Сентябрь 2019
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Июн    
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30  

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

Наиболее распространенным типом подвижного уплотнения штока является манжетное. Наборные сальники с поджимом гай­кой встречаются очень редко (фирма КОНИ, рис. 86, в). Среди манжет выделяется конструкция втулочного типа с несколькими маслосъемными кромками, так называемая манжета «мульти-лип» (см. рис. 5, 86 и 91), получившая широкое применение с 40-х годов в США (фирма Делько). Это уплотнение сочетает свойство обычной манжеты счищать масло со штока со свойствами лаби­ринтного уплотнения, что приводит к последовательному пони­жению рабочего давления в камерах расширения и повышению герметичности системы. Простота конструкции и технологии из­готовления манжет «мульти-лип» при сравнительно высокой на­дежности и долговечности гарантирует их применение и в буду­щем. Вследствие указанных качеств манжету используют в каче­стве основного, а в большинстве зарубежных конструкций аморти­заторов и единственного уплотнительного элемента штока. По­следнее, однако, не всегда оправдано, так как один конструктив­ный элемент в тяжелых эксплуатационных условиях оказывается функционально перегруженным.

Условия работы основной манжеты штока зависят от следую­щих основных факторов:

1) чистоты и вида покрытия поверхности штока, влияющих на величину коэффициента трения (обычно 11—12-й класс чи­стоты по хрому);

2) натяга манжеты на шток; натяг обусловливает давление на поверхности контакта и определенную силу трения;

3) поджима манжеты пружиной, удерживающей манжету в обойме; поджим обусловливает дополнительное давление на поверхностях контакта;

4) давления в резервуаре, которое действует аналогично дав­лению пружины и связано с нагревом амортизатора и повыше­нием давления воздуха;

5) воздействия амортизаторной жидкости (набухание), к ко­торой манжета должна иметь минимальную чувствительность;

6) тепловой напряженности, которая изменяет физико-механи­ческие свойства резины, способствует ее старению и разрушению;

7) гидравлического действия горячей струи жидкости, выте­кающей через зазор между направляющей и штоком, которое ускоряет старение и износ;

8) образования продольных рисок на уплотняющих кромках, вызываемых продуктами износа деталей амортизатора и другими механическими примесями;

9) попадания в амортизатор извне инородных частиц, кото­рые действуют аналогично продуктам износа (связано с дорожными условиями);

10) изменения со временем физико-механических свойств ре­зины, приводящего к ослаблению ее сопротивления воздействую­щим факторам, и т. п.

Борьба с вредным влиянием большинства указанных факторов является основным содержанием работы по увеличению надеж­ности узла уплотнения штока, определяющего долговечность всей конструкции.

Материалом для манжет служит масло-тепло-морозостойкая резина средней твердости (60—75 по Шору). Применяемая в оте­чественных амортизаторах резиновая смесь ИРП-1100 обладает сравнительно высокими физико-механическими свойствами: сопро­тивление разрыву стр = 100 кГ/см2 ± 10; относительное удлине­ние 200—400%; остаточное удлинение не более 12%; температура хрупкости [24] — 44° С.

К отрицательным свойствам всех эластичных материалов от­носится релаксация вследствие продолжительного действия на­грузки. Это приводит к тому, что начальное давление на контакт­ной поверхности манжеты, вызванное предварительным натягом, постепенно уменьшается независимо от ее формы. В большинстве существующих конструкций это свойство учитывают соответствую­щим подбором диаметров штока йш и внутреннего отверстия ман­жеты йм. Разность этих диаметров составляет 1—2 мм и обуслов­ливает некоторый относительный натяг ев, который является наи­более объективным параметром оценки данного сопряжения с уче­том допускаемых технологических отклонений размера йм:

‘• = ^аЁГ!- <178>

Величина напряжения растяжения ав = гвЕ на внутреннем диаметре манжеты зависит от твердости резины и величины ев — при малых ев = 5-5-10% модуль упругости Е = 25ч-50 кПсм* и ств < 0,05сГр.

Зависимость между ав (гв) и удельной силой трения о шток Ртр = £Р (Ртр — максимальная сила трения, 5 — площадь

Поверхности, прилегающей к штоку) позволяет определить до­пустимые пределы увеличения ев с учетом других конструктив­ных размеров (рис. 88). Зная величину контактного давления

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

Рис. 88. Схема действующих на манжету сил и деформаций манжеты штока:

А — поперечное сеченне манжеты; б — ра­диальное сечение манжеты при ее надевании на тток (показано штриховой линией); / —манжета; 2 — шток; — 02 — 20®; =

= 25-і-35°; а2 = 1,54-2,5 мм

Между поверхностями манжеты и штока рм, можно определить силу нормального давления N и силу Ртр — /Л/- (/ — коэффициент трения), а также величину давления рабочей среды, герметизируе­мой в резервуаре: рв ^ рм.

Выделив в поперечной плоскости сечения участок штока, ог­раниченный малым углом йа, найдем /? = Р йа учитывая, что длина площадки вдоль оси штока приближенно равна сумме вы­сот 2 Л выступов гребешков манжеты, определим рм — —

——^—, так как с/5 = 0,5

Лщ. 2лА

Величина N = рм8 = рм лйш Л Л, следовательно,

Ртр = —— 5^- = /р*. (179)

Для конкретизации расчетной модели напряженного состояния манжеты штока в радиальном сечении выделяется два основных элемента (рис. 88, б): маслосъемные кромки, которые испытывают сложные объемные деформации, и основной резиновый блок
с трапециевидным сечением, который подвергается главным обра­зом растяжению (при отсутствии значительного обжатия ман­жеты по наружному диаметру).

Рис. 89. Характер увеличения силы трения манжеты о шток при увели­чении относительного натяга е„ (по данным испытаний в амортизаторах автомобиля «Москвич»)

подпись: 
рис. 89. характер увеличения силы трения манжеты о шток при увеличении относительного натяга е„ (по данным испытаний в амортизаторах автомобиля «москвич»)
Заметим, что с увеличением натяга по внутреннему диаметру удлинение манжеты по наружному диаметру возрастает. При этом в большей мере деформируются маслосъемные кромки, а силы 7? и Ртр возрастают непропорционально усилию натяга манжеты на шток (рис. 89). Можно считать, что при растяжении основного резинового блока (трапециевидного сечения) соз­дается сила Р, пропорциональ­ная интегралу напряжений ов по площади сечения; тогда вы­ражение для Р с учетом геомет­рических соотношений и объем­ного закона Гука можно пред­ставить в следующем виде:

Р 0,33££ {е’вН + гнН +

+ У евенннх (180)

Где е„ = ш0,—^^ м%, . —относительный

Натяг резинового блока по диаметру (1М1 [-1 — коэффициент Пуассона (для резины |х = = 0,45-5-0,5);

(и йМ1 — конструктивные размеры манжеты (см. рис. 88, 90 и табл. 13); ен — относительное удлинение резины манжеты по наружному диаметру Д* при надевании ее на шток (е„ = 0,25ев); кф — коэффициент формы, учитывающий деформа­ции сжатия маслосъемных гребешков (кф •< < 1; в расчетах принимается кф = 0,9).

Расчеты показывают, что сила Р вызывает начальное давление рм = 1,5-т-З кПсм2 (без учета возможного обжима по наружному диаметру).

Усилие пружины, поджимающей манжету, подбирается из условия сохранения силового контакта между манжетой и торцом обоймы:

Рпр — 1,5 ч — 2 Р тр,

Где Ртр — максимальная сила трения между манжетой и штоком (без смазки).

Конструктивные размеры манжет штоков

Параметры

Амортизаторы МКЗ моделей

402 (407)

408*

164

130

130 •

Йц = 50 мм

Ош в ММ

12

12

16

19

19

24

Йм » »

11,1

10,9

15,1

18,1

17,6

23,1

Ли * *

М1

12,5

12,8

17,1

20,1

20,0

25,1

Ом » »

24

24

35

38

38

46

°’м » »

24,4

21,5

35,4

38,5

38,6

46,6

Н » »

8,0

8,4

11

11

12,5

16

#! » »

3,8

3,5

4,5

4,0

6

9,0

Ь » »

3,7

3,6

8,9

8,9

9,0

10,4

Лх » »

1,8

2,0

2,0

2,0

2,4

2,5

Лд "■ /ід

0,75

0,8

1,2

1,2

1,9

1,3

5 в см2

1,25

1,35

2,2

2,63

3,7

4,8

Бм в смг

3,4

3,4

7,6

8,5

8,5

12,1

* Модернизированная манжета (см. рис. 90).

От силы Рпр пружины возникают давления: на площади 5*=^;

Р

Рис. 90. Радиальное сечение модер­низированной манжеты штока

подпись: 
рис. 90. радиальное сечение модер-низированной манжеты штока
0,785 фм—йш) имеем рх=-^- и на штоке (по радиусу саль­ника) р’м = дрх, где коэффици­ент, зависящий от конструкции и свойств материала манжеты (внут­реннее трение, жесткость, угол Р и т. п.; <7 = 0,4-г-0,8).

Найдем максимальную силу пружины:

О

5

Я*

Пр гпах

1-2/?

Из формулы следует, что с уве­личением силы Рпр одновременно увеличивается сила трения между манжетой и штоком. Эта законо­мерность подтверждается опытами. Вместе с тем несимметрич­ность маслосъемных кромок манжеты (в радиальном сечении, см. рис. 88) обусловливает продольное перераспределение контактных

Напряжений между прилегающими к штоку поверхностями, в ре­зультате чего при растяжении амортизатора сила трения Ртр0 при отдаче всегда больше силы трения Ртрс при сжатии.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

Млн цикла!

подпись: млн цикла!

Рис. 91. Зависимость долговечности манжет от величины относительного натяга на шток (по данным испытаний амортизаторов авто­мобиля «Москвич-407»)

подпись: рис. 91. зависимость долговечности манжет от величины относительного натяга на шток (по данным испытаний амортизаторов автомобиля «москвич-407»)На основании приведенных данных можно спроектировать ман­жету, но оценить износостойкость и определить долговечность манжет штока телескопических амортизаторов в эксплуатацион­ных условиях, пользуясь аналитическими методами, затрудни­тельно. Поэтому основным £в°/0 способом решения вопроса является опытная провер­ка натурных образцов манжет.

5 N.

подпись: 5 n.В инженерной практи­ке износ трущихся деталей оценивают линейным /; или весовым 10 износами [27] по величине пути трения:

^ ЬсрЬт И 1а = Ур1ь

Где I — толщина (высота) изношенного материала;

Ьт — путь трения (в стендовых условиях требуется ш1п 5-10 М), вм — вес изношенного материала;

Ур = объемный вес изношенного материала;

I ^ Ьср

£ Кр — средняя площадь контакта.

Долговечность манжеты можно повысить, снижая коэффициент трения / (за счет рецептуры резины и введения смазки) и увели­чивая относительный натяг е„. Это следует из последних формул и подтверждается испытаниями, выполненными на МКЗ (рис. 91). В качестве примера можно привести также повышение срока служ­бы узла уплотнения амортизаторов автомобиля ЗИЛ-130 на 30— 50% с увеличением относительного натяга ев = 4-^6% до ев = = 7-5-9%.

Рассмотрим другие изменения конструкции узла уплотнения, направленные на увеличение его надежности (рис. 92).

Лучшими являются узлы уплотнения амортизаторов автомо­билей «Москвич», которые отличаются центрированием (базиро­ванием) обоймы основной манжеты штока по направляющей штока и ослаблением действия перечисленных выше вредных факторов.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

Рис. 92. Конструкции узлов уплотнения штоков телескопических амортиза­торов:

подпись: рис. 92. конструкции узлов уплотнения штоков телескопических амортизаторов:

12 А 11 10

Г)

подпись: 12 а 11 10
г)
А — автомобилей «Москвич-402» и «Москвич-407»; б — автомобилей ЗИЛ-164, ЗИЛ-157 и др.; в —модернизированного автомобиля ЗИЛ-164; г —типовая конструкция (новые амортизаторы автомобилей ЗИЛ, «Москвич* и ГАЗ); А — дренажные риски глубиной до 0,1 мм, <30°; / — гайка резервуара; 2 — прокладка; 3 — фетровый или поропласто — вый сальник (смазывающий элемент); 4 — обойма маижеты штока; 5 — манжета штока; 6 — шайба; 7 — пружина; 8 — уплотнительное кольцо резервуара; 9 — направляющая с фаской на торце для улучшения дренажа газа; 10 — шток; // — защитно-уплотнитель­ное кольцо; 12 — резервуар; 13 — грязезащитная манжета; 14 — обойма грязезащитной

Манжеты

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

Рис. 92. Конструкции узлов уплотнения штоков телескопических амортиза­торов:

подпись: рис. 92. конструкции узлов уплотнения штоков телескопических амортизаторов:

12 А 11 10

Г)

подпись: 12 а 11 10
г)
А — автомобилей «Москвич-402» и «Москвич-407»; б — автомобилей ЗИЛ-164, ЗИЛ-157 и др.; в —модернизированного автомобиля ЗИЛ-164; г —типовая конструкция (новые амортизаторы автомобилей ЗИЛ, «Москвич* и ГАЗ); А — дренажные риски глубиной до 0,1 мм, <30°; / — гайка резервуара; 2 — прокладка; 3 — фетровый или поропласто — вый сальник (смазывающий элемент); 4 — обойма маижеты штока; 5 — манжета штока; 6 — шайба; 7 — пружина; 8 — уплотнительное кольцо резервуара; 9 — направляющая с фаской на торце для улучшения дренажа газа; 10 — шток; // — защитно-уплотнитель­ное кольцо; 12 — резервуар; 13 — грязезащитная манжета; 14 — обойма грязезащитной

Маижеты

Резиновые круглые кольца обеспечивают сравнительно высокую герметизацию. Предварительное диаметральное сжатие материала составляет обычно не более 20% общего и создает только началь­ное контактное давление, которое увеличивается вследствие пере-

Рис. 94. Конструкции поршневого узла н уплотнения амортизаторов: 50 мм; резиновое О

Кольцо; б — йц = 30 мм, пластмассовое разрезное кольцо из фторопласта 4 или 3 (автомобиль «Москвич-408»)

А)

 

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРАДачи на кольцо рабочего давления (рис. 95). В продольном направ­лении О-кольца устанавливают, как правило, свободно. Размеры канавок и колец, а также допускаемых отклонений выбирают

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА АМОРТИЗАТОРА

Р £ 50нГ/смг —

Р>100кГ/смг

А)

Рис. 95. Кольцевое уплотнение:

А — схема работы кольцевого уплотнения при увеличении давления; б — конструкция кольцевого уплотнения с защитными шайбами, препятствующими выдавливанию резины

В зазор и закусыванию при р > 100 ат

По известным рекомендациям [37]. Однако всегда приходится учитывать свойства резины: усадку, набухание, релаксацию и т. п.

Применение для уплотнения поршней современных амортиза­торов автомобильного типа дорогостоящих металлических колец не является оправданным, так как их преимущества — возмож­
ность работы при высокой температурной напряженности (250° С и более) и больших скоростях колебаний в данном случае не исполь­зуются. Заметим также, что уплотнительная способность чугун­ных колец при малых скоростях поршня (рп ^ 20 см/сек) суще­ственно ниже, чем при высоких скоростях, когда уплотнение зазора в амортизаторе менее необходимо.

Оставить комментарий