Резинометаллические формовые детали

Резинометаллические детали, несущие нагрузку, состоят из двух или более металлических частей, прочно скрепленных промежуточ­ным слоем резины. Такие детали нашли широкое применение в со­временных конструкциях автомобилей, самолетов и т. п. Резина в этих деталях используется как амортизатор толчков и вибраций и одновременно как средство прочного соединения двух металличе­ских частей, как глушитель звука или как уплотнитель.

Наряду с резинами из натурального и бутадиен-стирольного каучуков, а также их заменителями, в зависимости от требований эксплуатации применяют хлоропреновые (наиритовые), нитриль-ные, бутил-каучуковые, хлорсульфополиэтиленовые резины и ре­зины из насыщенных полимеров, отличающиеся особой устойчи­востью.

Уретановые резины, обладающие высокой прочностью (2,8—4,9 кН/см²), твердостью (78—96 по ТМ-2) и исключительной износостойкостью, применяются для изготовления амортизаторов и фрикционов.

Резины из фторкаучука обладают высокой стойкостью к действию масел, ряда растворителей и химическим агрессивным средам, включая азотную кислоту. В последнем применении фторкаучуковые резины превосходят все иные, имеющиеся в настоящее время.

Силиконовые (полидиметилсилоксановые) резины пригодны к эксплуатации при температурах от —56 °С и, в зависимости от длительности применения, до + 280 °C. Силиконовым резинам и де­талям, из них изготовленным, свойственны также следующие осо­бенности: значительная усадка, достигающая при формовой вулка­низации 6%; хорошая стойкость к кислороду и озону, спиртам и кетонам.

В конструкциях силиконовых деталей следует применять воз­можно более простые геометрические конфигурации; предпочти­тельны детали, изготовленные формованием.

Обычно в резинометаллических деталях прочное крепление слоя резины достигается путем латунирования поверхности металла или применением специальных клеев. Дробеструирование при крепле­нии посредством лейконата во всех случаях значительно увеличи­вает прочность крепления и является обязательной операцией. Это объясняется, по-видимому, происходящим качественным изменением поверхности металла, приводящим к резкому изменению взаи­модействия металла с клеем.

В отдельных конструкциях находят применение резинометаллические детали, в которых сцепление резины с металлом обеспе­чивается применением сжатия резиновой детали при монтаже блока из резиновых и металлических частей и возникающим при этом трением. Таким способом удобно и надежно укрепляются «пальцы» в шарнирных соединениях, например в резинометаллических гусеницах, в рулевом управлении автомобиля и т. п.

Резино­вые втулки таких шарниров прочно привулканизованы к пальцам и имеют наружный диаметр, больший, чем отверстие в шарнире. По­саженные под значительным осевым давлением в шарнир втулки деформируются в радиальном и осевом направлениях и вследствие возникновения трения обеспечивают работу шарнира.

Резинометаллические детали представляют собой формовые фасонные  изделия  заданного  вида   и размеров   и изготовляются литьем или формованием. Фор­мы с литьевыми надставками удобно применять в случаях изделий значительных габари­тов, а также при создании по­точных автоматизированных участков. В отдельных случаях (например, при изготовлении резиновых подшипников) ме­таллическая часть изделия мо­жет сама служить частью вулканизационной формы, что упрощает и удешевляет изготовление формы. В группу резино-металлических, несущих нагрузку деталей, входят: амортизаторы, уплотнители и подшипники.

Резиновые амортизаторы служат для уменьшения амплитуды усилий, передаваемых в режиме вынужденных колеба­ний, от стационарных неуравновешенных машин на фундаменты (активная изоляция) или для уменьшения амплитуды вынужден­ных колебаний на автомашинах, самолетах и на морских судах — от вибрирующего корпуса к прикрепленному к нему оборудованию или приборам (пассивная изоляция). Амортизаторы работают на сжатие, на сдвиг, на кручение или на сочетание этих видов дефор­маций. Резиновые амортизаторы, работающие на растяжение, при­меняются редко.

Резина, сжимаемая между двумя металлическими плитами, проявляет различную жесткость в зависимости от того, имеется или отсутствует смазка. В практических условиях смазка не применяется; но резина, зажатая между двумя металлическими листами, все же имеет некоторое скольжение, и потому края ее истираются. Во избежание этого применяют привулкаиизацию к ра­бочим поверхностям резины тонких металлических листов. Такой резиновый блок используется как конструктивная деталь амортизатора (рис. 107). В тех случаях, когда необходимо обеспечить до­статочную осадку и притом должную жесткость конструкции, применяют амортизаторы, составленные из  нескольких,  наложенных один на другой, таких резиновых блоков.

Гистерезисные потери, свойственные резине, определяют ее спо­собность к быстрому затуханию собственных колебаний, т. е. спо­собность резинового амортизатора проявлять самоторможение. Большими гистерезисными потерями обладают высокоэластичные мягкие (низкомодульные резины), но амортизаторы из таких резин имеют большую осадку и значительное теплообразование. В суще­ственно различных частотных режимах как жесткость, так и гисте­резисные свойства резины оказываются разными. При деформа­циях, протекающих с большой часто­той, способность резины гасить коле­бания будет меньшей.

Для глушения периодических колебаний поршневые и роторных машин, приборных панелей и других целесообразно применять ре­зиновые амортизаторы с возможнс меньшей собственной частотой. Для этого следует применять мягкую эла­стичную резину (типа № 1847). Погло­щение же буферами ударного возбуж­дения связано с рассеянием больших количеств энергии. Для, этой цели наиболее подходят высокомодульные ма­лоэластичные резины (типа № 2959) Однако практически обе эти функции нередко выполняются одними и теми же деталями, что и прихо­дится учитывать при выборе типа резины. К числу немногих при­меров лишь антивибрационных амортизаторов колебаний можно отнести подушки для опор двигателей.

Столь же важной характеристикой при оценке резин для амор­тизаторов является способность ее к многократным деформациям. Однако стойкость резинометаллических изделий в эксплуатации в большой степени зависит не только от состава резины, но и от особенностей конструкции, условий нагружения и правильного вы­бора конфигурации резиновой детали. В особенности важна пра­вильность конфигурации детали вблизи металлических деталей (панелей), к которым привулканизована резина. Практические ука­зания по конструктивному обеспечению эксплуатационной выносли­вости резинометаллических изделий сводятся к следующему.

1. Резина (из натурального каучука) должна находиться в та­ких условиях, чтобы в ходе циклических деформаций не было бы нулевого напряжения (рис. 108). Для этого, например, резине, ра­ботающей на сдвиг, дают небольшое начальное сжатие или растяжение (рис. 109).

2. Должна быть предусмотрена возможность боковых деформа­ций резины в амортизаторах. Именно поэтому конструкция, приве­денная на рис. 110, а, является правильной, а конструкция, приве­денная на рис. 110,6, неправильна из-за чрезмерной ее жесткости.

3. Конфигурация резины в подвесках, втулках или других изде­лиях должна быть такой, чтобы не было входящих углов и закруг­лений малых радиусов (мест), где возможна концентрация напря­жений. В особенности это недопустимо в местах соприкосновения резины с металлическими панелями.

Ниже приводится ряд примеров различного вида резиновых амортизаторов сжатия, сдвига и кручения.

Резинометаллические подушки опор автомобильного мотора, показанные на рис. 111, создают такую подвеску его, при которой мотор может несколько колебаться вокруг своего центра тяжести и легче воспринимать толчки, опасные при жестком способе креп­ления.

На рис. 112 приведен пластинчатый приборный амортизатор.

На рис. 113 показан амортизатор, относящийся к типу так на­зываемых амортизаторов со страховкой (АСС). Последняя состоит в том, что при разрушении резины сочленение металлических дета­лей такого амортизатора не нарушается. Тем самым исключается возможность внезапных разрушений объектов, подрессоренных та­ким амортизатором.

На рис. 114 показан амортизатор мостичного типа (AM), со­стоящий из двух спаренных резиновых блоков, применяемый для изоляции колебаний небольших частот.

На рис. 115 приведен амортизатор фермообразный, а на рис. 116 амортизатор трубчатый, малой жесткости (в разработке В. А. Ле-петова, Б. X. Аврущенко, И. С. Лень). Примером трубчатых буфе­ров являются так называемые «отбойные устройства» — толсто­стенные длинные резиновые трубы, подвешиваемые на тросах к стенкам пристаней в местах швартовки судов. Размеры таких трубчатых амортизаторов достигают 400 мм по наружному диа­метру, при 200 мм по внутреннему, и до 4000 мм длины. Такие амортизаторы радиального сжатия обладают различной конструк­ционной жесткостью.

На начальном участке, пока еще полость трубы не сомкнулась, жесткость амортизатора мала. Далее сле­дует переходная область с возрастающей жесткостью. После того как полость трубы сомкнулась в дальнейшем сжатии образовав­шейся пластины жесткость амортизатора резко возрастает. Допу­стимым считают сжатие до Уз наружного диаметра трубы.

На рис. 117 приведен резиновый амортизатор трамвайного вагона, работающий на круговой сдвиг. Расчленение резины на не­сколько соосных втулок придает большую жесткость такому амор­тизатору. Рессорная втулка (рис. 118) представляет собой два кон­центрически расположенных металлических полых цилиндра, ме­жду которыми находится слой резины со скошенными торцами или с торцами, ограниченными гиперболой. Наружный металлический цилиндр  изготовляется  разрезным   из  двух  или  трех  сегментов.

Такие втулки применяются, например, в сережках рессор в каче­стве детали, работающей на кручение. Известны комбини­рованные пружинно-резиновые амортизаторы (рис. 119). Предло­жены также конструкции резиновых амортизаторов с включенными в их массив металлическими пружинами. Наличие таких пружин, конических в особенности (рис. 120), не только повышает нагрузку, принимаемую амортизатором, но и улучшает горизонтальную устой­чивость опор.

Подобные конструкции амортизаторов назначаются для компрессоров, генераторов, моторов, насосов, вентиляторов и других машин, требующих дешевой и эффективной изоляции вибрации. Амортизаторы с резиновыми дета­лями для подвижного состава опи­саны в книге.

Резиновые уплотнители подвижного контакта. Рези­новые и резинометаллические изде­лия, применяемые в качестве уплот­нителей подвижного контакта дол­жны обеспечить необходимую гер­метичность между подвижными и неподвижными деталями и обла­дать высокой износоустойчивостью. Такие изделия работают обязатель­но при наличии соответственных смазок, так как сухой контакт привел бы к быстрому разогреву и разрушению резины.

Различают два вида уплотнителей — для агрегатов вращатель­
ного действия (подшипники, ниппели, подпятники, «сальники») и
для агрегатов возвратнопоступательного действия (манжеты, во­
ротники).     

Резиновые подшипники представляют собой металличе­ские гильзы-вкладыши,   обложенные   внутри слоем   резины. Они применяются для гребных валов на судах (ГОСТ 7199 — 71), па землечерпалках, в гидротурбинах, в шахтных насосах, в аппаратах мокрого обогащения руды, в турбинах бурильных машин (ГОСТ 4671 —63), т. е. там, где опора вала соприкасается с водой. Для подвода воды в целях смазки и охлаждения на внутрен­ней поверхности резинового подшипника имеются канавки.

При го­ризонтальном положении подшипника канавки располагаются по образующим (рис. 121); при вертикальном — применяется как спиральное расположение канавок, так и продольное. В тех слу­чаях, когда смазку производят забортовой водой, загрязненной илом или песком, канавки служат также для отвода загрязнений: жесткие частицы вдавливаются в резину, перемещаются вследствие вращения вала в ближайшую канавку и вымываются из подшипника При диаметре вала, большем 400-500 мм, вкладыши соои-рают из стальных обрезиненных секторов. Диаметры резиновых подшипников достигают весьма больших размеров: для Куйбы­шевской ГЭС, например, 1420 мм.

Толщина резиновой обкладки подшипника зависит от диаметра I степени балансировки вала, числа оборотов вала, сечения канавок и   составляет   8 мм и больше.   Когда   подшипники раоотают Е загрязненной воде, необходимо применять резиновую обкладку, стойкую к истиранию, и несколько увеличивать толщину обкладки.

Так как крепление резины к латуни наиболее надежно и просто по
выполнению, то латунные гильзы имеют преимущественное приме­нение.   Стальные гильзы необходимо латунировать или обрабаты­вать  иным   способом,  обеспечивающим  прочность  крепления   резины к металлу на отрыв не ниже 400 Н/см². Заготовки резиновых подшипников    производят    отливкой.    Вулканизация    проводится в котле или в автоклаве в индивидуальной форме, но рекомендуется дополнительная тщательная шлифовка на специальных то­карных станках. 

Коэффициент трения в резиновых подшипниках с водяной смаз­кой понижается с увеличением  окружной скорости вала. При низ­кой окружной   скорости  воду следует подводить   под   давлением (0 5—2 5)-10⁵ Па   Известны случаи   хорошей   работы   резиновых подшипников при окружной скорости до 22 м/с и при нагрузках до 57- Ю⁵  Па   считая   на   диаметральное   сечение.   Резиновые   под­шипники особенно пригодны для  быстроходных валов  не только вследствие низкого коэффициента трения, но также и потому, что
резиновая обкладка поглощает вибрации вала и агрегата в целом.

Чтобы резиновый подшипник соответствовал назначению, необхо­димо при монтаже и уходе за ним соблюдать определенные требования.  Поверхность цапф вала должна быть совершенно гладкой и свободной от масла. Вал при монтаже должен легко и с определенным зазором входить в подшипник; последний укрепляется и центрируется установочными болтами. Для предупреждения коррозии цапфы вала следует хромировать или применять втулки из бронзы или монельметалла. Если естественная циркуляция воды через канавки подшипника недостаточно обеспечена, то необходимо также применять принудительную подачу чистой воды. Не следует до­пускать нагрева подшипника выше 50—70 С.

Различные несущие нагрузку резинометаллические детали сле­дует проверять на отсутствие возможных дефектов крепления ре­зины к металлу. Ряд таких дефектов (трещины, пустоты, сдиры клея и т д ) может быть обнаружен применением ультразвукового дефектоскопа, не вызывающего нарушения целости образца при испытании. Так, например, ультразвукоскоп, при растяжении образ­ца на 10% позволяет отчетливо обнаружить места заранее нане­сенных дефектов в резине или в местах слущенной клеевой пленки.

Резннометаллические манжетные уплотнения («сальники)» предназначаются для предотвращения перетека­ния смазки из одного пространства в другое при вращательном движении подвижной детали. Они весьма успешно заменяют кожа­ные сальники и в настоящее время изготовляются в больших коли­чествах как массовая серийная продукция.

Применяемое для этой цели уплотнение надежно обеспечивается самоподжимными арми­рованными манжетами (ГОСТ 8752—70), состоя­щими из резиновой ман­жеты, металлического каркаса в ней и пружин­ного кольца (см. рис. 29). Последнее или привулка-низовано к манжете или же может быть съем­ным. Этим кольцом соз­дается необходимое на­чальное, посадочное на­пряжение резин в зоне контакта манжеты и ва­ла. Манжеты этого типа успешно заменяют при­менявшиеся ранее кожа­ные сальники, вытеснили последние и изготовля­ются резиновыми завода­ми в громадных количе­ствах.

Для производства этих манжет применяют фор­мы с режущей кромкой и кассетные прессы. Опи­сан вулканизацион-ный автомат (рис. 122) ротационного типа с го­ризонтальной осью вращения, совмещающий в од­ном агрегате литье пред­варительно гранулирован­ных резиновых смесей и зулканизацию отливок. Для уплотнений, работающих при больших скоростях вращения и при значительных давлениях рабочей среды, применяют уплотнительные торообразные кольца (круглого сечения) из относи­тельно твердой резины. В целях предупреждения перегревания та­кие кольца имеют свободную посадку на валы, а для создания необходимого начального контакта в канавке помещают второе обжимное кольцо, изготовляемое из мягкой резины.