Войлочные кольца и уплотнения: где ещё работают

Войлочное кольцо из технического войлока до сих пор ставят в трёх ролях. Сальник задерживает смазку у вала и не пускает пыль к подшипнику. Масляный фитиль или скребок держит масло и отдаёт его на направляющую, цепь или вал. Прокладка гасит удар, вибрацию и шум между деталями. ГОСТ 6308-71 в пункте 1.1 так и делит войлок по назначению: для сальников, для прокладок и для фильтров масла (текст ГОСТ 6308-71).

Для каждой роли нужен свой войлок, и отличить их проще всего по плотности: сальниковый ТС по ГОСТ 288-72 имеет 0,44 г/см³, фильтровальный ТФ 0,25 г/см³.

Войлочный сальник держит густую смазку и сухую пыль

Войлочный сальник работает за счёт пористой упругой массы шерсти, прижатой к валу. Поры удерживают консистентную смазку, а ворс задерживает сухую пыль на входе в корпус. Поэтому войлок остаётся в крышках подшипников конвейерных роликов, тихоходных редукторов, сельхозмашин, вентиляторов холодного воздуха и в старом станочном оборудовании, где вал медленный и смазка густая.

Шерстяной войлок впитывает воду: в ГОСТ 288-72 для него задана нормированная влажность 13 % (текст ГОСТ 288-72). Намокший сальник держит влагу у вала, на валу под кольцом появляется ржавчина, а шерсть слеживается. На мойке, в мокром цехе и на улице без кожуха войлок выигрывает только у пустой канавки.

Скорость вала ограничивает войлок жёстче, чем температура. В документации SKF на подшипниковые корпуса войлочным кольцам отведено до 4 м/с окружной скорости, на большей скорости войлок отходит от вала и перестаёт быть контактным уплотнением (документация SKF на корпуса SNLN). Обороты пересчитывают в окружную скорость, и на быстром валу войлок заменяют другим уплотнением подшипникового узла.

Где сегодня ставят войлочные кольца?

Войлочные кольца сегодня ставят на медленные валы с консистентной смазкой в сухой пыли: крышки подшипников конвейеров и роликов, тихоходные редукторы, сельхозтехника, вентиляторы холодного воздуха, старые станки. Кроме уплотнения, войлок работает как масляный фитиль на направляющих и цепях и как прокладка от стука и шума. На мойке, в воде и на валах быстрее 4 м/с окружной скорости вместо войлока ставят резиновую или полиуретановую манжету.

Сальниковый, прокладочный и фильтровальный войлок различаются плотностью

Стандарты делят технический войлок по шерсти и назначению. ГОСТ 288-72 описывает тонкошерстный войлок с обозначениями ТС, ТПр, ТФ, ГОСТ 6308-71 полугрубошерстный с обозначениями ПС, ППр и ПФ, а грубошерстный войлок и кольца-сальники СГ описаны в ГОСТ 6418-81. Буква «х» в обозначении означает войлок с химическими волокнами. Пример обозначения из ГОСТ 6308-71: «войлок ПС 10 ГОСТ 6308-71», это полугрубошерстный сальниковый войлок толщиной 10 мм.

На схеме и в таблице видно, что сальниковый войлок почти вдвое плотнее фильтровального. Плотный войлок дольше держит натяг на валу и медленнее сминается, рыхлый лучше впитывает масло и гасит удар. Толщины тоже нормированы: по ГОСТ 288-72 сальники и прокладки делают из войлока 7–20 мм, листовой прокладочный от 2,5 до 7 мм с шагом 0,5 мм.

Какой войлок нужен для сальника?

Для войлочного сальника берут сальниковый войлок: тонкошерстный ТС по ГОСТ 288-72 плотностью 0,44 г/см³ или полугрубошерстный ПС по ГОСТ 6308-71. Прокладочный и фильтровальный войлок рыхлее, на валу он быстрее сминается и теряет натяг, после чего пропускает пыль. Если в старой крышке стояло кольцо неизвестного войлока, его плотность проверяют весами и штангенциркулем, а в заказе указывают обозначение сальникового войлока и стандарт.

Плотность кольца без маркировки проверяют весами

Кольцо из старой крышки обычно без бирки, и понять, какой войлок заказывать, можно расчётом. Достаточно штангенциркуля и весов с точностью 0,1 г. Объём кольца равен π/4 × (D² − d²) × h, где D наружный диаметр, d внутренний, h толщина.

Пример: кольцо 80 × 60 × 10 мм. Объём π/4 × (6 400 − 3 600) × 10 ≈ 21 990 мм³, или около 22 см³. Сальниковый войлок ТС с плотностью 0,44 г/см³ даст массу около 9,7 г, мягкий прокладочный 0,28 г/см³ около 6,2 г. Разница в три с половиной грамма на весах видна сразу.

Замер на изношенном кольце даёт заниженную плотность, если кольцо сохранило объём, но потеряло ворс, и завышенную, если оно пропиталось маслом и грязью. Поэтому перед взвешиванием кольцо промывают и сушат, а результат считают ориентиром: он отличает сальниковый войлок от прокладочного, но марку и стандарт подтверждают уже по документам на новый материал.

Масляные фитили и скребки остаются за войлоком

Войлок в машинах работает не только как сальник. Пропитанная маслом полоса или кольцо раздаёт смазку по капиллярам: на направляющих станков, на цепях, на валах, где нужна тонкая постоянная плёнка. У монолитной резины пор нет, поэтому масло она не запасает и в роли фитиля войлок не заменит.

Для фитиля плотность выбирают ниже, чем для сальника: рыхлый войлок впитывает больше масла и отдаёт его ровнее. Фильтровальный войлок ТФ с плотностью 0,25 г/см³ в этой роли обычно подходит лучше сальникового ТС, но окончательно плотность подбирают по расходу масла в узле. В заявке на такую деталь пишут не только размер, но и роль: «фитиль подачи масла» или «скребок направляющей», иначе изготовитель по умолчанию предложит сальниковый войлок.

Скребки направляющих из войлока снимают стружку и эмульсию хуже резиновых или полиуретановых, зато смазывают направляющую. Поэтому их ставят вторым рядом: резиновый скребок снаружи сбрасывает грязь, войлок за ним оставляет масло.

Войлочные прокладки гасят стук, сотрясения и шум

ГОСТ 6308-71 описывает назначение прокладочного войлока так: прокладки предохраняют детали машин от истирания, загрязнения, ударов и сотрясений и используются для звукопоглощения. В машиностроении это подкладки под кожухи и крышки, чтобы они не дребезжали, прокладки между стеклом и рамкой, мягкие упоры, вставки в ложементах для окрашенных деталей.

Для мягких прокладок стандарт предусматривает марку Б с плотностью 0,28 г/см³, для более жёстких марку А с плотностью 0,34 г/см³. Если прокладка гасит стук кожуха, выбирают мягкую марку и толщину побольше. Если она удерживает деталь в ложементе и не должна проминаться, берут марку А и тоньше.

Прокладки из войлока не герметизируют жидкость и газ. Для крышки, под которой масло или вода, нужна резиновая или паронитовая прокладка, а войлок оставляют там, где задача механическая.

Кольца больше 60 мм сшивают из полосы

ГОСТ 6308-71 в пункте 2.6 разрешает делать кольца с наружным диаметром до 60 мм включительно цельновырубными, а свыше 60 мм сшивать из полосы. Исключение составляют кольца, которые технически нельзя сшить из-за соотношения ширины бортика и толщины, их вырубают целиком. По требованию потребителя цельновырубными делают и кольца больше 60 мм.

Сшитое кольцо по пункту 2.7 того же стандарта имеет один шов при наружном диаметре до 400 мм и два шва, если диаметр больше. Линию стыка делают наклонной, угол среза 20–30°. Пример: кольцо 300 × 260 мм шьют из полосы длиной около π × 280 ≈ 880 мм по средней линии, со скошенными концами.

Цельновырубное кольцо большого диаметра расходует много войлока: центр листа уходит в отход. Сшитое кольцо экономнее, но шов на валу работает хуже сплошного материала. Если пыль абразивная или вал работает близко к пределу по скорости, цельное кольцо оговаривают в заявке отдельно. Плотность колец по таблице 8 ГОСТ 6308-71 относится к кольцам с шириной бортика не меньше 7 мм, для более узких её согласуют с изготовителем.

Перед установкой войлок пропитывают горячим маслом

Сухое войлочное кольцо на валу греется и быстро вытирается: шерсть работает всухую и тянет смазку из подшипника. Поэтому войлок перед установкой пропитывают маслом. SKF для своих войлочных полос пишет, что их отрезают по длине и пропитывают горячим маслом до установки (описание полосы FS 110).

Масло для пропитки берут совместимое со смазкой подшипника, чаще всего минеральное индустриальное. После пропитки кольцу дают стечь, чтобы лишнее масло не попало на ленту или продукт. Канавку крышки перед установкой очищают от старого войлока полностью: остатки под новым кольцом перекашивают его, и натяг на валу становится неравномерным.

Зачем пропитывать войлочное кольцо маслом?

Войлочное кольцо пропитывают маслом, чтобы оно с первых оборотов работало со смазочной плёнкой и не тянуло смазку из подшипника. Сухая шерсть на валу греется, ворс вытирается, кольцо теряет натяг и начинает пропускать пыль. Пропитанный войлок, наоборот, дольше держит контакт и сам подаёт масло на вал. Масло выбирают совместимое со смазкой узла, а излишки дают стечь до сборки.

Замену войлока на манжету проверяют в узле

Замена войлока на резиновую или полиуретановую манжету кажется очевидной, но в старой крышке канавка под войлок прямоугольная и широкая, а манжете нужна своя посадка: натяг по наружному диаметру и кромка с пружиной. Без расточки крышки манжета либо проворачивается, либо стоит с перекосом. Манжету под нестандартную посадку делают так же, как при изготовлении сальников на заказ.

Ресурс нового войлочного кольца заранее не назовёт никто: он зависит от биения вала, пыли, смазки и того, насколько равномерно кольцо лежит в канавке. По материалу даём ориентир для войлока выбранного стандарта, а срок службы подтверждает только работа в узле. Для проверки разумно поставить первое кольцо и посмотреть на него через один-два интервала смазки, прежде чем заказывать запас на год.

Если узел перешёл в другую среду, войлок меняют без проб. Признаки такие: ржавчина на валу под кольцом, грязная вода в смазке, разбухший войлок, который выдавился из канавки. Тогда вместо кольца из войлока нужна манжета или сальник с кромкой, и крышку проверяют под её посадку.

Вырубка или лазер определяются размером партии

Войлочные кольца режут лазером по контуру из файла или вырубают ленточным штампом. Лазер не требует оснастки и подходит для разовых партий и колец под старую крышку. Ориентир: лазерная резка войлока от 200 ₽ за погонный метр реза, ориентировочно, с НДС, точная цена в КП. Для цельного кольца 80 × 60 мм, которое по ГОСТ 6308-71 делают цельновырубным по требованию заказчика, длина реза по двум контурам около 0,44 м, это примерно 88 ₽ за резку одного кольца без материала. Партия из 30 колец выйдет меньше минимального заказа, к оплате минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС.

На серии из сотен и тысяч колец выгоднее вырубка штампом: ленточный штамп стоит от 6 000 ₽, ориентировочно, с НДС, точная цена в КП, и окупается на повторных партиях. Если кольцо одно и под рукой только старое, размеры снимают с образца: наружный и внутренний диаметр, толщину и ширину канавки в крышке, а по весу кольца, как в расчёте выше, определяют, какой войлок был в узле.