментовидное углубление 16 фиксирует уплотнительный элемент 8 в канавке 1 относительно детали 6.

Под действием внешнего, циклически изменяющегося давления р рабочей среды (переменной температуры) уплотнительный элемент 8 частично разворачивается (фиг. 4), вследствие чего нижние выступы 9 скользят по фигурной поверхности 4 радиуса R, при этом выступы, кроме нижнего левого, деформируются, обеспечивая уплотнительный эффект. И чем выше давление р рабочей среды, тем больше деформация выступов 9 и герметизирующая способность уплотнительного элемента 8. Этому способствуют и повышенные упругие свойства материала уплотнительного элемента - “силиконовой” резины. Наряду с деформацией выступов 9 происходит их частичное сжатие, поскольку “силиконовая” резина обладает свойством сжимаемости и имеет более низкий коэффициент трения по металлу. Указанные свойства “силиконовой” резины в сочетании с описанной конфигурацией уплотнительного элемента 8 и его некоторого разворота за счет наличия в канавке 1 сегментовидного углубления 16, обеспечивают не только надежное уплотняющее действие, но и предотвращают выдавливание резины в уплотняемый зазор, что видно на фиг. 4.

Таким образом, конфигурация наружной поверхности уплотнительного элемента 8, достигаемая выступами 9, сформированными полуокружностями 10 и дугами 14 дополнительных окружностей 15, соприкасающихся со вспомогательной окружностью 12, наличие в уплотнительной кольцевой канавке 1 кольцевого сегментовидного углубления 16, а также выполнение уплотнительного элемента из специального упругого и частично сжимаемого материала обеспечивают:

1) приспособляемость уплотнительного элемента к внешней нагрузке - давлению р рабочей среды;

2) частичный разворот уплотнительного элемента в канавке 1 и “уход” одного из выступов 9 от уплотняемого зазора;

3) разворот уплотнительного элемента относительно центра своего сечения как следствие выполнения условия 2R=b и Н>h;

4) ограниченные деформации выступов 9 при отсутствии деформации сердцевины уплотнительного элемента;

5) сжатие выступов 9 наряду с их деформацией;

6) высокий уплотняющий эффект, достигаемый не за счет “раздавливания” уплотнительного элемента.

Все это способствует повышению долговечности и расширению функциональных возможностей уплотнения.