Направляющая втулка поддерживает шток в передней крышке гидроцилиндра и воспринимает возникающие в этом узле радиальные усилия. Она помогает сохранять положение штока относительно уплотнений и не допускает контакта штока с материалом крышки. При увеличенном зазоре или перекосе шток сильнее нагружает уплотнения — появляются односторонний износ, задиры и наружная утечка.
При этом втулку штока важно отличать от направляющего кольца поршня. Функции у этих элементов близкие, но расположение, форма и условия работы различаются.
Где находятся направляющие элементы
В передней крышке направляющая поддерживает шток в месте его выхода из цилиндра. На поршне направляющее, или износостойкое, кольцо удерживает поршень относительно внутренней поверхности гильзы и предотвращает контакт металла с металлом.
Направляющие не герметизируют рабочие полости: за это отвечают уплотнения штока и поршня. Однако износ деталей взаимосвязан. Увеличенный зазор позволяет штоку отклоняться и создаёт неравномерную нагрузку на уплотнительную кромку.
Направляющая не может компенсировать постоянный перекос механизма. Гидроцилиндр рассчитан прежде всего на осевую передачу усилия, поэтому несоосность креплений и плохо направляемая внешняя нагрузка ускоряют износ даже правильно подобранной втулки. Подробнее об этом — в статье о боковых нагрузках на гидроцилиндр.
Какие материалы применяют
Цельная втулка штока имеет цилиндрическую опорную поверхность. В некоторых промышленных гидроцилиндрах применяют бронзовые или чугунные втулки. Конкретный материал, длину опорной поверхности, посадку и рабочий зазор определяет конструкция цилиндра.
Латунь нельзя считать универсальной заменой бронзе. Медно-цинковые сплавы различаются по прочности и антифрикционным свойствам. По жёлтому цвету детали достоверно определить материал невозможно — нужны чертёж, спецификация или анализ.
Направляющие кольца обычно устанавливают в канавках поршня или направляющего узла штока. Их изготавливают, например, из наполненного PTFE, армированного полиамида и тканевых композитов на полимерной связке. В зависимости от состава такие материалы могут снижать трение, распределять нагрузку и защищать ответные поверхности от прямого металлического контакта.
У каждого материала есть границы применения. При выборе учитывают допустимое контактное давление, скорость скольжения, температуру, рабочую жидкость и продолжительность нагрузки. Для полимеров важны деформация и ползучесть, а для некоторых полиамидов — изменение размеров под воздействием влаги. Параметры следует брать из технических данных производителя конкретного материала.
Заменять металлическую втулку полимерным кольцом или наоборот только по совпадению размеров нельзя. Такая замена влияет на посадки, зазоры, распределение нагрузки и работу уплотнительного пакета, поэтому требует проверки конструкции всего узла.
От чего зависит выбор направляющей
Для расчёта и выбора необходимы:
- Радиальная нагрузка на шток или поршень и направление её действия.
- Диаметр детали, ширина и количество направляющих поверхностей.
- Монтажный и рабочий зазор с учётом допусков и температуры.
- Скорость, длина хода, частота циклов и продолжительность нагрузки.
- Рабочая жидкость, загрязнённость среды и качество фильтрации.
- Материал, твёрдость, покрытие и шероховатость сопряжённой поверхности.
Одного рабочего давления гидросистемы недостаточно. Давление вместе с эффективной площадью поршня определяет теоретическое осевое усилие цилиндра, а радиальная реакция зависит от креплений, положения механизма и внешней нагрузки.
Признаки износа направляющей втулки
На необходимость дефектовки могут указывать:
- увеличенный радиальный люфт штока;
- односторонняя выработка втулки или кольца;
- неравномерный износ уплотнения и грязесъёмника;
- продольные риски или задиры на штоке;
- подклинивание или рывки в определённой части хода;
- повторная утечка вскоре после замены уплотнений.
Эти признаки не доказывают, что неисправна только втулка. При дефектовке проверяют прямолинейность и поверхность штока, фактические зазоры, гильзу, поршневые направляющие и крепления цилиндра. Загрязнённая жидкость также может ускорять абразивный износ — подробнее об этом рассказано в статье о загрязнении рабочей жидкости.
Если причина течи — увеличенный зазор, перекос или повреждение штока, новый комплект уплотнений может снова быстро выйти из строя. Поэтому повторяющаяся утечка требует проверки всего направляющего узла. Кроме того, потеря нагрузки может быть связана не только с цилиндром — порядок диагностики приведён в статье «Почему гидроцилиндр не держит нагрузку».
Перед разборкой необходимо снять давление в системе и исключить самопроизвольное перемещение поддерживаемой нагрузки. Допустимые зазоры и возможность повторного использования деталей определяют по документации конкретного цилиндра.
Что сообщить при заказе гидроцилиндра
Для подбора направляющего узла нужны схема и размеры креплений, направление движения, расчётное усилие, рабочее и пиковое давление, скорость, частота циклов, температура и тип рабочей жидкости. Важно также сообщить об известных перекосах, загрязнении, задирах и повторном износе уплотнений.
Если цилиндр изготавливается взамен существующего, приложите чертёж, фотографии узла и результаты дефектовки. Дополнительная информация об основных деталях собрана в статье о материалах для гидроцилиндров.
ПРОКомпонент изготавливает гидроцилиндры под заказ. Перейдите на сайт ПРОКомпонент, чтобы передать исходные данные и обсудить конструкцию цилиндра для конкретного механизма и режима работы.