ШАРИКОПОДШИПНИК И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ УПОР ПОДВЕСКИ Российский патент 2015 года по МПК F16C19/10 B60G15/06 F16F9/00 

Область техники

[0001] Изобретение относится к упору подвески транспортного средства, снабженному шарикоподшипником.

Известный уровень техники

[0002] Об использовании подшипника с кольцами из штампованного листового металла в упорах подвески говорится, например, в документе FR 2918138. В таком упоре одно из колец, выполняющее роль дорожек качения, его называют «нижнее кольцо», опирается на пластиковую опорную площадку, которая образует границу контакта с винтовой пружиной подвески колеса, в то время как второе кольцо - «верхнее» - закреплено под крышкой, прикрепленной к кузову транспортного средства. Дорожки качения имеют в разрезе профиль в виде дуги окружности, угол раскрытия которой равен 60°. Дорожка качения нижнего кольца раскрыта в радиальном направлении внутрь и не имеет реборды, которая могла бы ограничивать перемещение шариков в том же направлении. Причиной этого является то, что дуга окружности дорожки качения нижнего кольца не является ни в одной точке касательной к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии вращения дорожки качения. Аналогичным образом дорожка качения верхнего кольца раскрыта в радиальном направлении наружу и не имеет реборды, которая могла бы ограничивать перемещение шариков в том же направлении, что является геометрическим следствием того, что дуга окружности дорожки качения верхнего кольца не является ни в одной точке касательной к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии вращения верхней дорожки качения. Надо, однако, иметь в виду, что подобный упор претерпевает разнонаправленные и несимметричные нагрузки, что ведет к очень неравномерному распределению напряжений между шариками. Если упор не рассчитан на подобные нагрузки, то становятся возможными раскрытие подшипника и радиальные перемещения шариков, которые могут в худшем случае привести к выталкиванию одного из шариков. Возможное нарушение функционирования подшипника может также выразиться в вибрации шариков с ухудшением сцепления, что приводит к прекращению качения некоторых шариков по дорожкам качения и возникновению скольжения с последующим увеличением износа. Кроме того, пластиковые детали, из которых изготовлены опорная площадка пружины и крышка, если они неправильно рассчитаны, тоже могут испытывать деформации и приходить в соприкосновение друг с другом, что усугубляет ненадежность работы упора.

Краткое изложение сущности изобретения

[0003] Изобретение решает задачу устранения недостатков известных систем, а конкретнее разработку подшипника качения с повышенной прочностью и сопротивлением радиальным усилиям.

[0004] В соответствии с первым аспектом изобретения, оно относится к подшипнику качения общего типа, который содержит: нижнее кольцо, образующее нижнюю дорожку качения; верхнее кольцо, образующее верхнюю дорожку качения; и шарики, катящиеся по нижней и верхней дорожкам качения с обеспечением при этом относительного вращения верхнего и нижнего колец вокруг геометрической оси вращения подшипника.

[0005] Здесь, как и по всему тексту заявки, выражения «нижнее кольцо» и «верхнее кольцо» употребляются применительно к случаю предпочтительного использования подшипника согласно изобретению, а именно в упоре подвески транспортного средства, в котором ось вращения подшипника близка к вертикали, а верхнее кольцо расположено в осевом направлении над нижним кольцом. Однако вне этого контекста термины «верхнее» и «нижнее» следует понимать как произвольные обозначения колец.

[0006] Если говорить более конкретно, подшипник качения согласно изобретению представляет собой радиальный подшипник качения - в контексте настоящего изобретения это означает, что геометрия подшипника такова, что в любой плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось вращения подшипника, нижняя дорожка качения образует нижнюю дугу окружности, задающую нижний центр осевой кривизны, верхняя дорожка качения образует верхнюю дугу окружности, задающую верхний центр осевой кривизны, при этом нижний и верхний центры кривизны расположены на наклонной геометрической оси, которая образует с геометрической осью вращения угол наклона с величиной в пределах от 5 до 65°, предпочтительно от 20 до 50°. В соответствии с одним из частных вариантов осуществления, относящимся к расчету параметров особого упора подвески, угол наклона составляет порядка 35°.

[0007] В соответствии с изобретением, геометрия нижней дорожки качения отличается тем, что в любой плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось вращения подшипника, нижняя дуга окружности имеет два конца, задающих угол открытия с величиной больше или равной 80°, и касательную, находящуюся в нижней плоскости, перпендикулярной к оси вращения в некоторой нижней точке касания, задающей, вместе с ближайшим концом нижней дуги окружности, участок нижней дуги окружности с углом открытия больше или равным 10°.

[0008] Таким образом, нижняя дорожка качения оказывается чрезвычайно охватывающей, что позволяет удерживать шарики в радиальном направлении. Поскольку нижняя дуга окружности проходит по обе стороны от нижней точки касания, дорожка в состоянии воспринимать центробежные и центростремительные радиальные усилия.

[0009] В приведенных выше определениях подшипник качения рассматривается как ненагруженный, при этом ось вращения подшипника совмещена с осью симметрии вращения нижней дорожки качения и с осью симметрии вращения верхней дорожки качения.

[0010] Дорожки качения представляют собой поверхности верхнего и нижнего колец, выполненные с возможностью контакта с шариками. При необходимости их можно подвергнуть специальной обработке, например тепловой, для повышения твердости. Кроме того, во всех традиционных системах их предпочтительно подвергают поверхностной обработке для защиты от коррозии, а также шлифованию и суперфинишированию с целью уменьшения шероховатости.

[0011] В соответствии с одним из предпочтительных вариантов, геометрия верхней дорожки качения отличается тем, что в любой плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось вращения подшипника, верхняя дуга окружности имеет два конца, задающих угол открытия с величиной больше или равной 80°, и касательную, находящуюся в верхней плоскости, перпендикулярной к оси вращения в некоторой верхней точке касания, задающей, вместе с ближайшим концом верхней дуги окружности, участок верхней дуги окружности с углом открытия больше или равным 10°.

[0012] Таким образом, верхняя дорожка качения тоже оказывается чрезвычайно охватывающей, что позволяет удерживать шарики в радиальном направлении между двумя кольцами.

[0013] В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, нижнее кольцо выполнено из листа, например штампованного листа. Нижняя дорожка качения образует глубокую канавку, которая должна быть, однако, совместима со штамповкой.

[0014] При таком исполнении нижнее кольцо может быть снабжено упрочняющим цилиндрическим нижним фартуком.

[0015] Подобным же образом, верхнее кольцо тоже может быть выполнено из листа, например штампованного листа, и тоже может быть снабжено упрочняющим цилиндрическим верхним фартуком.

[0016] Предметом изобретения является также упор подвески, содержащий упорный подшипник качения типа описанного выше, нижнее опорное средство для передачи на нижнее кольцо подшипника усилий, оказываемых пружиной подвески, и крышку для передачи на кузов транспортного средства усилий, оказываемых пружиной и проходящих через упорный подшипник.

[0017] Благодаря такому монтажу удается устранить проблему перекоса подшипника и вместе с тем деформаций нижнего и верхнего опорных средств. Упор характеризуется незначительным радиальным зазором. Весь узел обладает исключительно высокой осевой компактностью.

[0018] Таким образом, благодаря настоящему изобретению, в соответствии с которым происходит повышение жесткости подшипника и его взаимодействия с опорными средствами, предотвращается смещение этих последних относительно друг друга и/или их деформация. В результате этого удается контролировать зазоры между опорными средствами, в частности, в местах расположения перегородок между нижним и верхним опорными средствами, что позволяет повысить герметичность.

[0019] В частности, конструкция упора совместима с нижним и/или верхним опорным средством, которые выполнены из пластика, при необходимости без металлического вкладыша.

[0020] В соответствии с одним из частных вариантов осуществления, угол наклона раскрыт в сторону нижнего опорного средства. Благодаря такой мере, которая используется в большинстве транспортных средств, обеспечивается возможность центрирования упора внутри крышки.

[0021] В соответствии с одним из особо предпочтительных вариантов осуществления, нижнее кольцо имеет повышающий жесткость цилиндрический нижний фартук, образующий нижнюю цилиндрическую опорную поверхность, которая опирается в радиальном направлении на нижнее опорное средство. Этот фартук способствует повышению жесткости как самого кольца, так и узла, образуемого им вместе с нижним опорным средством.

[0022] Подобным же образом, верхнее кольцо может иметь повышающий жесткость цилиндрический верхний фартук, образующий верхнюю цилиндрическую опорную поверхность, которая опирается в радиальном направлении на крышку. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, цилиндрический верхний фартук выступает в осевом направлении в сторону нижнего опорного средства и предпочтительно находится, по меньшей мере частично, напротив и на некотором расстоянии от нижнего цилиндрического фартука. Этим преследуется цель уменьшить раскрытие между кольцами, а также между верхним фартуком и нижним кольцом, таким образом, чтобы сформировать зону потери нагрузки или лабиринт, которые противодействовали бы попаданию в подшипник загрязняющих веществ.

Краткое описание чертежей

[0023] Остальные признаки, детали и преимущества изобретения явствуют из нижеследующего описания, которое приводится со ссылками на приложенные чертежи, где:

фиг.1 представляет собой упор подвески согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

фиг.2 - вид в разрезе подшипника, входящего в состав упора по фиг.1.

[0024] Для большей ясности одинаковые или аналогичные компоненты обозначаются на всех чертежах одними и теми же номерами позиций.

Детальное описание одного из вариантов осуществления

[0025] На фиг.1 показан упор подвески 10, содержащий шарикоподшипник 12, который вставлен между крышкой 14, взаимодействующей с кузовом транспортного средства, и нижней опорной деталью 16, которая покоится, непосредственно или через посредство специального амортизирующего эластомерного кольца, на верхнем витке винтовой пружины подвески 18. Крышка 14 и нижняя опорная деталь 16 выполнены из пластика. Их формы выбраны такими, чтобы они ограничивали собой кольцевое гнездо 20 для подшипника 12, которое раскрыто наружу через перегородку 22.

[0026] Подшипник 12 состоит из верхнего кольца 24, прикрепленного к крышке 14, и нижнего кольца 26, опирающегося на нижнюю опорную деталь 16. Эти кольца ограничивают между собой кольцевое пространство, в которое помещены шарики 28, удерживаемые в случае необходимости с помощью сепаратора 30.

[0027] Каждое из колец 24, 26 образовано листом, формуемым предпочтительно посредством штамповки.

[0028] На нижнем кольце 26 образована нижняя дорожка качения, которая, как и во всех известных системах, является поверхностью вращения, образующая которой представляет собой, в плоскости разреза по фиг.1 и 2, дугу окружности C_inf с радиусом больше радиуса шариков. Точно так же на верхнем кольце 24 сформирована верхняя дорожка качения, которая образует поверхность вращения, образующая которой представляет собой дугу окружности C_sup с радиусом больше радиуса шариков. После сборки, когда подшипник качения находится в покое, ось симметрии вращения нижнего кольца, ось симметрии вращения верхнего кольца и ось XX вращения подшипника должны быть совмещены. Ниже, в ходе рассмотрения различных геометрических ситуаций, будет делаться допущение, что это условие выполнено.

[0029] Поскольку в качестве подшипника 12 используется радиально-упорный подшипник качения, центры кривизны O_sup и О_inf двух дуг окружности верхней и нижней дорожек качения расположены, в осевой плоскости разреза, на оси ZZ, которая является наклонной относительно оси вращения подшипника. Вследствие симметрии вращения эти центры кривизны расположены также на конусе, образующей которого является ранее упомянутая наклонная ось, причем на этом конусе находятся также центры шариков и окружность, определяемая центрами шариков. В рассматриваемом здесь примере наклонная ось образует с осью вращения подшипника некоторый угол Ф, раскрытый в направлении вниз на 35°, который представляет собой половинный угол раскрытия указанного выше конуса.

[0030] В соответствии с одним из предпочтительных вариантов, дуга окружности C_inf нижней дорожки качения имеет значительный угол раскрытия φ_inf, равный не менее 80°. Это дает возможность значительного охвата шариков. Внутренний радиальный конец дуги окружности C_inf образует собой точку перегиба I_inf профиля внутренней поверхности нижнего кольца 26.

[0031] В соответствии с другим предпочтительным вариантом можно прочертить некоторую касательную к дуге окружности C_inf, которая перпендикулярна к оси симметрии вращения кольца. Плоскость, перпендикулярная к оси симметрии вращения кольца и включающая в себя указанную касательную, будет ниже по тексту обозначаться P_inf. Точка пересечения этой плоскости с дугой C_inf будет обозначаться U_inf.

[0032] Если прочертить касательную T_{inf_E} к дуге окружности нижней дорожки качения, находящуюся на наружном радиальном конце кольца, то можно констатировать, что эта касательная образует значительный положительный угол θ_{inf_E} с базовой плоскостью P_inf. На другом конце дуги окружности нижней дорожки качения, на стороне, которая является внутренней в радиальном направлении относительно оси вращения, касательная T_{inf_I} к дуге окружности ориентирована с небольшим отрицательным углом θ_inf по отношению к базовой плоскости P_inf. Угол θ_inf является также величиной участка дуги C_inf, заключенного между точками I_inf и U_inf. В соответствии с конструктивными особенностями, определяемые таким путем углы удовлетворяют следующему уравнению:

φ_inf=θ_{inf_E}-θ_{inf_I}.

[0033] В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом обе касательные T_{inf_E} и Т_{inf_I} пересекаются в некоторой точке A_inf, расположенной со стороны плоскости P_inf, противоположной дуге окружности C_inf нижней дорожки качения.

[0034] Для обеспечения оптимального охвата шариков углы θ_{inf_I} и θ_{inf_E} должны быть по абсолютной величине как можно большими и удовлетворять следующим неравенствам:

θ_{inf_I}-10°

θ_{inf_E}+60°

φ_inf=θ_{inf_E}-θ_{inf_I}≥80°.

[0035] Кольцо 26 имеет радиальное продолжение в направлении вниз в виде цилиндрического фартука 32. Как видно на фиг.1, этот фартук опирается в радиальном направлении на цилиндрическую опорную поверхность 34 нижней опорной детали 16. Благодаря цилиндрическому фартуку 32 увеличивается момент инерции нижнего кольца 26, что способствует повышению его жесткости, в частности, при таких видах деформации, как кручение и изгиб. Кроме того, рассматриваемый фартук способствует повышению жесткости узла, состоящего из нижнего кольца 26 и нижней опорной детали 16.

[0036] Особый профиль верхней дорожки качения может быть описан с использованием аналогичных геометрических соображений.

[0037] Как и в случае с нижним кольцом, дуга окружности верхней дорожки качения 24 имеет значительный угол раскрытия φ_sup, равный не менее 80°. Это дает возможность значительного схватывания шариков 28. Наружный радиальный конец дуги окружности C_sup образует собой точку перегиба I_sup профиля внутренней поверхности верхнего кольца 24.

[0038] В соответствии с другим предпочтительным вариантом можно прочертить некоторую касательную к дуге окружности C_sup, которая была бы перпендикулярна к оси симметрии вращения верхнего кольца 24. Плоскость, перпендикулярная к оси симметрии вращения этого кольца и включающая в себя указанную касательную, будет ниже по тексту обозначаться P_sup. Точка пересечения этой плоскости с дугой C_sup будет обозначаться U_sup.

[0039] Если прочертить касательную T_{sup_E} к дуге окружности C_sup верхней дорожки качения, находящуюся на наружном радиальном конце кольца, то можно констатировать, что эта касательная образует угол θ_{sup_E} с базовой плоскостью P_sup. На другом конце дуги окружности верхней дорожки качения, на стороне, которая является внутренней в радиальном направлении относительно оси вращения, касательная T_{sup_I} к дуге окружности расположена под углом θ_{sup I} по отношению к базовой плоскости P_sup. Угол θ_{sup_I} является также величиной участка дуги C_sup, заключенного между точками I_sup и U_sup. В соответствии с конструктивными особенностями, определяемые таким путем углы удовлетворяют следующему уравнению:

φ_sup=θ_{sup_I}j-θ_{sup_E}.

[0040] В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом, обе касательных T_{sup_E} и T_{sup_I} пересекаются в некоторой точке A_sup, расположенной на стороне плоскости P_sup, противоположной дуге окружности C_sup верхней дорожки качения.

[0041] Для обеспечения оптимального охвата шариков углы G_{sup_I} и θ_{sup_E} должны быть по абсолютной величине как можно большими. На практике можно с помощью штамповки получить углы, удовлетворяющие следующим неравенствам:

θ_{sup_E}<-10°

θ_{sup_I}>+60°

φ_sup=θ_{sup_I}-θ_{sup_E}>-80°.

[0042] Внутренний радиальный конец дуги окружности C_sup образует точку перегиба профиля внутренней поверхности нижнего кольца. Верхнее кольцо 24 имеет радиальное продолжение в направлении вниз в виде цилиндрического фартука 36. Как видно на фиг.1, этот фартук опирается в радиальном направлении на цилиндрическую опорную поверхность 38 крышки 12. Благодаря цилиндрическому фартуку 36 увеличивается момент инерции верхнего кольца 24, что способствует повышению его жесткости, в частности, при таких видах деформации, как кручение и изгиб. Кроме того, рассматриваемый фартук способствует повышению жесткости узла, состоящего из верхнего кольца 24 и крышки 14. Следует также добавить, что два цилиндрических фартука 32, 36 ограничивают собой узкий кольцевой канал, где формируется зона потери нагрузки.

[0043] Для того чтобы охватывающие дорожки качения могли максимально эффективно выполнять свою направляющую функцию, целесообразно, чтобы каждая точка нижней дуги окружности C_inf имела ответную точку на верхней дуге окружности, то есть симметричную точку, обусловленную центральной симметрией, центром которой является центр шарика. На практике это условие выполняется, если прямые T_{sup_E} и Т_{inf_I} параллельны или образуют угол меньше 10°, и также если прямые T_{sup_I} и Т_{inf_Е} параллельны или образуют угол меньше 10°.

[0044] Должно быть совершенно очевидно, что возможны разнообразные модификации форм и материалов при условии, что они не будут выходить за рамки объема, заявленного в пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к подшипнику качения для радиальной поддержки упора подвески, кольца которого выполнены из штампованного листового металла и имеют охватывающую геометрию. Подшипник качения содержит нижнее кольцо (26), образующее нижнюю дорожку качения, верхнее кольцо (24), образующее верхнюю дорожку качения, и шарики (28), катящиеся по нижней и верхней дорожкам качения с обеспечением при этом относительного вращения верхнего (24) и нижнего (26) колец вокруг геометрической оси (XX) вращения подшипника. Геометрия подшипника такова, что в любой плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось (XX) вращения подшипника, нижняя дорожка качения образует нижнюю дугу окружности (C_inf), задающую нижний центр (O_inf) осевой кривизны, верхняя дорожка качения образует верхнюю дугу окружности (C_sup), задающую верхний центр (O_sup) осевой кривизны, при этом нижний и верхний центры кривизны расположены на наклонной геометрической оси (ZZ), которая образует с геометрической осью вращения (XX) угол наклона (Ф) с величиной в пределах от 5 до 65°. В плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось вращения подшипника, нижняя дуга окружности (C_inf) имеет два конца, задающих угол открытия (φ_inf) с величиной больше или равной 80°, и касательную, находящуюся в нижней плоскости (P_inf), перпендикулярной к оси вращения в некоторой нижней точке касания (U_inf), задающей, вместе с ближайшим концом (I_inf) нижней дуги окружности, участок нижней дуги окружности (C_inf) с углом открытия (θ_{inf_I}) больше или равным 10°. Технический результат: разработка подшипника качения с повышенной прочностью и сопротивлением радиальным усилиям. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Подшипник качения, содержащий:
нижнее кольцо (26), образующее нижнюю дорожку качения,
верхнее кольцо (24), образующее верхнюю дорожку качения,
шарики (28), катящиеся по нижней и верхней дорожкам качения с обеспечением при этом относительного вращения верхнего (24) и нижнего (26) колец вокруг геометрической оси (XX) вращения подшипника,
причем геометрия подшипника такова, что в любой плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось (XX) вращения подшипника, нижняя дорожка качения образует нижнюю дугу окружности (C_inf), задающую нижний центр (O_inf) осевой кривизны, верхняя дорожка качения образует верхнюю дугу окружности (C_sup), задающую верхний центр (O_sup) осевой кривизны, при этом нижний и верхний центры кривизны расположены на наклонной геометрической оси (ZZ), которая образует с геометрической осью вращения (XX) угол наклона (Ф) с величиной в пределах от 5 до 65°, отличающийся тем, что в любой плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось вращения подшипника, нижняя дуга окружности (C_inf) имеет два конца, задающих угол открытия (φ_inf) с величиной больше или равной 80°, и касательную, находящуюся в нижней плоскости (P_inf), перпендикулярной к оси вращения в некоторой нижней точке касания (U_inf), задающей, вместе с ближайшим концом (I_inf) нижней дуги окружности, участок нижней дуги окружности (C_inf) с углом открытия (θ_{inf_I}) больше или равным 10°.

2. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что в любой плоскости разреза, в которой находится геометрическая ось вращения подшипника, верхняя дуга окружности (C_sup) имеет два конца, задающих угол открытия (φ_sup) с величиной больше или равной 80°, и касательную, находящуюся в верхней плоскости (P_sup), перпендикулярной к оси вращения в некоторой верхней точке касания (U_sup), задающей, вместе с ближайшим концом (I_sup) верхней дуги окружности, участок верхней дуги окружности (C_sup) с углом открытия (θ_{sup_E}) больше или равным 10°.

3. Подшипник качения по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что нижнее кольцо (26) выполнено из листа, например штампованного листа.

4. Подшипник качения по п.3, отличающийся тем, что нижнее кольцо (26) снабжено повышающим жесткость цилиндрическим нижним фартуком (32).

5. Подшипник качения по любому из пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что верхнее кольцо (24) выполнено из листа, например штампованного листа.

6. Подшипник качения по п.5, отличающийся тем, что верхнее кольцо снабжено повышающим жесткость цилиндрическим верхним фартуком (36).

7. Упор подвески (10), помещенный между пружиной (18) подвески и кузовом транспортного средства и содержащий:
подшипник качения (12), выполненный по любому из предшествующих пунктов,
нижнее опорное средство (16) для передачи на нижнее кольцо подшипника усилий, оказываемых пружиной подвески,
крышку (14) для передачи на кузов транспортного средства усилий, оказываемых пружиной и проходящих через подшипник.

8. Упор по п.7, отличающийся тем, что крышка (14) и нижнее опорное средство (16) выполнены из пластика.

9. Упор по п.7 или 8, отличающийся тем, что угол наклона раскрыт в сторону нижнего опорного средства.

10. Упор по п.7 или 8, отличающийся тем, что нижнее кольцо (26) имеет повышающий жесткость цилиндрический нижний фартук (32), опирающийся в радиальном направлении на нижнее опорное средство (16).

11. Упор по п.7 или 8, отличающийся тем, что верхнее кольцо (24) имеет повышающий жесткость цилиндрический верхний фартук (36), опирающийся в радиальном направлении на крышку (14).

12. Упор по п.11, отличающийся тем, что цилиндрический верхний фартук (36) выступает в осевом направлении в сторону нижнего опорного средства (16).

13. Упор по п.10, отличающийся тем, что верхний цилиндрический фартук (36) находится, по меньшей мере частично, напротив и на некотором расстоянии от нижнего цилиндрического фартука (32).