КОНСТРУКЦИЯ УЗЛА МЕЖДУ ВНУТРЕННИМ КОЛЬЦОМ ПОДШИПНИКА И ЦАПФОЙ; КОЛЬЦО И ЦАПФА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТАКОЙ КОНСТРУКЦИИ; И ТУРБОМАШИНА, ОБОРУДОВАННАЯ ИМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК F01D25/16 

Настоящее изобретение относится к узлу между внутренним кольцом подшипника и цапфой, направляемой при вращении этим подшипником.

Задача изобретения заключается в создании конструкции узла, обеспечивающего сборку внутреннего кольца и цапфы.

Кроме того, задача изобретения заключается в создании внутреннего кольца подшипника и цапфы, используемых в конструкции узла.

Более того, задача изобретения также заключается в создании турбомашины, оборудованной упомянутыми внутренним кольцом подшипника и/или цапфой, и/или упомянутым сборочным устройством.

В данном документе термин «цапфа» используется для обозначения любой аналогичной детали или детали, относящейся к вращающемуся валу.

На фиг.2 и 3 схематически и в осевом сечении показаны, соответственно, две известные конструкции узла между цапфой и внутренним кольцом подшипника. В этих двух примерах подшипником является роликоподшипник.

Термин «осевое сечение» обозначает сечение, выполненное по продольной оси цапфы. На этих двух чертежах аналогичные элементы обозначены аналогичными ссылочными позициями.

Ссылочной позицией 102 обозначена цапфа, имеющая ось 104. Цапфа 102 опирается на подшипник, имеющий внутреннее кольцо 106 подшипника и наружное кольцо 108 подшипника. Между внутренним кольцом 106 подшипника и наружным кольцом 108 подшипника расположены ролики 110. Наружное кольцо подшипника прикреплено к неподвижной детали 112. Внутреннее кольцо 106 подшипника прикреплено к цапфе 102.

На фиг.2 показана конструкция узла, в которой внутреннее кольцо 106 подшипника прикреплено к концу цапфы 102 сварным швом 116.

Внутреннее кольцо 106 подшипника при этом образует продолжение цапфы 102. То есть эта конфигурация аналогична конфигурации, в которой ролики 110 непосредственно объединены цапфой 102.

Такая конструкция узла, использующая сварной шов, имеет недостатки. В частности, внутреннее кольцо 106 подшипника и цапфа 102 выполнены из разных материалов. Нередко трудно выполнить прочный сварной шов между двумя деталями, выполненными из разных материалов. Кроме этого, при выполнении этого шва срок службы узла не всегда является удовлетворительным.

На фиг.3 показана конструкция узла, в которой внутреннее кольцо 106 подшипника установлено посредством его зажима в осевом направлении в упор к заплечику 118 цапфы 102 и прикрепления при помощи зажимающей гайки 120. Предотвращающее поворот устройство 122, относящееся к зажимной гайке 120, предотвращает ее поворот относительно цапфы 102.

Такой механический узел с использованием зажимной гайки не имеет недостатка, присущего узлу с использованием сварки. Но имеет другой недостаток, связанный с габаритом узла. В частности, в турбомашинах, сконструированных с такими узлами, необходимо в большей степени ограничивать осевую длину цапфы или длину вращающегося вала. Наличие зажимной гайки 120 и ее предотвращающего поворот устройства 122 на конце цапфы 102, далее внутреннего кольца 106 подшипника, требует, чтобы осевая длина цапфы 102 превышала осевую длину цапфы 102, используемой для сборки при помощи сварки.

Целью настоящего изобретения является создание конструкции узла внутреннего кольца и цапфы, не имеющего упомянутых недостатков.

Точнее, целью настоящего изобретения является создание конструкции узла, являющейся механической и для которой не требуется увеличения осевой длины цапфы.

В данном описании термины «внутреннее кольцо подшипника», «наружное кольцо подшипника» названы просто как «внутреннее кольцо» и «наружное кольцо», соответственно.

Согласно первому объекту настоящее изобретение относится к конструкции узла между внутренним кольцом подшипника и цапфой, опирающейся при вращении на этот подшипник и имеющей ось. При этом конструкция содержит кольцевую канавку цапфы, выполненную на внешней поверхности цапфы, и кольцевую канавку кольца, выполненную на внутренней поверхности внутреннего кольца; при этом две кольцевые канавки взаимодействуют, образуя кольцевой канал между цапфой и внутренней поверхностью, когда они расположены друг напротив друга; фиксирующее кольцо, установленное в кольцевом канале и предотвращающее относительное перемещение, при поступательном движении вдоль оси цапфы, между цапфой и внутренним кольцом и, по меньшей мере, одно углубление цапфы и, по меньшей мере, один шип внутреннего кольца, которые взаимодействуют для предотвращения относительного перемещения, при вращении вокруг оси цапфы, между цапфой и внутренним кольцом.

Каждый шип проходит по радиусу внутрь от внутренней поверхности внутреннего кольца.

Упомянутое, по меньшей мере, одно углубление может быть глухим отверстием цапфы. Как вариант, упомянутое, по меньшей мере, одно углубление может быть продольной канавкой цапфы.

Конструкция узла предпочтительно содержит, по меньшей мере, одно отверстие, соединяющее кольцевую канавку кольца с внешней поверхностью внутреннего кольца.

Фиксирующее кольцо предпочтительно имеет прорезь, облегчающую его введение в кольцевой канал.

Кольцевая канавка цапфы и, по меньшей мере, одно углубление предпочтительно расположены с любой стороны, по меньшей мере, одного смазочного канала, который выходит на внешнюю поверхность цапфы и по которому масло протекает к внутреннему кольцу через цапфу.

Помимо этого в конструкции узла имеется наклон внутреннего кольца вблизи кольцевой канавки кольца.

Как вариант, сборочное устройство имеет радиальный заплечик кольца и радиальный заплечик цапфы, которые взаимодействуют для образования осевой опорной поверхности внутреннего кольца на цапфе.

Согласно второму объекту изобретения создано внутреннее кольцо подшипника, используемое в конструкции узла между внутренним кольцом и цапфой согласно первому объекту. При этом цапфа имеет ось, а кольцо содержит корпус кольца, выполненный с возможностью взаимодействия с наружным кольцом подшипника, первый торец кольца, содержащий первое сборочное средство кольца, предотвращающее относительное перемещение, при поступательном движении вдоль оси цапфы, между цапфой и внутренним кольцом, и второй торец кольца, содержащий второе сборочное средство кольца, предотвращающее относительное перемещение, при вращении вокруг оси цапфы, между цапфой и внутренним кольцом.

Первое сборочное средство кольца имеет кольцевую канавку кольца, выполненную на внутренней поверхности внутреннего кольца.

Первое сборочное средство кольца также имеет наклон, выполненный на оконечности первого торца кольца на внутренней поверхности внутреннего кольца и вблизи кольцевой канавки кольца.

Первое сборочное средство кольца также имеет, по меньшей мере, одно отверстие, соединяющее кольцевую канавку кольца с внешней поверхностью внутреннего кольца.

Второе сборочное средство кольца содержит, по меньшей мере, один шип, проходящий по радиусу внутрь на оконечности второго торца кольца.

Как вариант, внутреннее кольцо подшипника имеет радиальный заплечик кольца между корпусом кольца и первым торцом кольца.

Согласно третьему объекту изобретения создана цапфа, используемая в конструкции узла между внутренним кольцом и цапфой согласно первому объекту изобретения. При этом цапфа имеет ось и содержит первое сборочное средство цапфы для предотвращения относительного перемещения, при поступательном движении вдоль оси цапфы, между цапфой и внутренним кольцом и второе сборочное средство цапфы для предотвращения относительного перемещения, при вращении вокруг оси цапфы, между цапфой и внутренним кольцом.

Первое сборочное средство цапфы имеет кольцевую канавку цапфы, выполненную на внешней поверхности цапфы.

Второе сборочное средство цапфы имеет, по меньшей мере, одно углубление, выполненное в цапфе.

Каждое углубление может быть выполнено, например, в виде глухого отверстия цапфы или в виде продольной канавки цапфы.

Как вариант, цапфа имеет радиальный заплечик цапфы.

Цапфа предпочтительно имеет, по меньшей мере, один смазочный канал, выходящий на внешнюю поверхность цапфы между первым сборочным средством цапфы и вторым сборочным средством цапфы.

Согласно четвертому объекту изобретения создана турбомашина, в частности авиационный двигатель, оборудованная конструкцией узла согласно первому объекту изобретения, внутренним кольцом подшипника согласно второму объекту изобретения или цапфой согласно третьему объекту изобретения.

Конструкция узла согласно изобретению особо целесообразна, если пользователь желает собрать внутреннее кольцо на цапфе в направлении к концу цапфы. Это особо целесообразно, если нужно уменьшить осевой габарит цапфы. Это относится к случаю, когда торец цапфы находится вблизи другой детали, и если пользователю необходимо предотвратить столкновение или контакт между ними при работе турбомашины.

Далее изобретение описано более подробно на примерах вариантов его осуществления, которые являются иллюстративными, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематическое осевое сечение варианта осуществления конструкции узла между внутренним кольцом и цапфой согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 - схематическое осевое сечение первой известной конструкции узла между внутренним кольцом и цапфой, которая описана выше; и

Фиг.3 - схематическое осевое сечение второй известной конструкции узла между внутренним кольцом и цапфой, которая описана выше.

На Фиг.1 показана конструкция узла согласно изобретению. Цапфа 2 имеет ось 4 и при вращении опирается на подшипник, который имеет внутреннее кольцо 6 и наружное кольцо 8. В поясняемом примере подшипник является роликоподшипником, и ролики 10 расположены между наружным кольцом 8 и внутренним кольцом 6.

Наружное кольцо 108 подшипника прикреплено к неподвижной детали 12.

Внутреннее кольцо 6 имеет корпус 60 кольца, который взаимодействует с наружным кольцом 8 через ролики 10 для обеспечения качения. Оно также имеет первый торец 62 кольца и второй торец 64 кольца, являющиеся кольцевыми деталями, проходящими с любой стороны корпуса 60 кольца в осевом направлении. Оно также содержит внутреннюю поверхность 66 кольца и внешнюю поверхность 68 кольца.

Цапфа 2 имеет ось 4, внешнюю поверхность 24 цапфы и торец 50 цапфы.

Цапфа 2 и внутреннее кольцо 6 собраны вместе при помощи первого сборочного средства 26, 28, 30 кольца, второго сборочного средства 32 кольца, первого сборочного средства 36 цапфы, второго сборочного средства 38 цапфы и дополнительного сборочного средства 40.

Первое сборочное средство 26, 28, 30 кольца имеет кольцевую канавку 26 кольца, выполненную на внутренней поверхности 66 кольца, на первом торце 62 кольца.

Первое сборочное средство 26, 28, 30 кольца также имеет наклон 28, выполненный на внутренней поверхности 66 кольца, на оконечности первого торца 62 кольца и вблизи кольцевой канавки 26 кольца.

Первое сборочное средство 26, 28, 30 кольца дополнительно содержит, по меньшей мере, одно отверстие 30, которое в радиальном направлении пересекает внутреннее кольцо 6. Каждое отверстие 30 соединяет кольцевую канавку 26 кольца и внешнюю поверхность 68 кольца. Если выполнено несколько отверстий 30, то их можно распределить в радиальном направлении на внутреннем кольце 6.

Второе сборочное средство 32 кольца имеет, по меньшей мере, один шип 32, проходящий по радиусу внутрь от внутренней поверхности 66 кольца на втором торце 64 кольца. Шип 32 может быть единственным, либо несколько шипов 32 могут быть распределены по существу по периферии внутренней поверхности 66 кольца, например, на равном расстоянии друг от друга.

Первое сборочное средство 36 цапфы имеет кольцевую канавку 36 цапфы, выполненную на внешней поверхности 24 цапфы.

Второе сборочное средство 38 цапфы имеет, по меньшей мере, одно углубление 38 цапфы 2. Оно может быть единственным углублением 38, или же по периферии внешней поверхности 24 цапфы может быть расположено множество углублений 38, например, на равном расстоянии друг от друга.

Каждое углубление 38 может быть, например, глухим отверстием, выполненным посредством механической обработки в цапфе 2, или продольной канавкой, выполненной посредством механической обработки в цапфе 2.

Как вариант, внутреннее кольцо имеет заплечик 34 кольца, проходящий по радиусу между корпусом 60 кольца и первым торцом 62 кольца; и цапфа имеет заплечик 18 цапфы, проходящий по радиусу. В поясняемом примере заплечик 34 кольца проходит по радиусу внутрь, а заплечик 18 цапфы проходит по радиусу наружу.

Конструкция узла имеет дополнительное сборочное средство 40, являющееся фиксирующим кольцом 40.

После выполнения узла между внутренним кольцом 6 и цапфой 2 внутренняя поверхность 66 кольца находится напротив внешней поверхности 24 цапфы.

После выполнения узла между внутренним кольцом 6 и цапфой 2 как шип 32, так и внутреннее кольцо 6 зацепляются в соответствующем углублении 38 цапфы 2. Благодаря взаимодействию шипов 32 и углублений 38 предотвращается перемещение при осевом повороте внутреннего кольца 6 и цапфы 2 относительно друг друга.

После выполнения узла между внутренним кольцом 6 и цапфой 2 кольцевая канавка 26 кольца и кольцевая канавка 36 цапфы взаимодействуют с образованием кольцевого канала 52, в который вставляется фиксирующее кольцо 40. Благодаря взаимодействию между фиксирующим кольцом 40 и кольцевым каналом 52 предотвращается перемещение внутреннего кольца 6 и цапфы 2 при осевом поступательном движении относительно друг друга.

Помимо этого цапфа 2 имеет, по меньшей мере, один смазочный канал 46 цапфы, расположенный между кольцевой канавкой 36 цапфы и, по меньшей мере, одним углублением 38 и выходящий на внешнюю поверхность 24 цапфы, и по которому масло протекает на внутреннее кольцо 6 через цапфу 2. Внутреннее кольцо 6 аналогично имеет смазочные каналы 48 кольца, которые пересекают его в радиальном направлении, и по которым масло протекает к роликам 10.

Установка конструкции узла включает в себя описанные ниже две операции.

Первая операция заключается во введении фиксирующего кольца 40 в кольцевую канавку 36 цапфы.

Фиксирующее кольцо 40 предпочтительно имеет прорезь (не показана) для облегчения введения в кольцевую канавку 36 цапфы. Эта прорезь может быть ориентирована в радиальном направлении фиксирующего кольца 40, или же она может быть расположена под наклоном к этому радиальному направлению.

Вторая операция заключается во введении внутреннего кольца 6 на цапфу 2 через торец 50 цапфы. Наличие наклона 28 на внутреннем кольце 6 облегчает зацепление внутреннего кольца 6 на фиксирующем кольце 40.

Внутреннее кольцо 6 и цапфа 2 имеют соответствующие заплечики 34 и 18, которые контактируют друг с другом и служат в качестве осевой опорной поверхности для внутреннего кольца 6 на цапфе 2 в направлении введения.

При работе вращение обусловливает расширение фиксирующего кольца 40, которое прижимается к кольцевой канавке 26 кольца.

Демонтирование конструкции узла представляет собой следующую операцию: фиксирующее кольцо 40 отводится из кольцевой канавки 36 цапфы соответствующим инструментом. Например, можно использовать инструмент, имеющий штыри или выступы, проникающие в отверстия 30 внутреннего кольца 6 и выталкивающие фиксирующее кольцо 40. Одновременно, внутреннее кольцо 6 вынимается из цапфы 2 в направлении торца 50 цапфы.

Предложена конструкция узла между внутренним кольцом подшипника и цапфой, опирающейся при вращении на этот подшипник, содержащая кольцевую канавку цапфы и кольцевую канавку кольца, которые взаимодействуют с образованием кольцевого канала, когда они находятся друг напротив друга, фиксирующее кольцо, расположенное в упомянутом кольцевом канале и предотвращающее относительное перемещение, при поступательном движении, между цапфой и внутренним кольцом и, по меньшей мере, одно углубление цапфы и, по меньшей мере, один шип внутреннего кольца, которые взаимодействуют для предотвращения относительного перемещения, при вращении, между цапфой и внутренним кольцом. Такие изобретения позволят создать конструкцию, являющейся механической и для которой не требуется увеличения осевой длины цапфы. 6 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Конструкция узла между внутренним кольцом подшипника и цапфой, опирающейся при вращении на этот подшипник и имеющей ось;
содержащая:
кольцевую канавку цапфы, выполненную на внешней поверхности цапфы, и кольцевую канавку кольца, выполненную на внутренней поверхности внутреннего кольца; при этом упомянутые две кольцевые канавки взаимодействуют, образуя кольцевой канал между цапфой и внутренней поверхностью, когда они расположены друг напротив друга;
фиксирующее кольцо, установленное в кольцевом канале и предотвращающее относительное перемещение, при поступательном движении вдоль упомянутой оси, между цапфой и внутренним кольцом, и, по меньшей мере, одно углубление цапфы, и, по меньшей мере, один шип внутреннего кольца, которые взаимодействуют для предотвращения относительного перемещения, при вращении вокруг упомянутой оси, между цапфой и внутренним кольцом.

2. Конструкция узла по п.1, в которой каждый шип проходит по радиусу внутрь от внутренней поверхности внутреннего кольца.

3. Конструкция узла по п.1, в которой каждое углубление представляет собой глухое отверстие цапфы.

4. Конструкция узла по п.1, в которой каждое углубление представляет собой продольную канавку цапфы.

5. Конструкция узла по п.1, содержащая, по меньшей мере, одно отверстие, соединяющее кольцевую канавку кольца с внешней поверхностью внутреннего кольца.

6. Конструкция узла по п.1, в которой фиксирующее кольцо имеет прорезь, облегчающую введение в кольцевой канал.

7. Конструкция узла по п.1, в которой кольцевая канавка цапфы и, по меньшей мере, одно углубление расположены с любой стороны, по меньшей мере, одного смазочного канала, который выходит на внешнюю поверхность цапфы, и по которому масло протекает к внутреннему кольцу через цапфу.

8. Конструкция узла по п.1, в которой имеется наклон внутреннего кольца вблизи кольцевой канавки кольца.

9. Конструкция узла по п.1, содержащая радиальный заплечик кольца и радиальный заплечик цапфы, которые взаимодействуют для образования осевой опорной поверхности внутреннего кольца на цапфе.

10. Внутреннее кольцо подшипника, используемое в конструкции узла по п.1 между внутренним кольцом и цапфой, имеющей ось, содержащее:
корпус кольца, выполненный с возможностью взаимодействия с наружным кольцом подшипника,
первый торец кольца, содержащий первое сборочное средство кольца, предотвращающее относительное перемещение, при поступательном движении вдоль упомянутой оси, между цапфой и внутренним кольцом; и второй торец кольца, содержащий второе сборочное средство кольца, предотвращающее относительное перемещение, при вращении вокруг упомянутой оси, между цапфой и внутренним кольцом.

11. Внутреннее кольцо подшипника по п.10, в котором первое сборочное средство кольца имеет кольцевую канавку кольца, выполненную на внутренней поверхности внутреннего кольца.

12. Внутреннее кольцо подшипника по п.11, в котором первое сборочное средство кольца имеет наклон, выполненный на оконечности первого торца кольца на внутренней поверхности внутреннего кольца и вблизи кольцевой канавки кольца.

13. Внутреннее кольцо подшипника по п.10, в котором первое сборочное средство кольца имеет, по меньшей мере, одно отверстие, соединяющее кольцевую канавку кольца с внешней поверхностью внутреннего кольца.

14. Внутреннее кольцо подшипника по п.10, в котором второе сборочное средство кольца имеет, по меньшей мере, один шип, проходящий по радиусу внутрь на оконечности второго торца кольца.

15. Внутреннее кольцо подшипника по п.10, содержащее радиальный заплечик кольца между корпусом кольца и первым торцом кольца.

16. Цапфа, используемая в конструкции узла по п.1 между внутренним кольцом подшипника и цапфой, имеющей ось, содержащая:
первое сборочное средство цапфы для предотвращения относительного перемещения, при поступательном движении вдоль упомянутой оси, между цапфой и внутренним кольцом, и
второе сборочное средство цапфы для предотвращения относительного перемещения, при вращении вокруг упомянутой оси, между цапфой и внутренним кольцом.

17. Цапфа по п.16, в которой первое сборочное средство цапфы имеет кольцевую канавку цапфы, выполненную на внешней поверхности цапфы.

18. Цапфа по п.16, в которой второе сборочное средство цапфы имеет, по меньшей мере, одно углубление, выполненное в цапфе.

19. Цапфа по п.18, в которой каждое углубление представляет собой глухое отверстие цапфы.

20. Цапфа по п.18, в которой каждое углубление представляет собой продольную канавку цапфы.

21. Цапфа по п.16, содержащая радиальный заплечик цапфы.

22. Цапфа по п.16, содержащая, по меньшей мере, один смазочный канал, который выходит на внешнюю поверхность цапфы между первым сборочным средством цапфы и вторым сборочным средством цапфы.

23. Турбомашина, в частности авиационный двигатель, оборудованная конструкцией узла по п.1.

24. Турбомашина, в частности авиационный двигатель, оборудованная внутренним кольцом подшипника по п.10.

25. Турбомашина, в частности авиационный двигатель, оборудованная цапфой по п.16.