Повышение долговечности уплотнительных соединений совершенствованием условий контактного взаимодействия в системе "уплотнитель-контртело" : на примере уплотнительных соединений ГУР трактора МТЗ 80/82

• Автор: Березин, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 215 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Конструкции и анализ типичных отказов уплотнительных соединений гидросистем

1.2. Механизм герметизации и анализ факторов, определяющих герметичность эластомерных уплотнительных соединений

1.2.1. Влияние типа соединения уплотнитель контртело.

1.2.2. Влияние материала уплотнителя.

1.2.3. Влияние рельефа уплотняемой поверхности.

1.2.4. Влияние точности сопрягаемых размеров уплотнителя и контртел

1.2.5. Влияние избыточного давления

1.2.6. Влияние уплотняемой среды.

1.2.7. Влияние температуры эксплуатации уплотнительного соединения
1.3. Принципы проектного расчета и методы прогнозирования ресурса уплотнительных соединений на основе колец круглого сечения.
1.3.1. Требования стандартов к системе уплотнитель контртело и гарантийные обязательства
1.3.2. Критерии исчерпания ресурса уплотнительных соединений.
1.3.3. Методы прогнозирования
1.3.4. Математические модели утечек уплотняемой среды
1.3.5. Приборы и методы испытания уплотнительных соединений
1.4. Основные особенности и методы, описания механического поведения эластомерных уплотнительных материалов.
1.5. Цели и задачи исследования
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГЕРМЕТИЗАЦИИ АКТИВНЫМИ УПЛОТНЕНИЯМИ СОЕДИНЕНИЙ С МИКРОРЕЛЬЕФОМ НА КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
2.1. Нелинейная математическая модель контактного взаимодействия
эластомерного уплотнителя и контртела с микрорельефом
2.1.1. Выбор и обоснование реологической модели эластомерной среды
у 2.1.2. Определение системы КЭ уравнений, описывающих процесс нагружения уплотнителя в составе соединения
2.1.3. Математическая модель топографии контактной поверхности
2.1.4. Описание алгоритма и программы конечноэлементного расчета
взаимодействия уплотнителя и контртела с микрорельефом.
2.1.5. Тестирование модели и программы конечноэлементного расчета
2.2. Описание и анализ результатов численного исследования взаимо
действия эластомерного кольца круглого сечения и контртела с микрорельефом в неподвижных уплотнительных соединениях
2.2.1. Влияние температуры эксплуатации и точности сопрягаемых раз
меров уплотнителя и контртела на ресурс соединения по критерию предельных контактных напряжений.
2.2.2. Влияние шероховатости поверхности контртела на работоспособ
ность и ресурс соединения по критерию полноты перекрытия микрорельефа.
2.2.3. Влияние типа напряженнодеформированного состояния уплотнителя на ресурс соединения по критериям предельных контактных
тЦ напряжений и полноты перекрытия микрорельефа
2.3. Математическая модель утечек рабочей жидкости в неподвижных
уплотнительных соединениях.
3. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Методики микрометражиых исследований элементов уплотнительных соединений ГУР тракторов МТЗ
3.1.1. Методика исследования отклонений и установления статистиче
ских законов распределения сопрягаемых размеров
3.1.2. Методика исследования равновесного модуля упругости при растяжении колец.
3.1.3. Методика исследования шероховатости контактных поверхностей
3.2. Универсальная экспериментальная установка для исследования реологических характеристик структурированных эластомеров.
3.3. Описание методик исследования изменения физикомеханических характеристик вулканизатов шифра 7В1 при длительном статическом нагружении в среде гидравлической жидкости ИА.
3.3.1 Методика исследования компрессионных характеристик в условиях длительного статического нагружения
3.3.2 Методика исследования релаксационных характеристик
3.3.3. Методика исследования равновесного модуля упругости
3.4. Методика исследования ресурса радиальных уплотнительных соединений с различной конфигурацией контртел.
3.5. Методика прогнозирования межремонтного ресурса неподвижных уплотнительных соединений.
3.6. Методика расчета потока утечек.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Результаты микрометражных исследований элементов уплотнительных соединений и анализ причин их отказов.
4.1.1. Результаты исследования отклонений и установления статистических законов распределения сопрягаемых размеров.
4.1.2. Результаты исследования равновесного модуля упругости
при растяжении колец
4.1.3. Результаты исследования шероховатости контактных поверхностей
4.2. Компрессионные характеристики вулканизата шифра 7В1.
4.3. Релаксационные характеристики вулканизата шифра 7В1.
4.4. Характеристики изменения равновесного модуля упругости вулканизата шифра 7В1.
4.5. Результаты стендовых испытаний и прогнозирования ресурса не
подвижных уплотнительных соединений
4.5.1. Оценка результатов стендовых испытаний
4.5.2. Результаты оценки ресурса уплотнительных соединений ГУР
тракторов МТЗ
4.6. Результаты расчета потока утечек в неподвижных уплотнительных соединениях
5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ РЕСУРСА
НЕПОДВИЖНЫХ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГУР ТРАКТОРОВ МТЗ .
5.1. Рекомендации по повышению ресурса торцевых соединений
5.2. Рекомендации по повышению ресурса радиальных соединений
5.3. Расчет экономической эффективности предлагаемых мероприятий
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В данном случае герметизация зависит от соотношения скоростей взаимного перемещения уплотняемых поверхностей и скорости эластического восстановления полимера . При малых скоростях движения деталей и высокой скорости восстановления формы материала заполнение рельефа уплотняемой поверхности будет происходить успешно. В тех случаях, когда скорость восстановления эластомера равна или меньше скорости перемещения уплотняемой поверхности, герметичность узла нарушается изза образования зазора между уплотнителем и контртелом . Это связано с тем, что при низком давлении среды герметичность обеспечивается только за счет собственного контактного давления, а изменение высоты посадочного места за счет конусности, овальности, боковых смещений при различных положениях штока может привести к его снижению и возникновению негерметичности. Поэтому для подвижных уплотнений рекомендуется выбирать кольца с большим диаметром сечения, чтобы абсолютные значения деформации кольца значительно превышали возможные изменения высоты посадочного места при различных положениях штока. При возвратнопоступательном движении кольцо круглого сечения может неравномерно скручиваться под действием сил трения, что приводит к ухудшению герметичности. Эффект скручивания возрастает с увеличением внутреннего диаметра кольца и чаще всего проявляется при отношении диаметра сечения к внутреннему диаметру меньше 0, . Предотвращение скручивания в ряде случаев может быть достигнуто в условиях хорошего смазывания колец. Таким образом, в подвижном соединении добиться полного перекрытия микрозазоров практически невозможно, а в большинстве случаев и нецелесообразно. Задача конструирования рационального уплотнительного узла в этом случае состоит в том, чтобы свести к минимуму поток утечек. Тип соединения оказывает существенное влияние не только на механизм герметизации, но и на продолжительность ее сохранения, т. Так, в работах , , отмечается, что в неподвижных соединениях возникают силы адгезионного взаимодействия резины с металлом, положительно влияющие на способность соединения сохранять герметичность. Однако воздействие вибраций, температурные деформации и периодическая разборка разъемных соединений снижают положительный эффект влияния сил адгезии на работоспособность узла. Так, в работах 4, отмечается, что повышение продолжительности неподвижного контакта деталей способствует увеличению их фактической площади контакта вследствие релаксационной природы деформации резины, упрочнению адгезионных связей резины с металлической поверхностью. Это в свою очередь обуславливает возрастание величины начальной и максимальной силы трения в соединении. Способность полностью перекрывать имеющиеся зазоры между уплотняемыми поверхностями является основным требованием, предъявляемым к материалу уплотнительного элемента . Очевидно, что чем выше податливость материала, тем легче он заполняет впадины на поверхности сопряженного элемента. Однако такой материал не должен выдавливаться в зазор под действием избыточного давления рабочей среды и разрушаться вследствие механического воздействия. Очевидно, что определение оптимальной твердости материала уплотнительного элемента, имеющего возможность достаточно плотно перекрывать микрозазоры и при этом не выдавливаться в зазор, является очень важной задачей, а неправильный выбор шифра резины может существенно сократить срок службы герметизирующего узла . Выбор материала уплотнительного элемента осуществляется с учетом воздействия на него комплекса эксплуатационноконструктивных факторов. К таковым относят температуру, длительность хранения и эксплуатации, рабочее давление . К ним следует причислить также степень агрессивности рабочей жидкости и величину шероховатости поверхности контртел. Степень заполнения резиной микронеровностей шероховатой поверхности зависит от упругоэластических свойств резины, косвенная и приближенная оценка, которых производится по ее твердости . Этот показатель, характеризуя, в целом, упругие свойства материала, не учитывает влияния деформации кольца в посадочном месте и не позволяет определить его способность к герметизации контртел.