ОПОРА КАЧЕНИЯ ВАЛА Российский патент 1994 года по МПК F16C25/06 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипниковым узлам, состоящим из роликовых подшипников качения и служащим опорами валов.

Известен подпятник качения вала, содержащий упорные шариковые подшипники и устройство распределения осевой нагрузки между ними, включающее замкнутую заполненную вязкоупругим элементом полость и гильзы, взаимодействующие с одной стороны со свободными кольцами подшипников, а с другой стороны с указанной полостью [1] .

Недостаток данного решения связан с узкой областью применения, характеризуемой высокими односторонними осевыми нагрузками, а также со значительным увеличением габаритов (элементы устройства распределения осевой нагрузки расположены с внешних сторон подшипников).

Известна также схема установки двух радиально-упорных подшипников в опоре, при этом в зависимости от характера внешней нагрузки подшипники в паре могут устанавливаться либо широкими торцами внутренних колец, либо широкими торцами наружных колец друг к другу [2] .

Для обеспечения предварительного натяга в таких узлах применяется подшлифовка торцов подшипников, установка набора металлических прокладок либо регулирующей гайки (крышки), осуществляющей осевое смещение колец подшипников при монтаже узла и его регулировке в процессе эксплуатации.

Недостатком данных способов осуществления натяга является уменьшение последнего в процессе эксплуатации по мере изнашивания тел и дорожек качения и связанная с этим необходимость периодического регулирования узла. Кроме того, для узлов, работающих в условиях повышенных температур, необходимо предусмотреть осевую игру для предотвращения теплового заклинивания тел качения и специальные компенсирующие устройства для исключения нарушения контакта при снижении температуры, что приводит к снижению точности вращения вала и надежности узла. Переменность нагрузки в последнем случае требует обеспечения натяга, соответствующего максимальному ее значению, что нерационально с точки зрения компактности и потерь на трение.

Наиболее близким по технической сущности является опора вала, содержащая два радиально-упорных конических роликоподшипника, установленные широкими торцами внутренних колец друг к другу, и устройство создания осевого зазора-натяга, выполненное в виде набора металлических прокладок, устанавливаемых между широким торцом наружного кольца одного из подшипников и крышкой [3] .

Недостатком данного способа осуществления натяга является уменьшение последнего в процессе эксплуатации по мере изнашивания тел и дорожек качения и связанная с этим необходимость периодического регулирования узла, а также чувствительность к перепадам температуры, которые могут вызвать заклинивание тел качения либо чрезмерное увеличение зазоров и снижение точности вращения.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности за счет поддержания требуемого натяга в процессе эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что в опоре качения, содержащей два радиально-упорных подшипника, установленные широкими торцами внутренних колец друг к другу, устройство создания осевого натяга выполнено в виде двух сообщающихся между собой посредством канала камер, заполненных гидропластом и контактирующих с широкими торцами колец подшипников посредством нажимных втулок.

Предлагаемая конструкция опоры представлена на фиг. 1 и содержит корпус 1, ступенчатый вал 2, установленный в радиально-упорных, например, роликовых конических, подшипниках 3, 4, смонтированных враспор. Между широкими торцами внутренних колец подшипников 3, 4 установлены нажимные втулки 5, 6, образующие со ступенчатым валом 2 камеры 7, 8. Камеры 7, 8 соединены друг с другом посредством канала 9 в валу 2 и образуют с ним замкнутую полость, заполненную гидропластом.

В процессе работы внешнее осевое усилие F_а, действующее на вал 2, посредством камеры 7 с гидропластом передается на нажимную втулку 5 и далее через подшипник 3, нагружая его, на корпус 1. При этом за счет поршневого действия и разности рабочих площадей камер 7, 8, сообщенных каналом 9, в них создается давление рабочей среды, нагружающее также посредством нажимной втулки 6 подшипник 4 осевой силой, являющейся его натягом. Величина последнего определяется рабочей площадью камеры 8 и находится из условия превышения над осевой составляющей от радиального усилия, действующего на подшипник 4. Величина натяга пропорциональна внешней нагрузке F_а (отслеживает ее) и превышает минимально необходимой величины, поскольку создается давление рабочей среды в камере 8, создаваемым этой нагрузкой, что позволяет избежать чрезмерных потерь на трение при обеспечении необходимой жесткости опоры и точности вращения вала.

При наличии существенного износа тел и дорожек качения подшипников 3, 4 также обеспечивается необходимый натяг подшипника 4, поскольку нажимные втулки 5, 6 имеют возможность осевого смещения относительно вала 2. По этой же причине исключено тепловое заклинивание опоры в условиях повышенных температур при эксплуатации. Автоматическое обеспечение требуемого распределения усилий в опоре в процессе эксплуатации позволяет избежать необходимости в периодическом регулировании узла. Указанные выше факторы позволяют существенно повысить надежность и долговечность опоры.

Для удобства компоновки в случае необходимости замыкающий канал может быть выполнен в корпусе. Вариант такой схемы представлен на фиг. 2, где нажимные втулки 10, 11 расположены с внешних сторон наружных колец подшипников 12, 13 и взаимодействуют с корпусом 14 посредством промежуточной втулки 15 и камер 16, 17, заполненных гидропластом и сообщенных между собой посредством канала 18 в корпусе 14. Работа опоры осуществляется аналогично описанному выше.

Конструкции, описанные выше, имеют, однако, существенное ограничение: они применимы лишь в узлах с односторонней внешней осевой нагрузкой F_а, поскольку нагрузка, приложенная в направлении, противоположном показанным на фиг. 1-2, вызовет перетекание гидропласта в камеру с большей рабочей площадью и приведет к потере работоспособности опоры. С целью обеспечения работоспособности при двусторонней осевой нагрузке опора может быть снабжена двумя полостями, заполненными гидропластом, одна из которых функционирует при действии прямой, а вторая при действии обратной осевой нагрузки. Вариант такой конструкции на примере опоры, содержащей нажимные втулки, расположенные между широкими торцами внутренних колец подшипников, показан на фиг. 3.

Вал 19, установленный в корпусе 20 на конических подшипниках 21, 22, может воспринимать внешнюю осевую нагрузку F_а в обоих направлениях и образует с нажимными втулками 23, 24 и обоймой 25 две пары камер 26, 27 и 28, 29, при этом камеры 26, 27 посредством нажимной втулки 23 взаимодействуют с широким торцом внутреннего кольца подшипника 21, а камеры 28, 29 - соответственно с нажимной втулкой 24 и подшипником 22. Камеры 26 и 29 сообщены между собой каналом 30 в валу 19, равно как и камеры 27, 28 посредством канала 31 и образуют две замкнутые полости 26-29-30 и 27-28-31, заполняемые гидропластом. Процесс работы опоры при нагружении ее внешними нагрузками аналогичен описанному выше, причем в случае прямой нагрузки F_а функционирует полость 26-29-30, а при обратной - полость 27-28-31. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 162005, кл. F 16 С 19/12, 1964.

2. Комиссар А. Г. Опоры качения в тяжелых режимах эксплуатации. М. : Машиностроение, 1987.

3. Орлов П. И. Основы конструирования. М. : Машиностроение, 1977, кн. 2, с. 497-498, рис. 464ж.

Использование: в машиностроении, в частности в подшипниковых узлах, состоящих из роликовых конических подшипников качения. Сущность: для повышения надежности и долговечности за счет поддержания требуемого натяга в процессе эксплуатации в опоре качения, содержащей два радиально-упорных подшипника качения, установленных широкими торцами внутренних колец друг к другу, устройство для создания осевого натяга выполнено в виде двух сообщающихся между собой посредством канала камер. Камеры заполнены гидропластом и взаимодействует с широкими торцами колец подшипников посредством нажимных втулок. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ОПОРА КАЧЕНИЯ ВАЛА, содержащая корпус, вал, два радиально-упорных подшипника, внутренние кольца которых установлены друг к другу широкими торцами, и устройство для создания осевого натяга с нажимными втулками, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, упомянутое устройство выполнено в виде двух сообщающихся между собой посредством канала камер, заполненных гидропластом и контактирующих с нажимными втулками. 2. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что нажимные втулки смонтированы на валу с возможностью контакта с широкими торцами внутренних колец, а соединяющий камеры канал выполнен в валу. 3. Опора по п. 2, отличающаяся тем, что вал выполнен с одной расположенной между внутренними кольцами ступенью, образующей своими торцами с нажимными втулками упомянутые камеры устройства для создания осевого натяга. 4. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что нажимные втулки смонтированы в корпусе с возможностью контакта с широкими торцами наружных колец подшипников и образования своими торцами с прилегающими поверхностями корпуса упомянутых камер устройства для создания осевого натяга, а канал, соединяющий камеры, выполнен в корпусе. 5. Опора по п. 3, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения работоспособности при двусторонней осевой нагрузке, она снабжена дополнительными двумя размещенными между поверхностями нажимных втулок и вала камерами и соединяющим их и выполненным в валу каналом, заполненными гидропластом.