Влияние распределения контактных напряжений на утечки через торцевое уплотнение

Рассмотрены вопросы влияния формы контактирующих поверхностей на утечки через резиновое уплотнение в неподвижном соединении узлов аэрокосмической техники. Из практики эксплуатации уплотнений различных конструкций ракетно-космической техники известно, что форма контактирующих поверхностей, а следовательно, и форма эпюры напряжений в зоне контакта значительно влияют на величину утечек. В литературе, однако, практически отсутствуют сведения о влиянии на утечки распределения контактных напряжений по ширине площадки контакта. Таким образом установление связи между величиной утечек и распределением контактных напряжений позволит, во-первых, точнее рассчитывать величину утечек для существующих уплотнений, а во-вторых, оптимизировать форму уплотнений при их проектировании в каждом конкретном случае. Предложена конструкция установки и методика исследований утечек через неподвижное торцевое уплотнение. Объектом исследования являлось неподвижное торцевое кольцевое уплотнение. При испытаниях в кольцевую прокладку из резины вдавливались кольцевые инденторы различной формы. Глубина внедрения регулировалась и измерялась с высокой точностью. Этим моделировались различные варианты распределения контактных напряжений по ширине площадки контакта. Через газовый редуктор во внутреннюю полость уплотнения подавался воздух под разным давлением и производилось измерение утечек. Получены экспериментальные зависимости величины утечек от избыточного давления при различных величинах внедрения выступа в резину. Разработанные конечно-элементные модели трех используемых в эксперименте уплотнений с различными формами инденторов и использование программы STAR позволили теоретически изучить распределение напряжений по ширине площадки контакта. Результатом этой экспериментально-теоретической работы явилось создание новой конечно-элементной программы для расчета утечек через неподвижные резиновые уплотнения LEAKAGES, учитывающей форму резиновых прокладок, вязкоупругие свойства резины, а также явления релаксации и ползучести. В результате экспериментальных исследований по внедрению кольцевых инденторов различных профилей в резиновую неподвижную прокладку установлено, что за счет оптимизации формы индентора величина утечек может быть снижена в 10 раз. Разработана конечно-элементная программа для расчета утечек, которая позволяет оптимизировать форму вновь создаваемых резиновых уплотнений для аэрокосмической техники.