Контрольная работа: Розрахунок торцевих ущільнень

(8)

В областях змішаного тертя (Y , Z ) будемо визначати за формулою (5), а контактний тиск - за формулою (7).

Рисунок 8 - Залежність гідростатичного тиску від величини торцевого зазору та коефіцієнта навантаження:

Х - область граничного тертя; Y , Z - області змішаного тертя

Середній зазор між шорсткими поверхнями за наявності плям контакту (р_с > 0,15 МПа ) можна оцінювати за формулою [1]

, (9)

де К _1,2 - коефіцієнти повноти або гладкості; у більшості випадківдля торцевихущільнень . Індекси 1,2 відносять відповідно до поверхонь аксіально рухомого та опорного кілець. При великому контактному тиску, коли спостерігається взаємне проникнення нерівностей, точніші значення для зазорів дає формула

(10)

Таким чином, за середньою шорсткістю можна визначити зазор, потім за діаграмою рисунка 8 - гідростатичний тиск, а за формулами (7) та (8) - контактний тиск.

Якщо нехтувати різницею , то для режиму граничного тертя при р₂ =0 з формули (8) випливає, що

тобто коефіцієнт навантаження дорівнює відношенню середнього контактного тиску до ущільнювального.

2 Обчислення витоків та втрат потужності на тертя

Витоки через гідравлічно гладкий зазор h₀ між двома плоскими кільцевими пластинами при ламінарнійтечії визначаються виразом [4]

(11)

якщо . Для механічних торцевих ущільнень наведену формулу не можна використовувати, оскільки значення шорсткості порівняне з невідомим середнім зазором h ; крім того, на витоки впливає колова швидкість кільця, що обертається. Тому за формулою (11) можна оцінювати витоки тільки в гідростатичних торцевих ущільненнях з гарантованим саморегульованим зазором, значення якого визначається з умови осьової рівноваги кільця.

Для ущільнень, що працюють в оптимальному режимі граничного змащення (область X на рисунку 8), запропонована формула [1]

яка виправдала себе в різноманітних умовах. Коефіцієнт залежить від середньої колової швидкості та визначається за графіком рисунка 9. Зазор між шорсткими поверхнями необхідно обчислювати за формулами (9) або (10).

Сила тертя на поверхнях торців дорівнює fp_c S_c , а втрати потужності на тертя

(13).

Рисунок 9 - Функція q ( v )

Для режиму рідинного змащення коефіцієнт тертя визначається за (2), а втрати потужності на тертя

(14)

У режимі граничного змащення коефіцієнт тертя можна визначити лише експериментально для кожної пари матеріалів та умов роботи. За даними [1], одержаними у результаті випробувань декількох сотень пар тертя при контактному тиску 0,15-20 МПа та колових швидкостях 0,01-50 м/с , коефіцієнт тертя різко зменшується при зростанні контактного тиску від 0,15 до 0,65 МПа . Для значень р_с > 0,65 МПа коефіцієнт тертя даної пари матеріалів стає постійним та не залежить від колової швидкості, тиску, ширини контактних поверхонь за умови, що деформації ущільнювальних кілець малі та температура в контакті не перевищує температури випаровування граничної плівки, тобто зберігаються умови граничного змащення. При цьому для різних пар матеріалів та властивостей ущільнювальної рідини стале значення коефіцієнта тертя знаходиться в межах 0,03-0,15 .

У роботі [8] подібні результати одержані для силіційованого графіту СГ-Т: при збільшенні контактного тиску до 0,9 МПа коефіцієнт тертя зменшується, а потім стабілізується у межах , до того ж ці значення зберігаються не тільки для пари СГ-Т по СГ-Т, але і для металокерамічного твердого сплаву ВК-4, мінералокераміки ЦН-332 та сталі 9X18, що працюють у парі з графітом СГ-Т.

На жаль, поки доводиться обмежуватися лише цими загальними зауваженнями про коефіцієнт тертя та за відсутності для кожного окремого випадку точніших експериментальних даних використовувати наближені значення із вказаного діапазону або проводити оціночні розрахунки витрат на тертя для граничних значень та , якщо забезпечуються умови граничного змащення.