Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
При полужидкостном трении наряду с касанием отдельных микронеровностей возможно образование элементарных масляных клиньев, способствующих разделению контактирующих рабочих поверхностей.
Как показывают экспериментальные исследования, величина утечки жидкости при работе агрегатов с возвратно-поступательным движением штоков в основном зависит от величины предварительного поджатия уплотнительного элемента р0 при сборке,
отношения давлений в процессе работы, рабочего давления
жидкости ру вязкости жидкости г), диаметра уплотняемой поверх-
34
ности D, длины уплотнения I, скорости перемещения ШТОКОВ V, состояния поверхностей и температуры масла в агрегате, т. е.
Qy= F(р0> -у» Р, А V, г), I, ty
Влияние отдельных факторов на величину утечки наиболее четко проявляется при наличии в соединении жидкостного трения. Утечка при жидкостном трении может быть определена на основании контактно-гидродинамической теории смазки.
Первые работы А. И. Петрусевича, А. Н. Грубина, Д. С. Код-нира [57, 19, 31 ] и др., положившие начало этой теории, развивались применительно к тяжелонагруженным соединениям: зубчатым передачам, подшипникам качения и скольжения. В настоящее время она начинает находить применение и в теории уплотнений, в частности в работах Мюллера [49], Хука [107, 108] и др.
Одним из недостатков современной контактно-гидродинамической теории смазки является сложность получаемых решений, при которых обычно аналитические решения в квадратурах возможны только для изотермических процессов течения жидкости. Однако применительно к уплотнительным устройствам этот недостаток имеет меньшее значение вследствие сравнительно малого давления запираемой среды.
Определение утечек жидкости в соединениях, герметизуемых с помощью радиально-контактных
уплотнений, на основании контактно-гидродинамической
теории смазки
Рассмотрим определение расхода (утечки) жидкости при жидкостном трении применительно к О-образным уплотнительным кольцам, а затем сделаем выводы в отношении расхода жидкости при применении других уплотнений.
Принимаем следующие допущения:
1. Удельные давления в зоне контакта известны. Благодаря эластичности уплотнений эти давления в каждой точке уравновешиваются гидродинамическим давлением.
2. Величина зазора h при течении жидкости мала по сравнению с предварительной деформацией уплотнения при сборке и, следовательно, можно пренебречь изменением предварительного поджатия на запирающих поверхностях уплотнений при течении жидкости в зазор.е.
Считаем значения удельных4 давлений на запирающих поверхностях рг и градиент известными, а искомой величиной является высота зазора h. Примерная эпюра распределения удельных давлений на запирающих цоверхностях и схема изменения зазоров приведены на рис. 17.
2*
35
При установившемся движении жидкости в зазоре имеем: др д т д , ч
W = и T = wte)’
где т — сопротивление сдвигу смазки. При постоянной вязкости жидкости в процессе течения ее в зазоре получим:
d2vx
г Tl
dvx . d%
dy ’
Следовательно, dp dx
dy dy2
Ю
dh)x
Рис. 17. Схема изменения на запирающих поверхностях удельных давлений (а) и зазоров (б)
Ввиду малости размера h по сравнению с / и D принимаем
dp
dy
= 0.
Ввиду малости зазора h считаем т] и не зависящими от у.
Дважды интегрируя по у выражение , находим выражение изменения скорости Vx по высоте зазора h
~3х 1Г ” "I"
Определим коэффициенты C1 и C2, исходя из граничных условий:
1) при у = 0 и* = и;
2) при у = /i ^ = 0.
Из первого условия имеем
T)t> = -C2.
Из второго условия имеем
dp h? п 1 r> dp h , ігш
- = C1Zi-Tiy, или C1 = -^--S-+ 4-.
d* 2
36
Подставляя коэффициенты C1 и C2, получаем
%-T(y-h) = i\(vx + v-%-v),
откуда
"-=4 ж і <»-'¦>-Hг + '- <21>
При наличии максимума давления при = О
У
Vx = v — v “T“ J х h
Для дальнейшего решения уравнения (21) используем уравнение сплошности потока.
Напишем уравнение сплошности в общем виде
dp , д (Pvx) і д (pvy) . д (QV2) _ 0
dt дх ду dz
Условно считая движение потока установившимся, примем
4^- = 0. Кроме того, для данного случая при ^ — 0, vy = 0 будем иметь
д (Р%) п дх ~
Интегрируя это выражение по у в пределах толщины слоя, получим
^-== J M^j = 0- (22)
h
Следовательно, р J vx dy = С.
о
Объемный расход смазки в направлении оси х будет
\vxdy = \ [-{^^(y-h)-f + v]dy =
о о
_____dp_ h?__ , vh
~ г] dx 12 ' 2
Подставляя это значение в уравнение (22), имеем
д / hz dp \ д ( дх \ 6ц dx J дх
Интегрируем это выражение:
./г3 dp
J
При = О h — hm и тогда C1 = —vhm.
Уравнение перепада давлений в зазоре
dp _6r)U(h-hm) /OQ4
dx ~ hz ‘ ^ '
Учитывая, что при h = hm среднее значение скорости Vx по оси OY будет vXt^p = получим выражение расхода жидкости в зазоре между уплотнением и сопряженной подвижной деталью при ходе вперед
Qy = ZiDhm см3/с.
Принятые размерности: v в см/с, D и h в см. Для определения Qy необходимо знать hm. Для этого необходимо иметь еще одно уравнение, позволяющее определить абсолютное значение h в одной из точек жидкостной пленки, например hc. Для этого
