Как работает сальник на валу

Общая информация о конструкции уплотнений (сальников) для валов вращения

Основное назначение сальников — это уплотнение валов в статике и динамике для разделения сред без потерь и без проникновения одной среды в другую:

• воздуха от масла;
• воды от воздуха;
• охлаждающей жидкости от воздуха и т.д.

Изготавливаются уплотнения (сальники) в том числе и для разделения агрессивных кислот и щелочей от попадания во внешнюю среду.

Каждый сальник проходит достаточно длинный и сложный путь отработки конструкции и разработки композита полимера (резиновой смеси), стендовых и ходовых испытаний.

Идеальных методик расчета конструкций сальников не существует и большинство формул для расчетов — эмпирические, а выбор конструкции носит рекомендательный характер. Поэтому только стендовые и ходовые испытания дают окончательный вывод о надежности и долговечности уплотнений.

Требования к долговечности и надежности работы уплотнений возрастают непрерывно. Сегодня отдельные фирмы гарантируют ресурсный пробег 3 млн.км. или 50000 часов без смены сальника, а еще 20 лет назад 500 тыс.км. казалось мистикой.

Для решения задач по уплотнениям того или иного узла, конструкторы используют целую массу оригинальных решений. При этом решается задача уплотнения по валу вращения и по посадочному месту наружной поверхности.

Рис.1 Типовая схема сальника вала вращения

Уплотнение по наружной поверхности.
«Рифленое уплотнение»

Сальник обязан уплотнять без утечек место посадки, куда он впрессовывается.

Раньше наружная часть уплотнения — по месту посадки — делалась сплошной и гладкой. При эксплуатации было замечено, что некоторые сальники со сплошным наружным обрезиниванием протекают (отпотевают). Анализ течей и отпотеваний показал, что при запрессовке резина не сжимается, и образуются микроскладки. Масло, обладая сверхтекучестью, вызывает «отпотевание» с последующим нарастанием пыли и грязи, что часто вызывает выход из строя всего уплотнения. Развитие техники позволило создать оборудование, которое позволяет без деформации выпрессовать сальник из прессформы, и рифленое наружное уплотнение, как более прогрессивное и надежное, получило свое развитие у большинства производителей, имеющих современное оборудование.

Рис. 2а Гладкая наружная поверхность	Рис. 2б Наружная поверхность с рифлениями

Использование гидродинамического эффекта.
«Накатки»

До определенных угловых и линейных скоростей вращений вала, резиновый элемент — «губа» сальника — своей рабочей кромкой плотно прижимаются к валу, и масло не просачивается за пределы рабочей кромки. У таких сальников конструкторы изделия в основном решают вопрос обеспечения долговечности и малого износа в месте контакта. Здесь очень много зависит от качества обработки вала, качества резиновой смеси, антифрикционных и износостойких наполнителей, ну и, конечно, от смазки (масла).

На повышенных угловых скоростях (об/мин) резиновый элемент — «губа» с рабочей кромкой «открывается». Это связано с тем, что любой вал имеет эксцентриситет, любой сальник имеет смещение окружности рабочей кромки относительно наружного диаметра. У современных сальников и ответственных производителей эта величина не превышает 0,2мм. По валу этот эксцентриситет значительно меньше, но присутствует. При определенных скоростях, резина не успевает «закрыть» смещение и образуется зазор между валом и рабочей кромкой. Это позволяет маслу протекать.

«Хитрость», к которой прибегают конструкторы, состоит в том, что на «губу» сальника специальным образом наносится накатка специального профиля, выполняющая роль крыльчатки насоса. Крыльчатка неподвижна, а подвижна жидкость — масло или вода. Возникает так называемый «гидродинамический эффект», который позволяет «загонять» обратно масло, пытающееся проникнуть наружу.

Выбор формы, угла примыкания к рабочей кромке накатки, шаг накатки — это сложная и кропотливая работа конструктора. Расчетам это не поддается и существенно зависит как от свойств полимера (резины), так и от конструкции «губы» сальника. Обычно требуется выполнить 3-4 эксперимента для подбора оптимальной формы и исполнения накатки.

Гидродинамическая накатка выполняется для сальников левого вращения и правого вращения, и отличается углом наклона к рабочей кромке, на сальнике вводится обозначение, указывающая направление вращения.

Гидродинамические «реверсивные» насечки (накатки»)

Еще есть часть сальников, работающих при невысоких угловых скоростях и при реверсивном вращении валов (например, полуоси автомобилей: движение вперед, движение задним ходом). Использование ориентированной на вращение вала «правой» или «левой» накаток, в таких случаях нецелесообразно экономически, технически же проблема решается путем изготовления «реверсивной накатки».

Сальники с оголенным каркасом («Голые»)

С целью снижения затрат на полимеры (резиновую смесь), часто изготавливают сальники без наружного уплотняющего слоя.

Уплотнение происходит за счет плотной посадки — металл по металлу.

Добиться высококачественного, не протекающего уплотнения в этом случае практически не удается, поэтому при монтаже, в узел приходиться использовать специальный герметик.

В условиях серийной сборки — это дополнительные трудозатраты, которые превышают затраты на обрезиненный по наружному диаметру сальник.

В условиях ремонтных мастерских — это дает незначительную экономию.

Сальники с полуоголенным каркасом («Полуголые»)

Конструкция каркаса у таких сальников, требует более высоких затрат: сложный процесс вулканизации и обработки — поэтому они изготавливаются по особому заказу потребителя.

Главное преимущество этого сальника в сравнении с «голым» и «обрезиненным» — это то, что он надежно крепится в гнезде за счет натяга металла по металлу, отлично герметизирует обрезиненной частью и имеет расход полимера на 15-20% меньше, чем обрезиненный.

Сальники такой конструкции целесообразно использовать в очень ответственных местах. Изготавливаются они, как правило, из очень добротных полимеров, например фтор-силиконовым, где цена за 1 кг. полимера — 56 дол. США.

«Пыльник» для сальника

Для защиты места уплотнения вала и рабочей кромки от попадания пыли, влаги, грязи в конструкцию сальника введен специальный элемент, который называется «пыльник».
Этот элемент защищает достаточно надежно от крупных частиц, которые способны повредить место уплотнения.
Как правило, «пыльник» имеет зазор относительно вала или без натяга касается вала.

«Пыльник» выступающий

	В узлах, которые постоянно находятся в условиях повышенной грязи, влаги, пыли — для увеличения срока службы сальника — пыльник выдвигают подальше от рабочей кромки. Тем самым увеличивается объем камеры внутри сальника. И то, что, так или иначе попадает внутрь — оседает в большой камере.
Рис. 7 Пыльник выступающий

«Пыльник» с натягом на вал и с пружиной браслетной

Сальники, изготавливаемые с так называемым «пыльником», как правило, должны иметь зазор между «пыльником» и валом, но есть исключения.

Растущие требования к надежности уплотнений, особенно для автомобилей, работающих в экстремальных условиях, в том числе для военной техники (для так называемых «вездеходов»), вынуждают конструкторов искать решение по уплотнениям, исключающим попадание внутрь сальника воды, жидкой грязи, даже при полном погружении.

Такие сальники должны иметь повышенную износостойкость и внутренняя полость их на 2/3 должна заполняться специальной смазкой.

Однако эти сальники не достаточно герметичны и допускают незначительные (3-5 мл на 1000 км пробега) протечки масла. Это связано это с изменением температуры внутри камеры сальника (между уплотняющей кромкой и пыльником). При движении воздушно-газовая среда внутри камеры нагревается и камера «надувается», при «стоянке» (вал не вращается) среда остывает, и камера начинает вбирать воздух извне.

Что такое сальники в машине и зачем они нужны

Сегодня я хочу поговорить об уплотнительных элементах практически любого двигателя внутреннего сгорания – простыми словами сальники. Многие из вас слышал про них, но не многие представляют, что это такое и куда устанавливаются. Однако, не смотря на всю простату строения, они выполняют важные задачи, такие как удержание смазывающей жидкости в агрегатах. Сегодня я постараюсь простым и понятным языком рассказать про эти элементы.

Сальник – приспособление, которое используется в автомобиле с целью уплотнения сочленений различных деталей и вращающихся валов, работающих по принципу возвратно-поступательных движений.

Основная функция, которую они выполняют – полная герметизация мест стыка неподвижных или подвижных поверхностей.

Простыми словами, они уплотняют валы и «стенки» их корпусов, не давая вытекать смазывающей жидкости наружу.

Принцип работы и устройство

Суть такого уплотнительного приспособления состоит в следующем: внутри его корпуса, где сквозь него проходит ось шпинделя, есть «коробка», внутри нее располагается специальная набивка — уплотнительный материал. Он плотно прижимается к оси шпинделя.

При этом возникает сжатие материала уплотнителя, в результате чего он плотно прилегает с одной стороны к поверхности шпинделя и к стенкам своей камеры с другой.

Вследствие этого создается полная герметичность, которая не позволяет рабочей среде выходить за пределы своего корпуса.

В механизмах с небольшим диаметром поджатие уплотнительного материала осуществляется с помощью накидной гайки, с большим диаметром – использованием анкерных болтов.

Где используются?

Сальники в автомобиле в основном используются в его силовом агрегате. Так, в каждом двигателе есть две таких детали в коленвале, а в тех моделях, где используется зубчатый резиновый ремень – еще и в валах, что выходят из двигателя.

• Передний для коленчатого вала;
• Задний для коленчатого вала;
• Для балансира;
• Для масляного насоса.

Еще один вид автомобильных сальников, который для качественного выполнения своих функций должен иметь специальную конструкцию – сальник ступицы. Такой узел должен иметь высокую прочность и специальную конструкцию – быть армированным, иметь дополнительные кромки защиты от пыли и грязи, проникновение внутрь деталей которых приводит с быстрому разрушению сальника.

Выбор и замена сальников

Одна из основных особенностей, которая отличает такие детали, является их стоимость: он совсем невысокая. Но вместе с тем замена этой автомобильной детали намного дороже в сравнении с ее стоимостью.

Имеет свои особенности и выбор сальника. Для нормального функционирования следует покупать для автомобиля именно ту запчасть, что подходит для конкретной модели. Кроме того, не рекомендуется ставить на иномарки запчасти отечественного производства.

Если же не удается найти требуемую деталь под конкретную модель транспортного средства, то при выборе новый сальник должен иметь меньшую ширину, чем требуется – никаких проблем с установкой и использованием не должно возникнуть. А вот узел с большей шириной никак не подойдет.

В случае выбора модели такой детали без нарезки и пыльника на рабочей поверхности она не прослужит больше 30 тысяч километров пробега. Пыльник предотвращает проникновение грязи внутрь сальника, нарезка обеспечивает сбрасывание излишков масла назад в картер. При отсутствии же таких дополнительных приспособлений срок службы сальника значительно уменьшается.

Особенности замены

Существует одна важная особенность в замене этой запчасти: на валу мотора, куда будет установлен новый сальник, может присутствовать немалый износ от кромки старого. В подобном случае подбирать деталь следует так, чтобы ее кромка была немного смещена относительно оригинала. Также можно установить новую деталь с дистанционным кольцом, которое обеспечит сдвиг кромки относительно предыдущего положения.

Когда в вале мотора присутствует сильный износ подшипников, желательно при замене выбирать сальники с маслогонными рисками. В таком случае деталь прослужит намного дольше, чем при выборе запчасти без такого приспособления.

Перед началом замены сальника необходимо точно определить, из-за чего именно старая деталь пришла в непригодность. Кроме того, важно точно понимать, какие проблемы может успешно решить замена старого сальника на новый, а какие такая замена просто скроет. Примером такого случая может быть повреждение поверхности вала или же его свободное перемещение, что категорически недопустимо. Замена сальника в таком случае может на некоторое время завуалировать проблему, но в будущем это может привести к более серьезным поломкам.

Таким образом, сальник – важная деталь, которая используется во многих подвижных и неподвижных соединениях. Важной его особенностью является процесс замены, для качественного проведения которой важно иметь специальные навыки и знания.

Вот такая вот мелкая но все же важная деталь.

Также рекомендуем видео как выбрать сальник:

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!