V-ring уплотнение: торцевая защита подшипников

Простота V-ring обманчива: кольцо надевают за минуту, но губка работает правильно только при выдержанной ширине посадки, гладком торце и скорости в пределах своего материала. Если любое из трёх условий нарушено, кольцо стирается или перестаёт касаться торца, а подшипник получает ту же воду, что и без него.

Губка держит торец, корпус держит вал

Профиль V-ring состоит из двух частей. Толстый корпус охватывает вал с растяжением, держится на нём трением и вращается вместе с валом без проскальзывания. Тонкая конусная губка отходит от корпуса под углом и упирается в торец: стенку корпуса подшипника, крышку, бурт вала или шайбу. Губка прогибается при посадке и прижимается к торцу своей упругостью.

Защита складывается из двух эффектов. Пока вал стоит или вращается медленно, губка скользит по торцу как контактное уплотнение и перекрывает зазор. С ростом скорости центробежная сила отводит губку наружу, прижим падает, трение снижается, а кольцо начинает отбрасывать капли и пыль как диск. На определённой скорости губка поднимается от торца полностью, и V-ring работает уже только как щелевое уплотнение и отражатель (данные Dichtomatik/FST по V-ring).

Держит ли V-ring давление?

V-ring давление не держит: по описанию производителей кольцо рассчитано на работу без перепада давления. Оно защищает узел от пыли, грязи, брызг воды и масла снаружи и удерживает консистентную смазку внутри корпуса. Жидкое масло под уровнем или под давлением держит армированная манжета, а V-ring ставят снаружи неё как первую линию защиты.

Отсюда и место V-ring в узле. Внутри корпуса работает манжета или встроенные шайбы подшипника, снаружи на валу стоит V-ring и принимает на себя брызги и пыль. Между манжетой, войлоком, лабиринтом и V-ring выбирают по скорости вала и среде снаружи, и так подбирают любое уплотнение подшипника.

Профиль выбирают по месту вдоль вала

Типоразмеры V-ring у разных производителей обозначают похоже. У Dichtomatik это VA для стандартного профиля, VS с усиленным корпусом, VL с тонким профилем и VE для больших диаметров; у других изготовителей те же формы называют A, S, L, RME. Для узлов, на которые летит гравий и земля, выпускают губку в металлической обойме.

Профиль на старом узле определяют по сечению снятого кольца: высота корпуса, ширина корпуса вдоль вала, длина губки. Если кольцо порвано или стёрлось, профиль подсказывает свободное расстояние от торца до ближайшей детали на валу.

Окружная скорость решает, нужна ли фиксация

Предел для V-ring задают в метрах в секунду на диаметре посадки, а не в оборотах. Ориентиры из технического листа Dichtomatik: кольцо NBR работает без фиксации до 8 м/с, от 8 м/с его закрепляют от осевого сдвига, от 12 м/с ещё и радиально, хомутом или опорным кольцом. Для FKM пороги ниже: 6,5 м/с и 10 м/с соответственно.

Пример: вал 100 мм, 1 500 об/мин. Окружная скорость равна 3,14 × 0,1 м × 1 500 / 60 ≈ 7,9 м/с. Кольцо NBR на таком валу работает у верхней границы, а кольцо FKM уже требует осевого упора. Тот же двигатель с валом 60 мм даёт около 4,7 м/с, и оба материала проходят без фиксации. Расчёт делают по диаметру, на котором сидит кольцо, поэтому V-ring на втулке большего диаметра может выйти за предел, хотя сам вал тоньше.

На какую скорость рассчитан V-ring?

V-ring из NBR без дополнительного крепления рассчитан на окружную скорость вала до 8 м/с, кольцо из FKM до 6,5 м/с по данным технического листа Dichtomatik. Выше этих значений кольцо фиксируют от сдвига вдоль вала, а при 12 м/с для NBR и 10 м/с для FKM добавляют радиальное крепление хомутом. При ещё большей скорости губка отходит от торца и кольцо работает как отражатель.

Установочная ширина задаёт прижим губки

Установочная ширина: расстояние от торца, по которому работает губка, до тыльной стороны корпуса кольца на валу. Для каждого типоразмера производитель даёт её номинал и допуск в каталоге. Если поставить кольцо ближе к торцу, губка перегибается, давит сильнее, греется и стирается. Если дальше, губка едва касается торца или висит в воздухе, и вода проходит без помех.

Выдержать ширину проще всего шаблоном или проставочной шайбой нужной толщины: её кладут между торцом и кольцом, сдвигают кольцо до упора и вынимают. Кольцо выставляют одинаково по всей окружности, иначе с одной стороны губка будет пережата, а с другой отойдёт. Если на валу есть бурт или канавка под кольцо, ширину задаёт он, и при повторной сборке ошибиться трудно.

Торец под губку проверяют до заказа кольца

Губка работает по торцу, и от его состояния зависит её ресурс сильнее, чем от материала. По рекомендации Dichtomatik торец обрабатывают до шероховатости не грубее Ra 2,0 мкм, твёрдость не обязательна, но при сильной грязи её подбирают по среде. Для стали конструкционной лист приводит 125–150 HV, для серого чугуна 190–270 HV, для нержавеющей стали 150–200 HV.

Риски, коррозия, раковины литья, заусенцы на кромке торца стирают губку быстрее любой пыли. Перед установкой нового V-ring торец осматривают и при необходимости шлифуют или ставят на него тонкую нержавеющую шайбу. Для валов, штоков и посадочных мест под разные уплотнения задают свою шероховатость под уплотнение.

Какая шероховатость нужна под V-ring?

Торец, по которому скользит губка V-ring, обрабатывают до шероховатости не грубее Ra 2,0 мкм, без рисок, раковин, волнистости и острых кромок. Закалка торца для обычных условий не требуется: подходят чистовое точение, литьё под давлением, штампованная листовая сталь. При абразивной грязи, грунте и крупном песке твёрдость торца подбирают выше, по материалу контрдетали и среде.

Материал кольца подбирают по смазке, воде и температуре

Серийные V-ring выпускают в основном из NBR и FKM твёрдостью около 60 Shore A. Ориентир по температуре из технического листа Dichtomatik: NBR от −40 до +100 °C, FKM от −20 до +200 °C. Оба материала стойки к большинству пластичных смазок и минеральных масел; FKM держит ещё синтетические масла, ароматические и хлорированные углеводороды.

Для мокрых узлов пищевых линий со щелочной мойкой и горячей водой NBR со временем дубеет. Там кольцо делают из EPDM, если на губку не попадает масло, или из силикона при необходимости работы на холоде и пищевого допуска; это ориентир для марок общего назначения, материал фиксируется в КП. Нестандартный материал почти всегда означает изготовление кольца формованием, потому что серийные ряды в EPDM и силиконе узкие.

Разрезное кольцо ставят, когда вал не разобрать

Цельный V-ring надевают через конец вала. Если на конце сидит шкив, муфта или звёздочка, а снимать их долго, используют кольцо, разрезанное и соединённое на месте: склейкой или вулканизацией стыка. Производители допускают такой способ как вынужденный, когда разборка вала дороже кольца.

Стык меняет поведение кольца. Склеенное место жёстче остальной губки, на высокой скорости оно первым отходит от торца, а при растяжении на валу шов может разойтись. Разрезное кольцо выставляют с особенно аккуратной шириной, стык располагают сверху, чтобы вода не стекала прямо на него, и при ближайшей разборке узла меняют на цельное. Когда стык допустим, а когда нет, разобрано для колец из шнура со склейкой.

Партию V-ring принимают по губке и диаметру

Приёмка начинается с количества и маркировки: типоразмер, профиль, материал, номер партии. Затем осматривают губку каждого кольца из выборки: на тонкой кромке видны недолив, облой, надрывы и пузыри, которые на корпусе кольца не так опасны. Кромка губки должна быть ровной и без зазубрин по всей окружности, иначе по торцу пойдут риски с первого часа работы.

Выборочно замеряют внутренний диаметр, высоту корпуса и общую ширину кольца в свободном состоянии. Внутренний диаметр меряют на конусе или оправке, потому что тонкое резиновое кольцо на столе сплющивается в эллипс. Твёрдость проверяют твердомером Шора А на корпусе кольца, а не на губке. Кольца из разных материалов похожи на вид, поэтому для FKM и EPDM нужен документ на материал партии, цвет здесь не доказательство.

Перед отгрузкой у нас партию пересчитывают, осматривают, выборочно замеряют и фотографируют, а заказчику при входном контроле стоит повторить пункты, которые касаются его узла:

• количество и маркировка совпадают с заказом;
• губка без облоя, недолива, надрывов и пузырей;
• внутренний диаметр на оправке в допуске;
• высота корпуса и общая ширина как у образца;
• твёрдость корпуса по Шору А в пределах КП;
• документ на материал партии;
• фото партии для истории артикула.

Нестандартное кольцо заказывают с данными узла

Серийные V-ring закрывают большинство валов, но на старом импортном оборудовании, валах с дюймовыми размерами, больших барабанах и в узлах с особой средой подходящего кольца в каталогах нет. Наша компания производит такие кольца по образцу, эскизу или чертежу формованием; для формовой детали нужна пресс-форма, её срок называют в КП. Для узла электродвигателя, где V-ring соседствует с манжетой и прокладками щитов, подбирают общий набор, в который входят все уплотнения электродвигателя.

Для расчёта нужны диаметр вала в месте посадки, частота вращения, установочная ширина или расстояние от торца до соседней детали, материал торца и что летит на узел снаружи: пыль, вода, мойка, гравий. Если есть старое кольцо, его присылают целиком, даже стёртое: по корпусу виден профиль, по губке видно, работала ли она с пережатием. Готовые манжеты и сальники и нестандартные уплотнения считают в одной заявке с кольцом, если узел собирают целиком. Если скорость на диаметре посадки выше предела материала, а крепить кольцо негде, разумнее сразу сменить тип защиты на лабиринтное кольцо.