Кільця круглого перетину
Гумові кільця круглого перетину (O-Ring) (рис. 1) широко застосовуються для ущільнення штоків і поршнів, що здійснюють зворотно-поступальний рух. Однак вони можуть використовуватися для герметизації нерухомих з'єднань, як як радіальних, так і осьових ущільнень. Такі кільця встановлюють на кришки, труби, циліндри, фланці, ковпачки. Правильно підібране нерухоме ущільнення утримує тиск до 1000 бар.
Мал. 1 Кільце круглого перетину
Поперечний переріз кільця у вільному стані має форму, близьку до кола (рис. 2, а). Зазвичай кільце встановлюється в посадочне місце з попередніми поджатием (рис. 2, б), при цьому перетин набуває форму еліпса. Ефект ущільнення виникає в результаті осьової і радіальної деформації перетину кільця під впливом надлишкового тиску (рис. 2, в).
Мал. 2 Механізм ущільнення
При збільшенні тиску гума глибше врізається в ущільнюється кільцевої зазор (рис. 3, а). У підсумку це призводить до пошкодження ущільнення. Тому в статичних ущільненнях при тиску до 16 МПа застосовують гуму з твердістю 70 одиниць по Шору A, понад - 90 одиниць по Шору A. Введення в систему ущільнення наполегливої кільця (рис. 3, б) формує гладку форму перетину ущільнення при дії тиску, запобігаючи випинання гуми в кільцевої зазор. Саме кільце ущільнюючої функції не несе. Вперте кільце збільшує граничний тиск для ущільнення, дозволяє застосовувати ущільнення з меншою твердістю і компенсувати перепади температур.
Мал. 3 Вперте кільце
Кільця круглого перетину стандартизовані. На жаль, стандарти різних країн не гармонізовані між собою. Крім того, провідні виробники можуть випускати кільця власних розмірів. У таблиці 1 наведені розміри найбільш поширених кілець круглого перетину (? D2 на рис. 1), що пропонуються на ринку СНД.
Мал. 4 Установка кілець
Кільця круглого перетину можуть встановлюватися як радіальні (рис. 4, а), так і як осьові ущільнення (рис. 4, б). При радіальної установки ущільнюючої поверхнею може бути зовнішня чи внутрішня частина кільця. У першому випадку канавка розташовується в яку охоплює деталі, у другому - в деталі, що охоплює.
При осьової установки (рис. 4, б) необхідно враховувати напрямок дії тиску. При внутрішньому тиску ущільнює зовнішня частина кільця, при зовнішньому - внутрішня.
Матеріали для виготовлення кілець
Найважливішим параметром при виборі ущільнення є матеріал, з якого він виготовлений. Для кілець круглого перетину застосовують такі типи гуми: бутадієн-нітрильних каучук (NBR); гидрірованний бутадієн-нітрильних каучук (HNBR); поліакрилових каучук (ACM); хлорпренового каучук (CR); силіконовий каучук (VMQ); фторкаучук (FKM) і ін. Вибір матеріалу залежить від умов, в яких працює ущільнення. Для більш детальної інформації необхідно звернутися до технічної документації виробників.
Ущільнення кріпильних виробів
Різьбові з'єднання звичайної точності негерметичні. Для ущільнення кріплення виробники пропонують спеціальні композитні шайби, що мають металеву і гумову частини (рис. 5, а). Металева частина такої шайби при затягуванні болта створює упор, що оберігає гуму від розплющування (рис. 5, б). Виробники (Simrit, Trelleborg) пропонують подібні шайби для болтів і гвинтів для різьблення від М3 до М125.
Мал. 5 Ущільнюючі шайби для болтів і гвинтів
У разі установки шпильок застосовуються ущільнюючі шайби іншої конструкції (рис. 6, а). Ущільнююча крайка шайби має клинові виступи і при затягуванні приймає форму западини різьблення. Ущільнення відбувається як по торцевій поверхні гайки, так і по різьбі (рис. 6, б). Діапазон розмірів таких шайб порівняно невеликий: від М3 до М24.
Мал. 6 Ущільнюючі шайби для шпильок
Такі уплотняющие шайби використовуються в парі зі стандартними кріпильними виробами. Існує й інший підхід до герметизації різьблення. Для ущільнення використовуються стандартні кільця круглого перетину, що поставляються разом із спеціальними гвинтами, болтами або гайками (рис. 7, а).
У голівці кріплення виконана канавка для кільця круглого перетину. При затягуванні різьблення (рис. 7, б) кільце деформується до тих пір, поки не відбудеться торкання торця головки з поверхнею прикріплюється деталі. Таким чином, гумове кільце охороняється від пошкодження осьовою силою, але в той же час ущільнює стик.
Мал. 7 Гвинти з ущільнюючої шайбою
Такий самоуплотняющийся кріплення пропонують фірми APM, Long-Lock Fasteners. В асортименті продукції гвинти з напівкруглою (рис. 8, а) і потайною головками (рис. 8, б), болти з шестигранними головками (рис. 8, в), гайки (рис. 8, г). Дуже часто на такий кріпильний елемент наноситься анаеробний різьбовій фіксатор, що оберігає з'єднання від самовідгвинчування.
Мал. 8 Види кріплення з ущільненням
Для ущільнення опорного вузла вала, що не виходить за межі корпусу, застосовують кінцеві кришки (рис. 9). Кришка являє собою циліндричну пробку з покриттям з еластомеру. На рис. 9 представлені два типи подібних пристроїв: із зовнішньою оболонкою з еластомеру (рис. 9, а) і з комбінованою (еластомер і метал) зовнішньою оболонкою (рис. 9, б).
Мал. 9 Ущільнюючі кришки
На рис. 10, а представлена конструкція опорного вузла з кришкою і ущільнюючої прокладкою, а на рис. 10, б - ущільнююча кришка з еластомером. Очевидно, що при виконанні тієї ж функції, що ущільнюють кришки з гумою спрощують вузол в цілому.
Мал. 10 Установка кришок
Виробники (Simrit, Trelleborg) пропонують кришки з зовнішнім діаметром 18 ... 180 мм. Допустиме надлишковий тиск для кінцевих кришок - до 0,05 МПа, робоча температура (залежить від матеріалу) - -40 ° C ... + 200 ° C.
Для забезпечення герметичності плоскі стики найчастіше ущільнюють листовими прокладками (рис. 11, а), прокладками з формованої гуми (рис. 11, б) або вже знайомими нам кільцями круглого перетину (рис. 11, в). До недоліків таких пружних прокладок відносять: релаксацію або продавлювання прокладок під дією стискаючого навантаження; високі вимоги до чистоти обробки поверхонь, що сполучаються; необхідність в позиціонуванні прокладок, оскільки під дією навантаження вони можуть зміститися; необхідність порівняно великих зусиль для герметизації, які можу привести до прогину фланців.
Мал. 11 Види ущільнюючих елементів
Альтернативою цим ущільнюючим елементів є герметики, які наносяться на стик в рідкому вигляді, а потім тверднуть. Давно використовується технологія формування прокладок в місці стику, при якій рідкий герметик наносять на одну з фланцевих поверхонь безпосередньо перед складанням. У момент затягування стику герметик розподіляється між фланцями, заполоняє зазори, порожнини, подряпини, нерівності і т.д. Після монтажу герметик твердне і утворює герметичну плівку. Це так звані прокладки, сформовані на місці. На цьому ринку активно діють фірми Loctite, Euroloc і інші.
Розрізняють жорсткі (рис. 12, а) і еластичні (рис. 12, б) стики. У машинобудуванні зустрічаються завдання ущільнення стиків типу «метал по металу» з дотриманням точного взаємного розташування стикуються деталей. Такі стики називають жорсткими. До них відносяться, зокрема, сполуки частин корпусів з опорами ковзання і кочення. Наприклад, на рис. 12, а зображена частина редуктора, в якому підшипники кочення розташовані в корпусі і кришці. Ущільнення прокладками з м'яких матеріалів в таких випадках не застосовується, тому що пов'язане з більшим чи меншим зміною відстані між ущільнюються деталями, і, отже, призводить до викривлення форми посадочного отвору підшипника.
Для ущільнення подібних місць використовуються анаеробні герметики (рис. 13, а). Анаеробні склади - однокомпонентні матеріали, які тверднуть при кімнатній температурі у відсутності кисню. Клей залишається рідким до тих пір, поки знаходиться в контакті з атмосферним киснем. При його відсутності відбувається швидке затвердіння - особливо при одночасному контакті з металом. Іони склеюваного металу виступають каталізатором реакції полімеризації.
Мал. 13 Нанесення ущільнюючого складу
Переваги герметизирующих складів перед листовими прокладками: відсутність деформації прокладки і щільний контакт між металевими поверхнями фланців; забезпечення точного взаємного розташування деталей без допусків на товщину прокладки; збільшення міцності вузла в цілому за рахунок адгезії; зниження вимог до поверхневої обробки стикуються деталей; зменшення номенклатури деталей; можливості автоматизації процесу. Анаеробні прокладки полимеризуются тільки в місці стику і без кисню, тому залишаються рідкими до початку збирання, а надлишки можуть бути видалені після неї.
До еластичних стиках (рис. 12, б) відносяться такі сполуки, які не вимагають точного позиціонування деталей і допускають їх взаємні невеликі переміщення. Це, перш за все, стики резервуарів, шумоизолирующих кожухів, фланців трубопроводів та ін. Традиційно в таких місцях використовуються гумові або паронітові прокладки, кільця круглого перетину. Клейова промисловість пропонує застосовувати різні склади на основі силікону. Силікони вулканізуються при кімнатній температурі під впливом атмосферної вологи.
Герметизація відбувається за допомогою адгезії силікону з контактуючими поверхнями (рис. 13, б). Щоб прокладка компенсувала мікропереміщення фланців за рахунок еластичних властивостей, потрібна деяка мінімальна товщина матеріалу прокладки. Для її забезпечення в деталях формують канавку або фаски.
Останнім часом набула поширення технологія, що припускає нанесення рідкого герметика на один з фланців в формі виступає кільця, який твердне під впливом ультрафіолетового випромінювання (протягом 30 сек.). Таким чином формується прокладка, деформируемая при стисненні фланців. Це так звані прокладки, твердіють на місці. По суті, утворюється листова прокладка, закріплена на фланці.
Переваги такого виду герметизації стиків в порівнянні з листовими прокладками: зниження трудомісткості виготовлення прокладки; широкі можливості для автоматизації процесу виготовлення прокладки і складання з'єднання (не потрібно фіксація прокладки); зменшення номенклатури деталей. До недоліків слід віднести необхідність використання специфічного обладнання для нанесення і полімеризації клею.
Михайло Гранкін, інженер - конструктор