5.3. КОНТРОЛЬНЫЕ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

В процессе работы коробок скоростей и подач необходимо наблюдать за наличием масла в резервуаре, движением его по маслопроводам, давлением масла в нагнетательных системах и его температурой. Возможность такого наблюдения обеспечивается контрольными устройствами, которые могут быть разделены на четыре основные группы указателей: уровня масла, потока, давления и температуры.

Для наблюдения за уровнем масла при картерной смазке применяются указатели уровня масла как с видимым, так и с невидимым горизонтом масла.

Из маслоуказателей с видимым горизонтом в коробках скоростей наиболее распространены:

а) маслоуказатели круглые — по нормали станкостроения С52-1-59;

К маслоуказателям с невидимым контуром масла можно отнести маслоуказатели жезловые (рисунок 5.16) и крановые (рисунок 5.17), которые следует применять в местах, труднодоступных для наблюдения. Для контроля за нижним и верхним уровнем масла крановые указатели устанавливают попарно. Желательно при частом пользовании применять маслоуказатели по рисункам 5.17, а или 5.17, б как более долговечные.

Удобны в эксплуатации также жезловые указатели (щупы), однако их следует защищать от масляной волны стенкой или трубкой, что позволяет производить замер уровня масла в любой момент работы механизма.

Для контроля за количеством и своевременностью подачи к трущимся парам масла от насоса или масленки служат указатели потока масла, которые изготовляются для двух вариантов движения масла: непрерывного и пульсирующего. Указатели непрерывного движения масла можно разделить на два основных вида: регулируемые и нерегулируемые. На рисунке 5.18 изображен концевой регулируемый указатель потока масла, встраиваемый в резервуар масленки. Наличие игольчатого дросселя дает возможность довести регулировку расхода масла до нескольких капель в минуту. Промежуточный регулируемый указатель потока масла, предназначенный для больших расходов, приведен на рисунке 5.19. Можно присоединить любое количество этих указателей к магистральной трубке, подающей масло от насоса, отрегулировав их на заданный расход. Одна из конструкций нерегулируемых указателей с визуальным контролем потока масла изображена на рисунке 5.20, где показан нерегулируемый указатель для больших потоков масла. При движении масла язычок 1 отклоняется в сторону направления потока. Положение язычка характеризует объем протекаемого в единицу времени масла. Язычок изготовляется полым, из жести или пенопласта. Торец язычка, на который прикрепляется стрелка, окрашивается в белый цвет. Указатели данного типа изготовляются для труб: ½″, 1″, 1¼″, 1½″ и 2″ как для правого, так и для левого направления потока.

Рисунок 5.18 – Концевой регулируемый указатель потока масла

Рисунок 5.19 – Промежуточный регулируемый указатель потока масла

1 – язычок; 2 – возвратная пружина; 3 – глазок

Рисунок 5.20 – Указатель потока для больших расходов масла

На рисунке 5.21 показан уровень потока масла, идущего от насоса к трущимся парам. Указатель устанавливается не на главной магистрали, а на ответвлении. Располагать его необходимо ближе к рабочему месту. Металлическую внутреннюю часть указателя рекомендуется окрашивать белой маслостойкой краской.

Для визуального контроля давления масла в смазочных системах применяются манометры по ГОСТ 2405-88. Для автоматического контроля давления применяются реле конструкции ЭНИМСа (рисунок 5.22). Для контроля температуры трущихся пар пользуются ртутными или манометрическими термометрами по ГОСТ 13646-68 и ГОСТ 9871-75, термопарами или термометрами сопротивления.

1 – фланец; 2 – корпус; 3 – мембрана; 4 – пружина; 5 – шток; 6 – стакан для направления штока; 7 –микровыключатель типа МП-1; 8 – кожух; 9 – стойка для крепления микровыключателя.

Для предохранения трущихся пар коробок скоростей и подач от попадания к ним влаги, пыли, газов, паров, а также для предотвращения вытекания смазки через крышки и по валам применяют различные уплотняющие устройства, которые по принципу действия можно разделить на контактные, лабиринтные и щелевые, центробежные и комбинированные.

При контактных устройствах защита коробки скоростей достигается за счет плотного прижатия к вращающемуся валу или к деталям, закрепленным на нем, неподвижных уплотнений, за счет упругости их материалов и внешних сил. Эти уплотнения представляют собой кольца из фетра, войлока, кожи, асбеста с графитом и хлорвинила, а также манжеты из резины или синтетического каучука и других пластических материалов. Из этой группы уплотнений в основном используются в применении к валам коробок скоростей и подач манжеты, а также войлочные и фетровые кольца, которые перед постановкой на место пропитывают горячим минеральным маслом.

Уплотнительные войлочные кольца и канавки для них выполняются по ГОСТ 6308-71, ГОСТ 288-72 и ОСТ2 А51-01-72 (таблица 5.10).

Таблица 5.10 – Уплотнительные войлочные кольца и канавки для них

Размеры, мм
d	D	a	b	b₁	с	d	D	a	b	b₁	с
10 12 14 15	19 21 23 24	3	2,5	2	4	70 75 80 85	89 94 99 104	8,2	7	6	9
16 (17) 18 20 22	27 28 29 31 33	4,2	3,5	3	5	90 85	111 116	9,5	8	7	10
16 (17) 18 20 22	27 28 29 31 33	4,2	3,5	3	5	100 105 110 (115)	125 130 135 140	21	9	8	12
25 28 30 32 35 40 45	38 41 43 45 48 53 58	5,5	5	4	6	100 105 110 (115)	125 130 135 140	21	9	8	12
						120 130	149 159	12,4	10	9	14
						140 150 160 (170) 180	173 183 193 203 213	13,9	11	10	16
50 55 60 65	67 72 77 82	7	6	5	8	(190) 200	227 237	15,4	12	11	18
П р и м е ч а н и е – Размеры, заключенные в скобки, по возможности не применять. Пример обозначения кольца с d=30 мм. Кольцо войлочное 30 А51-1.

Нормаль распространяется на сальниковые кольца из войлока грубошерстного (Г) по ГОСТ 6418-81 и полугрубошерстного (П) по ГОСТ 6308-71, работающие при окружной скорости не более 2 м/с, и тонкошерстного войлока (Т) по ГОСТ 288-72, работающие при окружной скорости не более 5 м/с.

Канавки под кольца изготовляются по их форме — трапециевидного или прямоугольного сечения. Для разъемных деталей рекомендуется применять канавки трапециевидного сечения, которые создают некоторую силу нажатия кольца на вал. Однако это нажатие должно быть не слишком большим из-за нагревания уплотнения и его обугливания. В результате этого уплотнение теряет эластичность и начинает пропускать смазку. Для быстрой смены негодных колец рекомендуется их крепить с наружной стороны фасонными дисками, как показано на рисунке 5.23. Для сохранения постоянного надежного контакта применяют конструкции с поджатием кольца — периодическим (рисунок 5.24) или постоянным (рисунок 5.25). В целях предохранения вала от износа применяются промежуточные втулки, надеваемые на вал (рисунок 5.26). Вал или промежуточная втулка для удовлетворительной работы уплотнения должны быть обработаны не ниже 0,63 мкм.

Рисунок 5.23 – Крепление уплотнительного кольца с внешней стороны фасонным диском

Рисунок 5.24 – Конструкция уплотнения с периодическим поджатием кольца

Рисунок 5.25 – Конструкция уплотнения с постоянным поджатием кольца

Войлочные уплотнения применяются в основном для защиты сборочных единиц с консистентными смазками, хотя могут использоваться и при жидкой смазке.

В подшипниках, работающих в системе смазки без принудительного давления, в основном применяются фетровые уплотнения, которые являются наиболее эффективными при смазке жидким маслом и небольших скоростях (υ≤4 м/с). Фетр, пропитанный маслом, сохраняет эластичность и обеспечивает хороший его контакт с валом. Излишнее масло от уплотнения отводится в резервуар через канавку, выполненную в нижней части проточки.

Сальниковые уплотнения не следует применять при большой загрязненности окружающей среды, температурах свыше + 90 °С и при наличии с одной из сторон кольца избыточного давления.

В этих случаях следует применять манжетные уплотнения, которые благодаря надежности и высоким уплотняющим свойствам получили в настоящее время широкое распространение.

Манжетные уплотнения прижимаются к валу при помощи пружины, благодаря чему хорошо герметизируют коробку скоростей и компенсируют износ. Манжеты общего назначения стандартизованы по ГОСТ 8752-79, а в станкостроении применяется ГОСТ 8752-79 на манжеты резиновые армированные с пружиной для уплотнения валов. Применяются эти манжеты при избыточном давлении не более 0,5 кгс/см², в интервале температур от минус 45 до плюс 120 °С и окружной скорости до 10 м/с.

Манжетные уплотнения разделяются на открытые и закрытые. Постановка открытой манжеты уплотняющей кромкой наружу (рисунок 5.27) не рекомендуется, так как при эксплуатации она может быть легко повреждена.

Рисунок 5.27 – Постановка открытой манжеты уплотняющей кромкой наружу

Постановка открытой манжеты, обращенной уплотняющей кромкой внутрь (рисунок 5.28), может применяться только при давлении внутри подшипниковой камеры, близком к атмосферному. Во всех случаях, когда давление внутри камеры может быть высоким, открытые манжеты неприменимы, так как они могут быть выдавлены наружу. В тех случаях, когда давление в подшипниковой камере высокое, применяются закрытые уплотнения, так как в этом случае манжета не может быть выдавлена из расточки крышки или корпуса. Манжета в этом случае должна быть обязательно обращена уплотняющей кромкой в сторону подшипника (рисунок 5.29). При применении резиновых армированных манжет для уплотнения валов к сопряженным деталям предъявляются следующие требования:

а) твердость поверхности трения не менее HRC 50;

б) допускаемое отклонение не более чем по h11 по ЕСДП СЭВ;

в) шероховатость не ниже 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73 с последующей полировкой; не допускаются риски и другие дефекты;

Рисунок 5.28 – Постановка открытой манжеты, обращенной уплотняющей кромкой внутрь

Рисунок 5.29 – Закрытое уплотнение при высоком давлении в подшипниковой камере

В собранной сборочной единице рабочая кромка манжеты при снятой пружине должна плотно, без зазоров прилегать к валу по всей поверхности.

Из числа бесконтактных уплотнений наибольшее распространение получили лабиринтные уплотнения, которые являются одним из наиболее эффективных средств защиты подшипников от загрязнения и вытекания смазки. Уплотняющий эффект создается чередованием малых радиальных зазоров с большими осевыми зазорами. Зазоры заполняются консистентной смазкой, расход которой должен периодически пополняться. Лабиринты могут располагаться как в радиальном (рисунок 5.30), так и в осевом направлении (рисунок 5.31). Радиальный зазор е выбирается по возможности малым, а осевой зазор 1 принимается до 5 е.

Рисунок 5.30 – Лабиринтное уплотнение, расположенное в радиальном направлении

Рисунок 5.31 – Лабиринтное уплотнение, расположенное в осевом направлении

Лабиринтные уплотнения пригодны как для жидких, так и для консистентных смазок. Являясь бесконтактными, они практически не имеют ограничения по окружной скорости, но следует учитывать, что при υ>5 м/с смазка может выбрасываться центробежной силой из уплотнения. Хороший уплотненный эффект создают также конструкции щелевых уплотнений. Эти уплотнения (рисунок 5.32) применяют обычно при консистентных смазках, чистой среде и скоростях до 6 м/с. Кольцевые проточки неподвижных и вращающихся шайб заполняются густой смазкой при зазоре между ними и валом или корпусом 0,2-0,5 мм.

Надежны при жидкой смазке также уплотнения, основанные на действии центробежной силы (рисунок 5.33). Эффективная их работа возможна при скорости вращения не менее 5 м/с, так как при меньшей скорости масло может проникать через зазоры уплотнения. При тяжелых условиях работы коробок скоростей применяют комбинированные уплотнения, т. е. уплотнения различных типов. Эти уплотнения могут состоять из лабиринтного и войлочного, манжетного и центробежного и др.

На рисунке 5.34 приведена конструкция сборочной единицы с комбинированным уплотнением, состоящим из лабиринтного и щелевого уплотнения.

Для ориентировочного выбора типа уплотнений можно пользоваться номограммой, приведенной на рисунке 5.35. Рекомендуемый тип уплотнений в зависимости от окружной скорости v находится на диагональных полосах, а в зависимости от диаметра вала d и числа его оборотов n – на пересечении горизонтальной и вертикальной линий.

Рисунок 5.35 – Номограмма для выбора типа уплотнения

5.3 Контрольные и уплотнительные устройства