Совершенствование конструкции и технологии изготовления резиноармированных манжет для работы в условиях динамического нагружения

Развитие современного машиностроения и транспортных средств выдвигает в ряд важнейших проблему обеспечения герметичности подвижных соединений деталей механизмов и машин.

Значительное распространение в технике получили ответственные герметизаторы устройств с вращательным движением ре-зиноармированные манжеты для валов,.

В связи с ростом требований, предъявляемых к манжетам по скоростям вращающихся валов, температурным пределам работоспособности, обеспечению стойкости к различным агрессивным уплотняемым средам и многим другим эксплуатационным факторам, проблема обеспечения промышленности надежными и качественными резиновыми уплотнителями становится все более актуальной, для обеспечения технического прогресса во всех отраслях машиностроения необходимо постоянное совершенствование конструкции и технологии изготовления резиновых манжетных уплотнителей,.

Эти усовершенствования, в свою очередь, требуют развития научных представлений о механизме герметизации и причинах отказов манжет в эксплуатации, разработки новых методов расчета, их упругих характеристик и прогнозирования сроков службы,.

Как показано в работах зарубежных и отечественных авторов и, прежде всего, Юровского в, С, с сотрудниками, важнейшим параметром качества манжет, определяющим их работоспособность, является радиальное усилие, Однако расчеты и экс р — периментальные определения этого параметра проводились ранее преимущественно в статических условиях, без должного учета динамических Факторов,.

Большое значение приобретают также работы по модификации резиновых уплотнителей, так как позволяют повысить их качество без изменения рецептуры традиционных эластомерных композиционных материалов,.

Целью настоящей работы являлось установление закономерностей изменения радиального усилия манжет в условиях, приближенных к эксплуатационным, разработка новых инженерных методов расчета радиального усилия и прогнозирования сроков службы, усовершенствование на этой основе конструкции и технологии изготовления манжет.

Установление новых закономерностей в механизме герметизации манжетами, вынесенное нами в цели работы, означает прежде всего развитие представлений о радиальном усилии как характеристическом параметре при условии его определения в динамических условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации,.

В результате учета биения вала и других динамических факторов, действующих в уплотнительных узлах, удалось впервые предложить адекватные математические модели для определения характеристического параметра манжет и проргнозирова-ния сроков их службы.

На этой научной основе удалось также выполнить важные для практики исследования по созданию новой усовершенствованной конструкции резиноармированных манжет и применению метода их поверхностной модификации, что является определенньм вкладом в решение проблемы повышения качества резиновых уплотнителей, Эти исследования, как ожидается, принесут промышленности существенный техноэкономический эффект,.

Глава Литературный обзор

Рабочая эффективность уплотнителей характеризуется утечкой уплотняемой среды. Под долговечностью манжет понимается время устойчивой герметизации узла с их применением до превышения заданной величины утечек. На долговечность манжетных уплотнителей влияет около 30 параметров. Для столь многофакторной задачи необходимо было найти предпочтительно один комплексный параметр, учитывающий большинство из них. Таким параметром является радиальное усилие манжет Ш, для обеспечения герметичности системы давление в зоне контакта уплотнительного элемента с валом должно быть больше давления натекания рабочей среды. Давление уплотнительной среды должно уравновешиваться силами поверхностного натяжения жидкого смазывающего слоя между манжетой и валом, Уплотняемая среда является источником образования этого тонкого смазывающего слоя между манжетой и валом. Толщина пленки зависит от радиального усилия, вязкости уплотняемой среды, температуры, скорости скольжения, шероховатости поверхностей, Оптимальной толщиной смазывающей пленки считают такую, при которой образуется мениск с тыльной стороны уплотнения, Незначительное радиальное усилие обуславливает образование более толстой смазывающей пленки между манжетой и валом и появление утечек.

Таким образом, существует некоторое критическое радиальное усилие, ниже которого уплотнитель не выполняет своей основной функции — не обеспечивает герметизации.

Необходимость обеспечения определенного радиального усилия выше «предела герметичности» является первым и основополагающим принципом проектирования манжетных уплотнителей валов, В обобщенном виде принципы проектирования обоснованы и сформулированы в работах В, С. Юровского о сотрудниками [2, 3].

— у.

1.1. Расчеты радиального усилия.

Авторы большинства исследований резиновых манжет для валов объясняют трудности расчета радиального усилия следующими причинами Е4, с, 5!;

1. При контактировании манжеты с валом контактное давление по ширине контакта (в осевом направлении) распределяется по сложному закону. Как правило, удается приблизительно определить только среднее значение линейного контактного давления (иногда соответствующее экспериментально найденному максимальному значению).

2, Поскольку в любом уплотнительном узле имеет место некоторый статический эксцентриситет в зоне размещения герметизирующего устройства на валу и в корпусе, то контактное давление оказывается переменным по периметру вала, а также в каждой точке контакта.

Радиальное усилие по периметру герметизирующего элемента распределяется неравномерно по следующим причинам: а) внутренний и наружный диаметры манжеты непостоянныб) при запрессовке в отверстие корпуса манжета принимает размер отверстия, а частичное выдавливание слоя резины, закрывающего арматуру, изменяет конфигурацию всего сечения манжетыв) неравномерное контактное давление на манжету оказывает браслетная пружина в месте расположения ее замка. Замок браслетной пружины увеличивает местное контактное давление на 20%- г) неравномерное контактное давление может быть следствием неоднородности свойств резины и дефектов манжеты,.

3, В процессе работы под влиянием температуры, развивающейся при трении, и внешних воздействий изменяются физико-механические свойства материала манжеты,.

4, В процессе работы манжеты изменяется ширина зоны контакта манжеты с валом вследствие приработки и изнашивания поверхностей, а также перепада давления на манжете,.

5, При значительном изнашивании первоначальный профиль манжеты искажается.

Все эти трудности, которые большинство авторов не смогло преодолеть, связаны с тем, что в их распоряжении не было средств определения радиального усилия в динамических условиях,.

В связи с тем, что манжета является осесимметричным телом сложной формы, которая к тому же может изменяться в процессе работы, принято выбирать для расчета упрощенную модель манжеты в форме тела, ограниченного в сечении отрезками прямых линий. Существуют два направления моделирования манжеты. Первое направление, развитое в работе Г, Г, Давлетбаева [51, рассматривает элементарный участок манжеты, ограниченный бесконечно близкими осевыми сечениями как статически неопределимую балку о заделкой на одном конце и с подвижной опорой на другом, Принимают во внимание, что манжеты обычно изготавливают из высокоэластичного материала, и собственная жесткость конструкции мала, так что нагрузка через эластичный элемент передается на вал, Находят значения опорных реакций между манжетой и валом и полученные значения распространяют на весь периметр контактной зоны, то есть, по существу, рассматривают пластину с заделкой и опорой, нагруженную в «пролете» (плоское напряженное состояние).

На рис, 1.1 приведена геометрия манжеты.

Г, Г. Давлетбаев получил формулу для расчета составляющей контактного давления от давления уплотняемой среды:

8аА-созйа где рж — давление герметизируемой средыДр — перепад давления.

Если давление за манжетой равно атмосферному, то: от геометрических размеров профиля манжеты,.

Б, С. Цыбук с сотрудниками рассматривали Ей, 61 статическую составляющую контактного давления qCT, представляющую собой радиальное усилие Рст, приходящееся на единицу номинальной поверхности контакта Аа=2Лгва, которое может быть представлено в следующем виде: чст=Чупр+Чпр+Чдавл5 (1*2) где qynp3 Qnp" Одавл ~ составляющие контактного давления, обусловленные наличием предварительного натяга в манжеты на вал, воздействием пружины и давления среды, где упругая составляющая статического давления представляется в виде суммы:

1,3) где Qp — составляющая, возникающая от растяжения контактирующей с валом манжетыqH3r — от изгиба профиля на величину радиального натяга.

ЗДР1о.

Чдавл=Уж+.

1.1).

Рис. 1.1. Геометрические характеристики модельного профиля манжеты.

Можно принять во внимание растяжение не только контактирующей о валом части манжеты, но и связанного с ней конического участка профиля (!!ножкии), Тогда;

Ч=чупр+ар+Чизг+др, к.

Согласно работе В, Селла [4, с, 103:

I X.

Чр= (гвгма.

ВЕк 3 и.

Чизг=".

1,6) гвгма где Е — статический модуль упругости резины при растяжении. Согласно работе Г. А. Голубева [73: КЕВ10 др, к=Аг.

ГвйУ.

1п.

Гм.

ГМ.

Окончательно получим: ВЕ У п (С, чупр=АаР к3.

Ао= гвгм где Р=па,.

41 з к1о.

— А1:

С1,9).

1Л0) гва.

Безразмерные коэффициенты А1 и А2 зависят только от геометрических характеристик профиля манжеты, Контактное давление Чупр возрастает с увеличением модуля Е, средней толщины профиля к, предварительного натяга В и уменьшается при возрастании радиуса вала гв, ширины зоны контакта а, высоты конической части 1 и параметра у, характеризующего коническую часть манжеты.

Согласно работе А, В, Важзмана С4, с, 103: 5.

Чпр=-Аз, (1.11) гБа где Т — осевое усилие пружины при растяжении, соответствующем изменению радиуса кольца пружины ВПр при установке ее на манжетуU.

3 — +11 -1 12.

Аз=.

1−1 г — +1 lo где Аз — безразмерная константа, зависящая от места расположения пружины на манжете,.

Контактное давление апр возрастает при увеличении нагрузки Тпоследнее может быть достигнуто, например, за счет увеличения удлинения пружины ДЬ путем уменьшения начальной длины LH* При увеличении радиуса вала гв, ширины зоны контакта, а и отношения I1/I2 давление qnp уменьшается, В результате получена формула для расчета цСт^ BE Т.

Чст-Ag—+Аз-А4Рж (1Л2) а гва.

В работе Г, М, Бартенева о сотрудниками С?] предложена следующая формула для расчета радиального усилия Ррад:

Ррад=Рс+Рпр+Рд5 (1.13) где Fc — «собственная» составляющая (создается на контакте за счет натяга манжеты на вал) — ГПР — определяется усилием обжима кольцевой спиральной пружиной, передаваемым на вал через манжетуРд — усилие, возникающее за счет давления уплотняемой среды,.

Для определения Fc подразделяют уоовую часть манжеты на два элемента (рис, 1,2) — «кольцо» 1 и «ножку» 2, Поэтому Fc рассматривается как составляющая радиального усилия от «кольца», имеющего посадочное растяжение, и Рн — от прижатия к валу части ножки, работающей на изгиб,.

Гк-Кряг1,.

1 Д4).

5Е равн где р=г.

1+(г/Ю2.

1-{г/й)2 где 5 — величина натяга манжеты на валЕравн — статический условно-равновесный модуль упругости резины- 1 — толщина кольцац, — коэффициент Пуассона для резины.

Усилие Рн было рассчитано авторами, которые представляли усовую часть манжеты как консоль переменного сечения (рис, 1,3), которая имеет соответственно участкам (высотой Ь.1 и На) два участка о моментами инерции 1± и 1й: 5.

Рн= п ь з 1 3.

ЗЕН ЗЕ.

II ь —а-1)+— 8611 ' 8012.

1 Л5) где ?3 — модуль сдвига резины,.

Формула для расчета РПр была получена в работе С?], Манжета закреплена консольно (рис, 1.4), опирается на вал свободным концом и нагружена сосредоточенной силой РПр, В результате была получена формула: щз/ 3 прг и 3.

311 а.

1 Л6) где Ц — осевое усилие растяжения пружины при заданной ее деформации (0=Р*/2%) Р* - радиальное усилие кольцевой спиА 4и V N гшг к.

Рис. 1.3. Схема для расчета усилия от изгиба «ножки» V.

Рис. 1.4. Схема для расчета усилия, передаваемого через манжету пружиной.

Для расчета Рд в работе Эркенова А, Ч. о сотрудниками [8] была предложена следующая Формула:

Рд=-ттг1, (1.17).

Авторы вышенавванной работы опять же рассматривали манжету в виде плоского элемента.

Вышеприведенные формулы не дают точных значений, совпадающих с экспериментом, так как значения радиального усилия, полученные по ней, предлагается распространить на весь периметр манжеты, хотя на самом деле радиальное усилие распределяется по периметру контакта неравномерно. Радиальное усилие РуПр, возникающее при установке манжеты на вал о радиальным натягом В, переменно по окружности вала, если имеется статический эксцентриситет о3 — расстояние между осью вращения вала и осью внутреннего диаметра манжеты в собранном узле, В результате натяг (рис, 1,5):

В3=0+б3*сз1п Ф (1,18).

Приближенно учесть это обстоятельство можно, подставив в формулу (1.7) значение натяга, определяемого выражением (1,18),.

Вышеназванные работы рассматривают манжету в виде плоской модели и не учитывают динамического режима работы манжеты, в то время как манжета представляет собой объемное тело и работает в динамических условиях.

Второе направление заключается в моделировании манжеты осесимметричной оболочкой. Модель манжеты в виде короткой цилиндрической тонкостенной оболочки с заделкой с одной стороны и опорой — о другой для определения контактного давления от воздействия различных силовых факторов впервые проа.

Рис. 1.5. Изменение натяга при статическом эксцентриситете нализирована в работе Г, А, Голубева [9].

В работе рассматривались, исходя из принципа независимости действия сил, три задачи об определении реакций опоры при нагружении оболочки: только внешним давлением рж (задача 1), 'только неизвестной силой, вызывающей радиальное перемещение края оболочки, равное натягу в (задача 2), и только сосредоточенной равномерно распределенной по окружности силой з «в пролете» оболочки (задача 3). Схема оболочки представлена на рис, 1.6.

В работе были приняты следующие допущения:

1) давление равномерно распределено по окружности вала и ширине зоны контакта;

2) материал оболочки изотропный, однородный, подчиняющийся закону Гука;

3) гипотезы, характерные для теории ооеоимметричной деформации: гипотезы: неизменности нормали, об отсутствии взаг имного надавливания слоев оболочкикроме того, считали, что перемещения точек оболочки малы по сравнению с ее толщиной,.

В связи с отмеченными допущениями решение можно считать приближенным, пригодным для ориентировочной оценки,.

В работе Голубева Г, А, С4, с, 22] были выведены формулы для расчета составляющих чет с использованием фундаментальных функций академика А, Н. Крылова У^(кох). Они представляют собой линейные комбинации тригонометрических и гиперболических функций, ко — параметр, зависящий от размеров цилиндра: щшщшш^ / 1 У.

1 ————. —1 да— -^ -> а. 8.

ЖВДЩЗШШ.

6а. Схема модели ободочки дли задачи 1.

Рис. 1.66. Схема моДели оболочки для задачи 2 У т 1 3 г 1 р {Ч ! У.

Сг I.

Ш-— г м 1.

Г 5 / N я.

Щ Г.

Рис. 1.6 В. Схема модели оболочки для задачи 3 кп= зц-м2).

¼.

Здесь д. — коэффициент Пуассонаг, 5о поверхности и толщина оболочки, Задача 1 (рис, 1,6а):

Рж .

1 Д9) радиус средней.

Чдавл=0*2(г5о) Фцавл=У1.

½.

— давл у32+у12-у1 * У2-У1У2−4У3У4.

У2У3-у1У4 а X х я /.

— 4 У4.

Задача 2 (рис, 1,66):

УоУз-У^Уд.

— 4¥-о.

Чупр-и•?

5о г.

Л^УПР, а Ф упр1.

У1У4-УгУз ри.

Задача 3 (рис, 1,6в) Т.

Чпр= —ч-'пр га.

ФПР=Ф4Ф11+Ф5Ф1П.

1,20) (1,21).

1,22).

1.23).

1.24) ф1=.

4У3?+У12 ф4=4Ф?У2−4Ф1У3−4?4- ;

VIV3+4V4й у1У4-У2уу3 У1У2+4УОУ4.

— Ф?=——.

4УзУ4+У1УЗ Ф2=— Ф'3:

4У1уд-4У2У3.

4У4г+у2й.

4У1У4−4У2УЗ' у12+4у2⁴⁵ У1й+4У2У4' У1Й+4У2У45.

Фд=.

У1у3-У2^.

Фю=.

У1^+У2У4″ .

Ф2+Ф6)Фд+ (ф1-ф3)ф7 ф2+ф6)(|2+Фд)-ГФ3-Ф7)СФ1-Ф8).

Ф-11=.

Ф2+Фб) (ф2+фд)-(ф3-ф7) (Ф1-Ф8).

Функции Фдавл5 Фупр3 Фпр зависят только от геометрических параметров рассматриваемой оболочки.

В связи о увеличением толщины, а, следовательно, и поверхности контакта о ростом внешнего давления по линейному закону давление пст уменьшается при возрастании РЖг хотя радиальное усилие при этом возрастает. Данная работа рассматривает манжету как оболочку, но опять же не учитывает динамических условий ее работы, Формула не учитывает также статического эксцентриситета вала.

В работе Теасте А, А, [10] манжету моделировали конической оболочкой или двумя коническими оболочками в зависимости от Формы профиля манжеты. Полученные в этой работе системы линейных алгебраических уравнений для определения постоянных, входящих е формулу для определения радиального усилия, решались на ЭВМ, К сожалению, до получения численных значений радиального усилия расчеты не доведены,.

Все известные расчеты основаны на предположении, что материал эластичного элемента является несжимаемым, а деформация его в исследуемых пределах описывается линейной теорией упругости.

Все известные методики расчета радиального усилия являются приближенными,.

При работе машины в манжетном узле происходят процессы, которые чаще всего являются нежелательными:

1) физико-механические и химические процессы взаимодействия и изменения поверхности при трении:

2) коррозия поверхности вала в зоне расположения рези-но-армированной манжеты в присутствии рабочей жидкости, атмосферной влаги и смазки [111;

3) иэменение механических свойств материала под влиянием температуры, герметизируемой среды, кислорода и озона воздуха, радиации и т. д.;

4) развитие во времени деформационных процессов в резине (например, для формирования фактической и номинальной поверхности контакта необходимо времяпроисходят реологические явления в материале манжеты — релаксация напряжения и ползучесть [123);

5) колебания герметизирующего элемента манжеты, которые стимулируют усталостные процессы в ней, приводят к увеличению износа, способствуют повышению температуры за счет гиотерезионого тепловыделения в резине [11,13],.

Рассмотрим «упорядоченные» колебания, вызываемые динамическим эксцентриситетом вала 5, который представляет собой расстояние между осью симметрии вала, на который устанавливается манжета, и осью вращения при рабочих оборотах вала. Если пренебречь незначительными колебаниями положения оси вращения в процессе работы, то величину 2д можно рассматривать как максимальное значение динамического биения поверхности вала, которое создает дополнительную, переменную во времени нагрузку в любом оечении уплотнительного элемента, В некоторых условиях при значительном биении вала «ус» манжеты перестает точно следовать за поверхностью вала, контакт манжеты о валом нарушается, образуется зазор между уплотняющими поверхностями, т. е. создаются условия для утечки, Даже при отсутствии зазора изменяется распределение контактного давления, Биение вала приводит к тепловыделению в манжете вследствие гистерезисных потерь в материале, повышенному износу и появлению утечки, Добавление изменяющегося во времени напряжения к статическому напряжению резко снижает долговечность полимерного материала С14].

Радиальное биение точки манжеты относительно статического положения [4, с, 263:

Д=5 Sin tot, (1.25) где w — скорость вращения вала, о-1- t — время, о.

Формула для динамической составляющей в случае идеально упругого материала имеет вид С4, с, 263:

Чдин=Чд, изг+Ярез+Чин+Чгидр, 1+Чгидр, 2, U .26).

В этой формуле приняты следующие обозначения:

1) Чд. изг ~ составляющая, обусловленная дополнительным изгибом профиля манжеты на величину перемещения 25: k3Ei ад, изг=—о—5-A-sin tot, (1.27).

4г-а где Ei — динамический модуль упругости резиныk, 1, а — размеры профиля манжеты,.

2) преэ — составляющая, обусловленная усилием при деформации резины в процессе радиального перемещения:

1-зе qpe3=-Eiо sin wt, (1.28) h где h — усредненная толщина контактирующей с валом части губы в положении Д=-5- т — нешторый коэффициент,.

3) Сил ~ составляющая, определяемая инерционными силами при радиальных синусоидальных перемещениях некоторого участка манжеты массой М, Величина сИн определена без учета взаимодействия этого участка манжеты с соседними участками, Для усовершенствованного расчета принимаем, что масса М равна всей массе уса манжеты:

1+а.

Uhw=—ШлО Sin iot, (1,29).

4ЯгЕа.

4) Чгидр, i i Чгидр.2 составляющие от действия гидродинамических сил в слое жидкости между валом и рабочей поверхностью манжеты и уплотняемой жидкостью (с внешней стороны этого элемента), Этими составляющими динамической нагрузки можно пренебречь при отсутствии утечки и достаточно больших размерах полости над колеблющимся элементом,.

Окончательно получаем:

Чдин=К5 sin cot k3Ei 1-аб 1+зе ч v d, 30).

К= —±E-i± Mto?'.

4 Г-a h 4лгва.

В приведенной схеме расчета не учитываются связи рассматриваемого участка манжеты с соседними, а самому участку приписывается масса, равная массе всего эластичного элемента манжеты,.

Вводят дополнительную составляющую контактного давления Чсв от упругих связей участка с соседними участками:

1+ае)ЬЕ10лз1п.

Чсв=—(1,31) гв (2г?+Ь).

Но данные формулы не учитывают динамическое оиение вала и содержат константы неизвестной природы,.

Упругая деформация, подчиняющаяся закону Гука, распространяется со скоростью звука, При деформации же резины, находящейся в высокоэластическом состоянии, проявляются реологические свойства материала: общая деформация складывается из упругой деформации, происходящей практически мгновенно, и высокоэластичеокой, зависящей от температуры и времени.

У, Фойгт [153 при расчете радиальных герметизаторов вывел следующую формулу: q (t)=—(Ai*exp (bit)+Ag^exp (bgt)+Аз*ехрС bgi)+Адлехр С b4t) С1.32) агв.

1. 1 Д1 где bi= - - + / - -hiЬ2= - - - / — -m ;

2 |/ 4 2 у 4 Е1Е3 Ез Ei Ei m=-. i=—ь-h— з.

И2″ 03 «?13 Ш TI3 Ai5Ag, A3, Ад — постоянные интегрирования, которые рекомендуется находить методом приравнивания коэффициентовё. — осевой размер герметизирующего элемента.

Формула (1,32) не отражает влияния на радиальное давление в динамике геометрических параметров профиля манжеты, а также действия таких факторов, как кольцевая пружина, давление герметизируемой среды.

Физически обоснованные макроскопические механические модели линейных и структурированных полимеров разработаны Г, М. Бартеневым и Ю, В, Зеленевым [163, В расчетах Один может быть использовано предложенное в указанной модели уравнение, описывающее деформационное поведение структурированного полимера в высокоэластическом состоянии: d6 Ei de E-iE + — =Eq —f- -s, (1,33) dt 'Щ dt Til где 6 — напряжениеs — деформация.

При вынужденных колебаниях кромки манжеты, когда явления «отрыва» нет, решение этого уравнения упрощается в связи с тем, что закон изменения деформации и скорости изменения деформации по времени может быть выражен через размер манжеты h, коэффициент ж и закон изменения радиуса,.

Поскольку при трении манжет температура резины возрастает, необходимо учитывать также изменение упруго-вязких свойств материала в процессе работы. Соответствующие разделы теории линейного упруго-вязкого тела и сопротивления упруго-вязких материалов разработаны недостаточно.

Зависимость погонного радиального усилия в любой точке контакта уплотнительной кромки манжеты от величины биения вала в динамическом режиме описывается уравнением, описанным в работе В, К, Коморницкого-Кузнецова о сотрудниками С173:

Гд=РСт+КЕдВд sin (фо+tó-t), (1,34) где Рд и FCT — погонное радиальное усилие в динамическом и статическом режимах соответственноЕд — динамический модуль материала манжетывд — эксцентриситет вала в динамическом режимефо — угол поворота стаканаК — коэффициент пропорциональности, характеризующий жесткость конструкции манжеты. Минимальное радиальное усилие манжеты в динамическом режиме равно С17] i.

Рд, mi n=K[Е (о-В)-ЕдВд]+Р, (1,35) где 5 — радиальный натяг манжеты с пружинойЕ — условно-равновесный модуль материала манжетыВ — эксцентриситет посадочного местаР — погонное радиальное усилие пружины. Но в данных формулах неизвестна константа К, X, Исивата и Ф. Хирано вывели Е18] формулу для расчета траектории движения точек рабочей кромки манжеты. Для этого был проведен следующий эксперимент. Условия испытаний были следующими: радиальный натяг уплотняющей губы в пределах 2 мм5 величина эксцентриситета в пределах 0,8 мм} скорость вращения вала в пределах 6000 об/мин, Для получения различных величин натяга было использовано несколько валов с различными диаметрами. Эксцентриситет создавался смещением центра вала относительно наружной поверхности на величину 5/2.

Были выбраны две разновидности условий образования масляной пленки и исследовано их влияние: 1) тонкая пленкакогда стирается прилипшее к валу масло: 2} толстая пленкакогда масло непосредственно подается к уплотняющей губе.

Для проведения экспериментов использовалась стандартизованная аппаратура БАЕ (общество инженеров-транспортников). Для облегчения наблюдений уплотняющая губа установлена наружу (то есть наоборот относительно принятого положения). В переднюю поверхность губы были вкраплены частицы стекла размером 10−20 мкм для облегчения регистрации ее движения. Трат ектории частиц за оборот вала регистрировались на микрофотографиях, Для освещения применялся конденсированный белый свет. Время экспозиции было равно 1/30 с. Частицы в поле зрения выглядели как блестящие точки, и траектории их движения фотографировались в одной и той же фазе.

На оснований теории тонкостенных оболочек при пренебрежении жесткостью и массой губы манжеты было выведено уравнение траектории движения губы манжеты: у=Аг+В|/1-г2 (1,36).

3/2 /.

ЕР 1 Ь гг.

А" .

3/2.

Игр п Ь' ш 1.

3/2 ъ.

Ь' в=.

3/2 2.

Изе я ь ь1 з.

1 гь ' 1 11' 1+1' 1 -1 1 1' г г Ь' } гг г 3 г / 3 г / 3.

Зп .-" .

Гг где Г — коэффициент тренияV — частота,.

Это — эллиптичеоая кривая о главной осью, наклоненной к оси г на угол агс^А,.

Ф. Хирано установил следующую зависимость [193: г.

ДО Е.

1+Ь) (1,37) где ес — биение вала, при котором уплотняющая кромка манжеты перестает следить за валом и герметичность нарушаетсяДОнатяг манжетыЕ и Е* - статический и динамический модули упругости резиныЬ — безразмерный коэффициент, зависящий от размеров уплотняющей кромки, коэффициента трения и окружной скорости вала,.

А, М. Фоманин и В, И, Максименко [?01 предложили критериальную зависимость критического начального контактного напряжения, а от среднеарифметического значения условно-равч новесного модуля упругости резины при сжатии:

Д=4.5*10~3Е~2+0.08. (1"38).

Ее рекомендуется использовать при оценке работоспособности или надежности любых резиновых уплотнителей в газообразных неагрессивных средах. В других условиях необходимо проверять возможность ее применения или получать аналогичные зависимости, учитывающие специфику воздействия среды на резиновый уплотнитель в составе сборки (узла или агрегата в целом). Таким образом, эта Формула имеет также ограниченное применение.

А, М, Фоманин и А. А. Удовенко С21] рассматривали манжету как тонкостенную цилиндрическую оболочку, стягиваемую пружиной, Они вывели формулу для расчета давления манжеты на вал а:

ЕРД Е.Т.

— -ти! (з.2−1)ооз 1ф5 (1,39).

2гЛ ггде Е — модуль упругости материала манжетыР — площадь поперечного сечения губы манжетыг — радиус осевой линии губыД — диаметральный натяг губыл — момент инерции поперечного сечения манжетыД1 — амплитуда деформации;

1 — порядок деформации (овальность, трехграннооть, че-тырехграннооть и так далее),.

Но непонятно, как рассчитывать площадь сечения губы манжеты и момент инерции поперечного сечения манжеты, Эти же авторы показали, что 1=2,.