Уплотнение возвратно-поступательного движущегося штока

Уплотнение возвратно-поступательного движущегося штока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для обеспечения герметичности в контакте движущихся возвратно-поступательно гладких цилиндрических стержней, таких, как, например, стержень клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, и, в частности, может представлять собой маслосъемный колпачок.

Известно устройство маслосъемного колпачка механизма газораспределения двигателя автомобиля ВАЗ 2105 - многокрасочный альбом /под ред. к.т.н., доц. Г.К.Мирзоева/ М.: Машиностроение, 1994, 82 с., ил. ISBN 5-217-02705-3. УДК. 629-114.6 (084.42).

Также, например, итальянская фирма "РФТ"" в заявке США №4993379, F 01 L 3/00, опубл. 19.02.91, для лучшего обеспечения штока смазкой предлагают использовать конструкцию уплотнения, содержащую верхнюю и нижнюю кольцевые кромки, которые совместно образуют с периферийной поверхностью штока герметичную кольцевую камеру, в которой удерживается необходимое и достаточное количество смазки.

Немецкая фирма "Даймлер-Бенц" в заявке Германии №3725131, F 01 L 3/08, опубл. 11.08.88, для надежного обеспечения герметичности между штоком клапана и его направляющей предлагает использовать уплотнение, содержащее утолщение, выполненное в виде части уплотнения и закрывающее кольцевой паз, предназначенный для установки нажимной пружины. Установленная пружина прижимает выступ внутренней рабочей зоны к штоку клапана.

Немецкая фирма Гёце в заявке Германии №3836578, F 01 L 3/08, опубл. 03.05.90, для надежного обеспечения герметичности между штоком клапана и его направляющей предлагает использовать уплотнение, содержащее завулканизированную выступающую радиально наружу шайбу жесткости, которая создает упругое усилие на шток клапана и его направляющую.

Американская фирма «ДАНА» в европейской заявке №0405750, F 01 L 3/08, опубл. 02.01.91, для надежного обеспечения герметичности между штоком клапана и его направляющей и компенсации осевых воздействий на шток клапана со стороны деталей механизма газораспределения ДВС предлагает использовать уплотнительный узел, содержащий жесткую оболочку и кольцевой упругий уплотняющий элемент, содержащий радиальную плавающую кольцевую полость.

Немецкая фирма Гёце в заявке США №5237971, F 01 L 3/08, опубл. 24.08.93, для уплотнения штока клапана ДВС и компенсации воздействия значительного давления отработавших газов предлагает использовать уплотнение, содержащее армирующее кольцо и упругий элемент, содержащий противоположно действующие уплотнительные рабочие кромки, причем одна действует как газозащитная, а другая как маслозащитная. Газозащитная кромка отделена технологически с использованием колебаний от верхней кромки через зону стабильного давления.

Коллектив авторов НАМИ в описании к изобретению СССР №539154, F 01 L 3/08 от 15.12.76 для снижения утечек масла предлагает использовать уплотнение, содержащее эластичную манжету, закрепленную при помощи монтажного пояса и нажимной пружины на направляющей клапана, содержащую уплотнительный пояс, который в нижней своей части снабжен компенсирующим гофром.

Для улучшения условий монтажа и надежного обеспечения герметичности между штоком клапана и его направляющей в описании к изобретению СССР №1649201, F 16 J 15/32 от 15.05.91 предлагается использовать уплотнение, содержащее опорное кольцо, выполненное с перфорированными пазами, и манжету, охваченную металлической пружиной.

В патенте РФ №2145026, F 16 L 35/00, опубл. 27.01.2000, в качестве надежного, долговечного и экономичного уплотнения предлагается использовать втулку статико-кинематического коаксиального-радиально-запорного соединения, которая содержит корпус и кольцевой армирующий элемент, внутренняя поверхность которого состоит из конических поверхностей, переходящих от верхнего торца в радиусную поверхность, сопряженную с конусной внутренней поверхностью рабочей упругой зоны, соединяющейся с цилиндрической рифленой поверхностью, состоящей из волнообразных изготовленных для напряженной посадки поверхностей, при этом упомянутый армирующий элемент установлен с торцевой фиксацией посредством кольцевой площадки.

Прототипом заявляемого устройства является втулка статико-кинематического коаксиально-радиально-запорного соединения, на устройство которой выдан патент России №2145026, F 16 L 35/00, опубл. 27.01.2000. Рассматриваемая втулка конструктивно представляет собой монолитное соединение корпуса, охваченного кольцевым ступенчатым армирующим элементом. Втулка содержит внутреннюю поверхность, состоящую из оппозитно и неравно расположенных и сопряженных между собой конических поверхностей, переходящих от верхнего торца в радиусную поверхность, сопряженную с конусной внутренней поверхностью рабочей упругой зоны, соединяющейся с цилиндрической рифленой поверхностью, состоящей из волнообразных, изготовленных для напряженной посадки поверхностей, выходящих на цилиндрический и конический контуры сечения внутреннего профиля, переходящего в торец, который ограничен плавным сопряжением и цилиндрическим контуром, имеющим формовочный конус в пределах размерной посадки H6/R6, переходящий в галтель, и уменьшенный аналогичный коаксиальный профиль с соотношением размерных цепей диаметральных поверхностей, составляющих пропорциональность чисел 13,3:14,3, а по высоте находящихся с учетом галтельного перехода на соответствующей пропорциональности чисел размерной цепи 6,2±НХ, при этом упомянутый армирующий элемент установлен с торцевой фиксацией, посредством кольцевой площадки, переходящей в тороидальный выступ, который переходит в плоский торец армирующего элемента, при этом армирующий элемент имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность.

Каучуковая смесь, после вулканизации предлагаемого технического решения и соответствующей вылежки, способна выдерживать значительные перепады температур от -47 до +350°С, что позволяет ей делать практически неуязвимой по триботехническим характеристикам рабочую клинообразную поверхность в месте контакта с подвижным шлифованным телом металлического клапана, что представляется для эксплуатационного уровня весьма важным по разделам надежности, долговечности и качества изделий.

Тем не менее, существующие современные технологии и появление новых материалов позволяют и далее совершенствовать аналогичные конструкции, повышая тем самым их экономические, технические и экологические показатели.

Техническим результатом, таким образом, является получение качественного, долговечного и недорогого изделия, изготовляемого в условиях высококультурного технического и технологического производства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в конструкции уплотнения возвратно-поступательно движущегося штока, содержащего кольцевой ступенчатый армирующий элемент и корпус, внутренняя поверхность которого состоит из оппозитно и неравно расположенных и сопряженных между собой конических поверхностей, переходящих от верхнего торца в радиусную поверхность, сопряженную с конусной внутренней поверхностью рабочей упругой зоны, соединяющейся с цилиндрической рифленой поверхностью, выходящей на конический контур сечения внутреннего профиля, переходящего в торец, который ограничен плавным сопряжением и цилиндрическим контуром, имеющим формовочный конус в пределах размерной посадки H6/R6, переходящий в галтель, и уменьшенный аналогичный коаксиальный профиль с соотношением размерных цепей диаметральных поверхностей, составляющих пропорциональность чисел 13,3:14,3, а по высоте находящихся с учетом галтельного перехода на соответствующей пропорциональности чисел размерной цепи 6,2±НХ, при этом упомянутый армирующий элемент установлен с торцевой фиксацией посредством кольцевой площадки, переходящей в тороидальный выступ, который переходит в плоский торец армирующего элемента, при этом армирующий элемент имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, в нормальном (статическом) состоянии уплотнения цилиндрическая рифленая поверхность выполнена в виде наружной поверхности чередующихся в осевом направлении и смыкающихся своими основаниями идентичных гофр с плоскими боковыми сторонами, имеющими вид в осевом сечении ребер равнобедренного треугольника с тупым углом при вершине, величина которого определяется из условия, что в нагруженном (деформированном) состоянии все крайние точки вершин и впадин гофров располагаются на одинаковом расстоянии от оси корпуса уплотнения.

Сущность изобретения поясняется графически. На фиг.1 показано осевое сечение заявленного уплотнения. На фиг.2 - увеличенное изображение гофра рифленой поверхности корпуса уплотнения в его нормальном (статическом) состоянии.

На фиг.3 - то же, что и на фиг.2, в рабочем состоянии уплотнения. Описание втулки с учетом ее отличительных признаков в отличие от прототипа.

Уплотнение 1, фиг.1, содержит корпус 2 и кольцевой ступенчатый армирующий элемент 3. Внутренняя поверхность 4 уплотнения состоит из оппозитно и неравно расположенных и сопряженных между собой конических поверхностей 5 и 6, переходящих от верхнего торца 7 в радиусную поверхность 8, сопряженную с конусной внутренней поверхностью рабочей упругой зоны 9, соединяющейся с цилиндрической 10 и рифленой поверхностью 11, состоящей из чередующихся в осевом направлении идентичных гофр 12, изготовленных для напряженной посадки поверхности, выходящей на конический 13 контур сечения внутреннего профиля 14, переходящего в торец 15, который ограничен плавным сопряжением 16 и цилиндрическим контуром 17, имеющим формовочный конус 18 в пределах размерной посадки H6/R6, переходящий в галтель 19 и уменьшенный аналогичный коаксиальный профиль 20; упомянутый армирующий элемент установлен с торцевой фиксацией, посредством кольцевой площадки, переходящей в тороидальный выступ, который переходит в плоский торец 15 армирующего элемента 3, при этом армирующий элемент 3 имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность 21.

Предпочтительный вариант конструктивного исполнения поясняется на примере. Уплотнение возвратно-поступательно движущегося штока содержит внутреннюю поверхность эластичного корпуса, которая состоит из поверхности рабочей упругой зоны, ограниченную конусным участком, состоящим из двух поверхностей. При этом одна из поверхностей со стороны верхнего торца имеет угол наклона не менее 35 градусов относительно оси симметрии, а другая, сопряженная с ней, имеет угол наклона не менее 20 градусов относительно оси симметрии на протяжении не менее 2 мм по высоте. Далее поверхность рабочей упругой зоны переходит посредством радиуса с размерностью не менее 0,3 мм в поверхность уплотнительной зоны. Уплотнительная зона содержит коническую поверхность, расположенную под углом 20 градусов относительно оси симметрии, поверхность сопряжения, параллельную оси симметрии на протяжении не менее 0,8 мм, и цилиндрическую рифленую поверхность. Как показали испытания образцов, рифления должны представлять собой поверхность, состоящую из чередующихся радиально скругленных на величину 0,15 мм выступов, общим числом не менее 4, тупые углы вершин которых составляют не менее 142 градусов, и впадин, общим числом не менее 3, диаметр которых соответствует диаметру поверхности сопряжения, связывающей цилиндрическую рифленую и коническую поверхности уплотнительной зоны. Цилиндрическая рифленая поверхность расширяется на протяжении не менее 1,2 мм по высоте до диаметра, не превышающего 11,4 мм, и замыкается на нижний торец уплотнения в точке контакта эластичного корпуса с кольцевым армирующим элементом.

На фиг.2 точкой "А" показаны впадины гофров, точкой "В" - вершины. На фиг.3 наглядно видно, что составленная из гофров рифленая поверхность уплотнения в динамике преобразовалась в гладкую цилиндрическую поверхность, плотно облегающую втулку стержня клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанным способом его осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных элементов, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения, либо замена их технически эквивалентными.

1. Уплотнение возвратно-поступательно движущегося штока, содержащее кольцевой ступенчатый армирующий элемент и корпус, внутренняя поверхность которого состоит из оппозитно и неравно расположенных и сопряженных между собой конических поверхностей, переходящих от верхнего торца в радиусную поверхность, сопряженную с конусной внутренней поверхностью рабочей упругой зоны, соединяющейся с цилиндрической рифленой поверхностью, выходящей на конический контур сечения внутреннего профиля, переходящего в торец, который ограничен плавным сопряжением и цилиндрическим контуром, имеющим формовочный конус в пределах размерной посадки H6/R6, переходящий в галтель и уменьшенный аналогичный коаксиальный профиль с соотношением размерных цепей диаметральных поверхностей, составляющих пропорциональность чисел 13,3:14,3, а по высоте находящихся с учетом галтельного перехода на соответствующей пропорциональности чисел размерной цепи 6,2±НХ, при этом упомянутый армирующий элемент установлен с торцевой фиксацией посредством кольцевой площадки, переходящей в тороидальный выступ, который переходит в плоский торец армирующего элемента, при этом армирующий элемент имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, отличающееся тем, что в нормальном (статическом) состоянии уплотнения цилиндрическая рифленая поверхность выполнена в виде наружной поверхности чередующихся в осевом направлении и смыкающихся своими основаниями идентичных гофров с плоскими боковыми сторонами, имеющими вид в осевом сечении ребер равнобедренного треугольника с тупым углом при вершине, величина которого определяется из условия, что в нагруженном (деформированном) состоянии все крайние точки вершин и впадин гофров располагаются на одинаковом расстоянии от оси корпуса уплотнения.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что на цилиндрической рифленой поверхности выполнено не менее четырех гофров.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что вершина и впадина каждого из гофров выполнены скругленными, при этом радиусы округления всех вершин и впадин одинаковые.

4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что корпус его выполнен из упругого высокомолекулярного углеводородного вещества.