УЗЕЛ ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F16C19/16 F16C19/54 F16C33/38 F16C33/66 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к узлам подшипников качения и, в частности, к конструкции сепаратора, направляющего элементы качения, для узла подшипника качения, при этом конструкция адаптирована для подачи консистентной смазки из внутреннего проставочного кольца к сепаратору.

Уровень техники

Некоторые подшипники эксплуатируются в низкотемпературных условиях при высокой частоте вращения, например, в жидкотопливном турбонасосе ракетного двигателя, или в вакуумной среде, например, в космических аппаратах. Поскольку эти подшипники не могут содержать большое количество жидкой смазки (консистентной смазки), можно предусмотреть проставочное кольцо, имеющее масляный резервуар для хранения смазочного масла на стороне внутреннего кольца подшипника, при этом подача масла осуществляется с помощью центробежного усилия, которое создается вращающимся подшипником. Заявитель предложил такую конструкцию в предыдущей заявке (японская патентная заявка №2010-227652).

С другой стороны, в Патентной литературе 1 приводится описание радиально-упорного шарикоподшипника с сепаратором, который прокатывается по внутренней периферийной поверхности наружного кольца; в этом подшипнике предусмотрен механизм подачи смазки для подачи базового масла консистентной смазки к направляющей поверхности внутренней периферийной поверхности наружного кольца для подавления резкого шума, т.е. шума в сепараторе при эксплуатации с низкой частотой вращения. Резервуар консистентной смазки в форме кольцевой канавки предусмотрен во внутренней периферийной поверхности сепаратора для подачи консистентной смазки между сепаратором и внутренней периферийной поверхностью наружного кольца через сквозные отверстия в сепараторе (см. Фиг.9-13, Патентный документ 1).

В Патентном документе 2 приводится описание шарикоподшипника, в котором в качестве резервуара консистентной смазки используется пространство между соседними карманами сепаратора. Внутренняя и наружная периферийные поверхности сепаратора имеют поверхностный слой в окружном направлении, так чтобы базовое масло, которое отделяется от консистентной смазки и удерживается в резервуаре консистентной смазки, могло протекать и подаваться по поверхностному слою на поверхность каждого из элементов качения.

Патентная литература 1: выложенная японская патентная заявка №2008-286296. Патентная литература 2: выложенная японская патентная заявка №2000-145787.

Раскрытие изобретения

В общем, сепаратор, который должен использоваться в подшипнике с консистентной смазкой, является сепаратором такого типа, который направляет элементы качения и имеет по всей окружности кармана для размещения каждого из элементов качения выступ или секцию удерживания элемента качения для предотвращения выпадения элемента качения из подшипника (см. Фиг.14). Таким образом, даже если консистентная смазка или основное масло консистентной смазки, подаваемой к сепаратору из внутреннего проставочного кольца, может прилипать к элементу качения, они будут соскабливаться секцией удерживания элемента качения, что будет препятствовать подаче смазки на поверхность дорожки качения, в частности, на поверхность дорожки качения наружного кольца.

Подшипник качения, который описывается в Патентной литературе 1, имеет сепаратор для направления наружного кольца и имеет специфический недостаток, касающийся шума в сепараторе. Для решения проблемы шума в сепараторе подшипник качения имеет конструкцию, позволяющую подавать консистентную смазку на сепаратор, который направляет поверхность наружного кольца. Однако эта конструкция не предусматривает подачу консистентной смазки на поверхность дорожки качения. Кроме того, размер и количество сквозных отверстий, предусмотренных в сепараторе, должны быть увеличены для ускорения подачи консистентной смазки или базового масла с целью решения проблемы.

В подшипнике качения, который описывается в Патентной литературе 2, также используется корончатый сепаратор для удерживания каждого из элементов качения в кармане, имеющем частично сферическую внутреннюю периферийную поверхность. Это не решает вышеуказанную проблему, характерную для сепаратора, направляющего элементы качения; другими словами, консистентная смазка, прилипающая к элементу качения, соскабливается секцией удерживания элемента качения, что препятствует подаче смазки на поверхность дорожки качения. Кроме того, капиллярное действие технического средства для подачи базового масла, отделяемого от консистентной смазки, к элементу качения по слою периферийной поверхности является недостаточным для поддержания надлежащего процесса смазывания, поскольку на поверхность дорожки качения подается только ограниченное количество базового масла.

Таким образом, главная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить узел подшипника качения, имеющий сепаратор, направляющий элементы качения, и конструкция которого облегчает подачу консистентной смазки, поступающей из внутреннего проставочного кольца к поверхности дорожки качения наружного кольца.

Задача настоящего изобретения решается с помощью секции удерживания элемента качения сепаратора, направляющего элементы качения, при этом вышеуказанная секция предусматривается только на каждой паре участков внутренней поверхности стенки кармана, обращенных друг к другу в окружном направлении сепаратора, в то время как такая секция удерживания не предусматривается на паре участков внутренней поверхности стенки кармана, обращенных друг к другу в осевом направлении сепаратора, в результате чего образуется относительно большой радиальный канал увеличенного размера, который проходит от стороны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора.

Узел подшипника качения по этому изобретению включает в себя: внутреннее кольцо 2, имеющее поверхность 2а дорожки качения на наружной окружности кольца;

внутреннее проставочное кольцо 3, которое находится в контакте с торцевой стороной внутреннего кольца 2 и вращается совместно с внутренним кольцом 2; наружное кольцо 4, имеющее поверхность 4а дорожки качения на внутренней окружности кольца; некоторое количество элементов 6 качения, расположенных между поверхностью 2а дорожки качения внутреннего кольца 2 и поверхностью 4а дорожки качения наружного кольца 4; и сепаратор 8, расположенный между внутренним кольцом 2 и наружным кольцом 4 и имеющий некоторое количество карманов 10 для размещения элементов 6 качения. В узле подшипника качения используется центробежная сила для подачи консистентной смазки из внутреннего проставочного кольца 3 к сепаратору 8, и радиальный канал 22, проходящий от стороны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора 8, предусмотрен между внутренней поверхностью стенки кармана 10 и элементом 6 качения для использования радиальных каналов 22 в качестве резервуара консистентной смазки, а также канала консистентной смазки для обеспечения прилипания консистентной смазки к элементу 6 качения и ее перемещения на поверхность 4а дорожки качения наружного кольца. В частности, каждый из радиальных каналов 22 выполнен из сегментообразных пространств 20, каждое из которых образовано между дугообразными углублениями 16, образованными в четырех углах кармана 10, и элементом 6 качения, и дугообразного пространства 18, образованного между одним из первых участков 14 внутренней поверхности стенки кармана 10, обращенных друг к другу в осевом направлении сепаратора, и элементом 6 качения.

Узел подшипника качения, включающий в себя сепаратор по изобретению, который направляет элемент качения, обеспечивает, что консистентная смазка, которая поступает из внутреннего проставочного кольца, подается на поверхность дорожки качения наружного кольца. Другими словами, консистентная смазка, которая за счет действия центробежной силы подается из внутреннего проставочного кольца 3 к стороне наружного диаметра, может перемещаться на внутреннюю периферийную поверхность сепаратора 8 и затем протекать в радиальный канал 22 (дугообразное пространство 18 и сегментообразные пространства 20) между карманом 10 сепаратора 8 и элементом 6 качения с целью хранения. Консистентная смазка затем подается на поверхность 4а дорожки качения наружного кольца. Соответственно, в отличие от предыдущего описания сегменты удерживания элементов качения не будут препятствовать тому, чтобы консистентная смазка, которая подается из внутреннего проставочного кольца к сепаратору, перемещалась от стороны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора, и таким образом, к поверхности дорожки качения наружного кольца.

На Фиг.1В и Фиг.14 для сравнения показан подшипник качения по настоящему изобретению и обычный подшипник качения. На каждой фигуре показан сепаратор, в котором размещен элемент качения, если смотреть со стороны внутреннего диаметра. На Фиг.14 показана обычная конструкция, где предусмотрен только небольшой зазор между секций удерживания элемента качения сепаратора и элементом качения без какого-либо пространства, проходящего через сепаратор в радиальном направлении. Несмотря на то, что предусмотрен зазор между секцией удерживания элемента качения и элементом качения, он является весьма незначительным и криволинейным по отношению к поверхности элемента качения и не проходит линейно в радиальном направлении.

В отличие от этого, на Фиг.1В, где показан вариант выполнения настоящего изобретения, предусмотрено относительно большое пространство между парой участков 14 внутренней поверхности стенки кармана, обращенных друг к другу в осевом направлении сепаратора, и элементом 6 качения (радиальный канал 22 = дугообразное пространство 18 + сегментообразные пространства 20). Кроме того, это пространство проходит в радиальном направлении сепаратора, другими словами, продолжается линейно без каких-либо препятствий. Пространство значительно увеличивается по площади сечения по сравнению с зазором в обычной конструкции и, таким образом, служит для облегчения и ускорения перемещения консистентной смазки со стороны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора 8.

Если рассматривать в качестве примера радиально-упорный шарикоподшипник номер 7009 (внутренний диаметр 45 мм, наружный диаметр 75 мм, ширина 16 мм, угол контакта 30°), площадь сечения отверстия через сепаратор, если смотреть со стороны внутреннего диаметра в направлении наружного диаметра, составляет 0 мм² для обычного примера, показанного на Фиг.14, и 5,4 мм² для варианта выполнения, показанного на Фиг.1В.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А - вид в разрезе по варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.1В - вид сепаратора из Фиг.1А, если смотреть со стороны внутреннего диаметра;

Фиг.2А - вид в разрезе, подобный виду из Фиг.1А;

Фиг.2В - вид в разрезе внутреннего проставочного кольца из Фиг.2А;

Фиг.3 - вид в разрезе сепаратора из Фиг.1А;

Фиг.4А - перспективный вид сепаратора в частичном разрезе;

Фиг.4В - вид элемента качения, расположенного в кармане, в частичном разрезе;

Фиг.5А - перспективный вид сепаратора в частичном разрезе;

Фиг.5В - вид элемента качения, расположенного в кармане, в частичном разрезе;

Фиг.6А - перспективный вид сепаратора в частичном разрезе;

Фиг.6В - вид в частичном разрезе элемента качения, расположенного в кармане;

Фиг.7А - перспективный вид в частичном разрезе, подобный виду из Фиг.6А;

Фиг.7В - вид в частичном разрезе, подобный виду из Фиг.6В;

Фиг.8 - вид сепаратора в частичном разрезе;

Фиг.9 - вид сепаратора в частичном разрезе;

Фиг.10А - вид в разрезе подшипника качения;

Фиг.10В - перспективный частичный вид сепаратора;

Фиг.11А - перспективный частичный вид сепаратора;

Фиг.11В - перспективный вид сепаратора в частичном разрезе;

Фиг.12А - вид в разрезе подшипника качения;

Фиг.12В - вид в разрезе подшипника качения;

Фиг.13 - вид наружного кольца в частичном разрезе;

Фиг.14 - частичный вид элемента качения, расположенного в сепараторе, по стандартному примеру, если смотреть со стороны внутреннего диаметра.

Осуществление изобретения

Описание приводится на основе конфигурации узла подшипника качения, который имеет резервуар консистентной смазки во внутреннем проставочном кольце для подачи консистентной смазки на поверхность дорожки качения во внутреннее проставочное кольцо с целью подачи консистентной смазки на поверхность дорожки качения наружного кольца с помощью центробежной силы.

Узел подшипника качения, показанный на Фиг.2А и 2В, включает в себя два ряда радиально-упорных шарикоподшипников 1 и применяется в опоре жидкотопливного турбонасоса ракетного двигателя, который эксплуатируется в низкотемпературных условиях при высокой частоте вращения. Как показано, радиально-упорный шарикоподшипник имеет угол контакта, т.е. угол, образованный плоскостью (радиальной плоскостью), перпендикулярной к центральной оси подшипника, и линией действия (обозначенной на Фиг.2А пунктирной линией из чередующихся длинных и коротких штрихов) равнодействующей сил, передаваемых на элемент качения кольцами подшипника (наружным кольцом и внутренним кольцом).

Каждый радиально-упорный шарикоподшипник 1 состоит из внутреннего кольца 2, наружного кольца 4, некоторого количества элементов 6 качения и сепаратора 8, которые являются основным компонентами подшипника. Внутреннее кольцо 2 имеет поверхность 2а дорожки качения на наружной окружности кольца и крепится к вращающемуся валу (не показан) с помощью внутреннего проставочного кольца 3, расположенного между парой внутренних колец 2. Наружное кольцо 4 имеет поверхность 4а дорожки качения на внутренней окружности кольца и крепится к корпусу (не показан) с помощью наружного проставочного кольца 5, расположенного между парой наружных колец 4. Некоторое количество элементов 6 качения (шарики в настоящем примере) расположено между поверхностью 2а дорожки качения внутреннего кольца 2 и поверхностью 4а дорожки качения наружного кольца 4 под углом контакта (именно поэтому подшипник называется радиально-упорным). Сепаратор 8, который расположен между внутренним кольцом 2 и наружным кольцом 4, имеет карманы 10 для размещения элементов 6 качения, как показано на Фиг.3, и служит для удерживания некоторого количества элементов качения на заданных расстояниях в окружном направлении. Ссылочный номер 9 указывает на перемычку, предусмотренную между парой соседних карманов 10 сепаратора 8.

Внутреннее проставочное кольцо 3 имеет цилиндрическую форму и его торцевые стороны находятся в контакте с торцевыми сторонами двух рядов внутренних колец 2 для определения осевого положения внутренних колец 2. Во время вращения подшипников внутренние кольца 2 и внутреннее проставочное кольцо 3 вращаются как одно целое. Внутреннее кольцо 2 имеет форму так называемого ступенчатого внутреннего кольца, в котором удалено одно из внутренних плеч подшипника, которое не находится в угловом контакте с элементом качения 6. Элемент 6 качения расположен снаружи в радиальном направлении внутреннего проставочного кольца 3, при этом поверхность элемента 6 качения обращена непосредственно к наружной окружности внутреннего проставочного кольца 3.

Наружное проставочное кольцо 5 имеет цилиндрическую наружную периферийную поверхность и аналогичную цилиндрическую внутреннюю периферийную поверхность, в центре которой предусмотрен выступ 5а, который выступает радиально внутрь. Наружное кольцо 4 вставлено в цилиндрическую внутреннюю периферийную поверхность наружного проставочного кольца 5, и между наружным кольцом 4 и выступом 5а установлен упругий элемент, например, тарельчатая пружина 7, для предварительного нагружения подшипника.

Два осевых конца узла подшипника герметично закрыты герметизирующим устройством. Это предотвращает разбрызгивание смазки из подшипника и попадание посторонних частиц в подшипник с наружной стороны. Имеется возможность выбора и использования герметизирующего устройства. Например, контактное или бесконтактное герметизирующее устройство включает в себя уплотнение или перегородку, которое по наружному диаметру вставляется в канавку 4b, образованную во внутренней периферийной поверхности плеча наружного кольца 4, и по внутреннему диаметру обращено к канавке 2b, образованной в наружной периферийной поверхности плеча внутреннего кольца 2. Следует отметить, что герметизирующее устройство также может быть опущено.

Например, внутреннее кольцо 2, наружное кольцо 4 и элементы 6 качения могут быть изготовлены из мартенситной нержавеющей стали. Сепаратор 8 может быть изготовлен из пластика, например из композитного материала со стекловолокном или углеродным волокном, добавленным к PEEK, и т.п. Как вариант, сепаратор 8 также может быть изготовлен из металлического материала, такого как цементированная сталь, алюминиевый сплав, нержавеющая сталь и медный сплав. Для уменьшения трения на начальной стадии вращения, по меньшей мере, одна из поверхностей, к которым относятся поверхность 2а дорожки качения внутреннего кольца и поверхность 4а дорожки качения наружного кольца, и элементы 6 качения, предпочтительно снабжена твердой смазочной пленкой из PTFE и т.п. Для аналогичных целей вся поверхность, включающая в себя внутреннюю поверхность каждого кармана сепаратора 8, может быть снабжена твердой смазочной пленкой из PTFE и т.п. Также имеется возможность предварительного нанесения консистентной смазки на поверхность 2а дорожки качения внутреннего кольца и поверхность 4а дорожки качения наружного кольца.

Внутреннее проставочное кольцо 3 имеет форму двойного цилиндра, который выполнен из внутреннего цилиндра 3а и наружного цилиндра 3b. Между внутренним цилиндром 3а и наружным цилиндром 3b образован резервуар 3с консистентной смазки за счет образования кольцевой канавки на наружной периферии внутреннего цилиндра 3а и ее закрывания наружным цилиндром 3b, который служит в качестве пространства для заключения консистентной смазки в оболочку. Кроме того, на наружной периферийной поверхности внутреннего цилиндра Зав окружном направлении предусмотрено некоторое количество канавок 3d, продолжающихся от резервуара 3с консистентной смазки к торцевым сторонам внутреннего цилиндра 3а. Канавки 3d сообщаются со смазочным резервуаром 3с и открыты на расстоянии X между торцами наружного цилиндра 3b и внутреннего цилиндра 3а, и этот открытый участок служит в качестве канавки для выпуска консистентной смазки (далее для обозначения канавок для выпуска консистентной смазки также будет использоваться символ 3d). Количество консистентной смазки, выпускаемой во время вращения, может быть отрегулировано в соответствии с величиной открытого участка канавок 3d для выпуска консистентной смазки.

Наружной цилиндр 3b образован в цилиндрической форме и изготовлен из пластикового или металлического материала. Торцевые стороны наружного цилиндра 3b расположены близко к торцевой стороне внутреннего кольца 2, при этом концы наружного цилиндра 3b имеют относительно широкие скосы, предотвращающие сталкиванию наружного цилиндра с элементом 6 качения. Как показано на Фиг.2В, длина L₂ наружного цилиндра 3b меньше длины L₁ внутреннего 3а (L₁>L₂), и отступ торцевой стороны наружного цилиндра 3b от наружной стороны внутреннего цилиндра 3а обозначен на Фиг.2В символом X. Таким образом, когда внутреннее проставочное кольцо 3, выполненное из внутреннего цилиндра 3а и наружного цилиндра 3b, расположено между парой внутренних колец 2, торцевые стороны внутреннего цилиндра 3а находятся в контакте с торцевыми сторонами внутренних колец 2 для позиционирования внутренних колец 2 в осевом направлении. Кроме того, по всей окружности между торцевой стороной внутреннего кольца 2 и торцевой стороной наружного цилиндра 3b образовано пространство S. Символ X также означает размер пространства S по ширине.

Когда внутреннее проставочное кольцо 3 вращается совместно с внутренними кольцами 2, центробежная сила вынуждает консистентную смазку, содержащуюся в резервуаре 3с консистентной смазки, вытекать через вышеупомянутые пространства S к стороне наружного диаметра. Пространство S далее будет именоваться как проход для подачи консистентной смазки. Как указано выше, в качестве внутреннего кольца 2 используется так называемое ступенчатое кольцо, позволяющее поверхности элемента 6 качения располагаться близко к наружной периферии внутреннего проставочного кольца 3. Таким образом, консистентная смазка, вытекающая из канавок 3d для выпуска консистентной смазки к стороне наружного диаметра через проход S для подачи консистентной смазки, легко прилипает к поверхности элемента 6 качения. Консистентная смазка также перетекает на поверхность 2а дорожки качения внутреннего кольца и поверхность 4а дорожки качения наружного кольца и смазывает эти поверхности.

Ниже приводится описание конструкции для облегчения и ускорения протекания консистентной смазки на поверхность 4а дорожки качения наружного кольца в подшипнике качения, которая предназначена для подачи консистентной смазки из внутреннего проставочного кольца 3 к сепаратору 8 с помощью центробежной силы, как описано выше.

На Фиг.1А слева радиально-упорный шарикоподшипник 1 показан с удаленным элементом 6 качения. На Фиг.1В и 3 показаны виды сепаратора 8 из Фиг.1А со стороны внутреннего диаметра. Как показано на Фиг.1В, карман 10 сепаратора 8, имеющий, в общем, прямоугольный контур, выполнен из пары внутренних поверхностей 12 стенки, обращенных друг к другу в окружном направлении сепаратора 8, пары внутренних поверхностей 14 стенки, обращенных друг к другу в осевом направлении сепаратора, и дугообразных углублений 16, расположенных в четырех углах прямоугольника. Внутренние поверхности 12 стенки, обращенные друг к другу в окружном направлении сепаратора, также служат в качестве боковых сторон перемычек 9 между соседними карманами 10.

Как показано на Фиг.3, каждая поверхность из пары внутренних поверхностей 12 стенки, обращенных друг к другу в окружном направлении сепаратора, имеет центральную дугообразную секцию 12а и прямые секции 12b с обеих сторон дугообразной секции. Радиус кривизны дугообразной секции 12а превышает радиус кривизны элемента 6 качения, и в нейтральном состоянии между дугообразной секцией 12а и элементом (шариком) 6 качения образован заданный зазор. Если рассматривать в качестве конкретного примера радиально-упорный подшипник номер 7009, элемент 6 качения имеет диаметр 9,525 мм, и расстояние между противолежащими поверхностями прямых секций 12b составляет 7,09 мм.

Каждая поверхность из пары внутренних поверхностей 14 стенки, обращенных друг к другу в осевом направлении сепаратора, имеет центральную дугообразную секцию 14а и прямые секции 14b с обеих сторон дугообразной секции. Радиус кривизны дугообразной секции 14а равен радиусу кривизны дугообразной секции 12а, упомянутой выше, и превышает радиус кривизны элемента 6 качения. Таким образом, как ясно показано на Фиг.1В, между дугообразным участком 14а и элементом 6 качения образовано дугообразное пространство 18. Если рассматривать в качестве конкретного примера радиально-упорный подшипник номер 7009, расстояние между противолежащими поверхностями прямых участков 14b составляет 9,20 мм.

Дугообразные углубления 16, расположенные в четырех углах кармана 10, образованы в форме так называемого освобождения. Между каждым дугообразным углублением 16 и элементом 6 качения образовано сегментообразное пространство 20. Вышеуказанное дугообразное пространство 18 и сегментообразные пространства 20 на обоих концах дугообразного пространства образуют радиальный канал 22. На один карман 10 предусмотрены два радиальных канала 22. Удерживание элементов качения, которое обычно обеспечивает сепаратор, направляющий элементы качения, не предусматривается по всей окружности каждого кармана, точнее, удерживание элементов качения не предусматривается на паре внутренних поверхностей стенки кармана, обращенных друг к другу в осевом направлении сепаратора. Соответственно, это позволяет получить радиальный канал 22, который проходит со стоны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора и имеет относительно большую площадь сечения, и радиальный канал 22 используется для облегчения и ускорения перемещения консистентной смазки в радиальном направлении сепаратора.

На Фиг.1В и Фиг. 14 показаны для сравнения вариант выполнения и сравнительный пример сепаратора с элементом качения, расположенным в кармане сепаратора, если смотреть со стороны внутреннего диаметра сепаратора. Можно заметить, что в сравнительном примере на Фиг.14 не предусмотрено пространство между карманом и элементом качения, в то время как в варианте выполнения на Фиг.1В предусмотрены относительно большие пространства, т.е. радиальные каналы 22, справа и слева от элемента 6 качения. Радиальные каналы 22 также используются в качестве резервуара консистентной смазки, а также канала для подачи консистентной смазки для обеспечения прилипания консистентной смазки к элементу 6 качения и ее перемещения к поверхности 4а дорожки качения наружного кольца. Другими словами, консистентная смазка, вытекающая из канавок 3d для выпуска консистентной смазки внутреннего проставочного кольца 3 за счет действия центробежной силы, подается через проход S для подачи консистентной смазки к стороне наружного диаметра и перемещается к внутренней периферийной поверхности сепаратора 8. Далее консистентная смазка протекает в радиальные каналы 22 между карманом 10 сепаратора 8 и элементом 6 качения (дугообразное пространство 18 и сегментообразное пространство 20), где она будет находиться для последующей подачи на поверхность 4а дорожки качения наружного кольца 4. Таким образом, в отличие от обычного случая удерживание элемента качения не замедляет перемещение консистентной смазки со стороны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора.

Как показано на Фиг.1В и 3, на стороне внутреннего диаметра на внутренней окружности сепаратора 8 в два ряда образованы две внутренние канавки 24. Кольцевые канавки 24 на стороне внутреннего диаметра расположены параллельно друг другу и не доходят до центра сепаратора в направлении по его ширине. Участки 14 внутренней поверхности стенки кармана 10 сепаратора 8, обращенные друг к другу в осевом направлении сепаратора, расположены внутри кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра. Другими словами, радиальные каналы 22 выходят в кольцевые канавки 24 на стороне внутреннего диаметра. Центральный участок, расположенный между двумя рядами кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра, приподнят подобно выступу относительно кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра, служащих в качестве желоба, т.е. он имеет меньший диаметр по сравнению с диаметром кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра. На Фиг.3 внутренний диаметр центрального участка обозначен символом d₁, и внутренний диаметр кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра обозначен символом d₂. Торцевая поверхность центрального участка, которая обращена к карману 10, служит секцией 12d удерживания элемента качения, как описывается ниже. Таким образом, размер, обозначенный символом d₁, также является внутренним диаметром секции 12d удерживания элемента качения.

Дугообразная секция 12а внутренних поверхностей 12 стенки, обращенных друг к другу в окружном направлении сепаратора, также разделена на направляющую секцию 12с, расположенную на стороне наружного диаметра сепаратора, и секцию 12d удерживания элемента качения, расположенную на стороне внутреннего диаметра сепаратора. Направляющая секция 12 с имеет частично цилиндрическую форму, ее диаметр превышает диаметр элемента 6 качения, и она контактирует с элементом 6 качения, направляя его во время вращения подшипника. Секция 12d удерживания элемента качения уменьшается в диаметре вплоть до диаметра меньше диаметра элемента 6 качения, когда она продолжается к стороне внутреннего диаметра сепаратора. Эта конструкция обеспечивает, что секция 12d удерживания элемента качения препятствует падению элемента 6 качения в направлении стороны внутреннего диаметра сепаратора. В частности, секция 12d удерживания элемента качения имеет коническую форму поверхности, как показано на Фиг.4А и 4В, или сферическую форму поверхности, как показано на Фиг.5А и 5В.

Как видно на Фиг.3, секция 12d удерживания элемента качения расположена в кольцевых канавках 24 на стороне внутреннего диаметра и выступает к стороне внутреннего диаметра сепаратора, тем самым, уменьшая объем кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра. Для увеличения объема кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра внутренний диаметр d₁ секции удерживания элемента качения должен быть увеличен. Принимая во внимание производственный аспект, желательно, чтобы внутренний диаметр секции удерживания элемента качения был равен внутреннему диаметру d₂ кольцевых канавок 24 на стороне внутреннего диаметра. Однако, когда внутренний диаметр d₁ секции 12d удерживания элемента качения увеличивается, как показано посредством сравнения Фиг.4В с Фиг.5В, конической внутренней периферийной поверхности секции 12d удерживания элемента качения (Фиг.4А), сложно обеспечить достаточное взаимодействие с элементом 6 качения, в то время как сферическая внутренняя периферийная поверхность (Фиг.5А) секции 12d удерживания элемента качения является предпочтительной для надежного удерживания элемента 6 качения, даже когда внутренний диаметр d₁ секции 12d удерживания элемента качения увеличивается.

Как показано на Фиг.6А и 6В, дугообразная секция 14а участка 14 внутренней поверхности стенки не имеет никакой секции удерживания элемента качения. Для сравнения на Фиг.7А и 7В показан пример с такой удерживающей секцией элемента качения. Поскольку участок 14 внутренней поверхности стенки не имеет секции удерживания элемента качения, независимо от того, является он коническим или сферическим, объем радиальных каналов 22 соответственно увеличивается, что обеспечивает увеличение количества удерживаемой консистентной смазки. Это также, в частности, позволяет расширить вход в дугообразное пространство 18 радиального канала 22, тем самым, облегчая удерживание на входе консистентной смазки, которая подается из внутреннего проставочного кольца 3.

На Фиг.8 показан пример, в котором кольцевые канавки 24 на стороне внутреннего диаметра имеют соединительные каналы 26, позволяющие примыкающим к ним в окружном направлении дугообразным углублениям 16 сообщаться друг с другом, и, тем самым, сообщаться друг с другом сегментообразным пространствам 20. Соединительные каналы 26 служат для направления консистентной смазки внутри кольцевой канавки 24 на стороне внутреннего диаметра к сегментообразным пространствам 20. Кроме того, на Фиг.9 показан пример, в котором дугообразная секция 14а участка 14 внутренней поверхности стенки соединена с кольцевой канавкой 24 на стороне внутреннего диаметра по наклонной поверхности 28. Наклонная поверхность 28 служит для плавного направления консистентной смазки внутри кольцевой канавки 24 на стороне внутреннего диаметра к дугообразному пространству 18. Несмотря на то, что соединительные каналы 26 и наклонные поверхности 28 являются эффективными сами по себе, их совместное использование является более эффективным в направлении смазки внутри кольцевой канавки 24 на стороне внутреннего диаметра к дугообразному пространству 18 и сегментообразному пространству 20.

На Фиг.10А и 10В показывает пример, в котором в наружной периферийной поверхности сепаратора 8 образована кольцевая канавка 30 на стороне наружного диаметра. Кольцевая канавка 30 на стороне наружного диаметра продолжается по ширине за радиальный канал 22 (дугообразное пространство 18 и сегментообразные пространства 20) и заканчивается рядом с концами сепаратора 8. Наличие кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра предотвращает положение, при котором консистентная смазка, которая должна подаваться к поверхности 4а дорожки качения по наружному диаметру через радиальный канал 22, блокировалась бы обеими боковыми стенкам канавки 30 на стороне наружного диаметра и вытекала в направлении по ширине сепаратора 8. С аналогичной целью наружное кольцо 4 предпочтительно имеет плечи, т.е. поверхности 4 с плеч на обеих сторонах поверхности 4а дорожки качения. Наружное кольцо 4, имеющее плечи, соответственно закрывает кольцевую канавку 30 на стороне наружного диаметра поверхностями 4 с плеч, обращенными к соответствующим боковым стенкам кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра. Таким образом, обеспечивается преимущество, состоящее в том, что надежно предотвращается вытекание консистентной смазки, подаваемой в кольцевую канавку 30 на стороне наружного диаметра, в направлении по ширине сепаратора.

На Фиг.11А и 11В показан пример, в котором в кольцевой канавке 30 на стороне наружного диаметра предусмотрена наклонная поверхность 32. Наклонная поверхность 32 расположена впереди каждого кармана 10, если смотреть в направлении вращения сепаратора, наклонена вниз к карману 10 и постепенно уменьшается по ширине в направлении кармана 10. Ссылочный номер 34 указывает на ступень, которая образована для уменьшения ширины наклонной поверхности 32. Как обозначено на Фиг.11А символом «о», на Фиг.11А, 11В показан пример вращения подшипника в одном направлении. Каждый карман 10 имеет только одну наклонную поверхность 32. В случае вращения подшипника в двух направлениях наклонная поверхность предусматривается с обеих сторон каждого кармана 10 в окружном направлении. Во время вращения сепаратора 8 консистентная смазка, удерживаемая в кольцевой канавке 30 на стороне наружного диаметра, движется по кольцевой канавке 30 на стороне наружного диаметра, как показано стрелкой «m» на Фиг.11А. Наличие наклонной поверхности 32 и ступени 34 впереди кармана 10. если смотреть в направлении вращения сепаратора, позволяет консистентной смазке, движущейся в окружном направлении по кольцевой канавке 30 на стороне наружного диаметра, направляться к карману 10, как показано символом «n» на Фиг.11А, при этом уменьшается площадь консистентной смазки и увеличивается скорость ее перемещения, что повышает тенденцию к собиранию смазки на элементе 6 качения.

На Фиг.12А показан пример, в котором на пересечениях поверхности 4а дорожки качения и поверхностей 4 с плеч наружного кольца 4 образованы участки 36 угловых срезов. Участок 36 углового среза имеет скос на величину, превышающую обычную величину среза. Наличие участков 36 угловых срезов, имеющих скос на величину, превышающую обычную наружного кольца 4, с целью исключения диапазона, в котором элемент качения находится в контакте с поверхностью дорожки качения, позволяет консистентной смазке перемещаться из кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра к наружному кольцу 4 и далее на поверхность 4а дорожки качения. Кроме того, как показано, осевой наружный конец каждого участка 36 углового среза может быть расположен рядом с наружным концом кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра сепаратора 8, что позволяет консистентной смазке внутри кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра более эффективно направляться на поверхность 4а дорожки качения.

Участки угловых срезов могут быть симметричными, как показано на Фиг.12А, или, как вариант, асимметричными, как показано на 12В. В случае радиально-упорного подшипника участок 38 углового среза, который расположен дальше от пересечения линии действия равнодействующей сил, передаваемых на элемент 6 качения (обозначенной пунктирной линией из чередующихся длинных и коротких штрихов), и поверхности 4а дорожки качения, может быть больше участка, расположенного ближе к пересечению. Увеличение участка 38 углового среза позволяет консистентной смазке, которая перемещается из кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра сепаратора 8 к наружному кольцу 4, более легко попадать на поверхность 4а дорожки качения и на большую глубину на поверхности 4а дорожки качения. С другой стороны, поверхность дорожки качения, расположенная дальше от пересечения линии действия равнодействующей сил, передаваемых на элемент 6 качения поверхности 4а дорожки качения, не находится в достаточном контакте с элементом 6 качения, и это приводит к тому, что увеличение участка 39 угла среза не вызывает функционального нарушения.

На Фиг.13 показан пример, в котором на поверхностях плеч 4с наружного кольца 4 предусмотрено некоторое количество наклонных канавок 40. Каждая из наклонных канавок 40 не является четко определенной канавкой и выходит у одного конца к поверхности 4а дорожки качения, а у другого конца заканчивается рядом с торцевой поверхностью наружного кольца 4. Наклонные канавки 40 наклонены относительно оси наружного кольца 4, при этом сторона торцевой поверхности наружного кольца расположена сзади, в то время как сторона поверхности дорожки качения расположена спереди, если смотреть в направлении вращения сепаратора. Следует отметить, что каждая из наклонных канавок 40 может быть прямой, как показано, или, как вариант, криволинейной. Наличие наклонных канавок 40 в поверхностях 4с плеч наружного кольца 4 позволяет консистентной смазке, которая перемещается из кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра к наружному кольцу 4, перемещаться по наклонным канавкам 40 и, таким образом, направляться на поверхность 4а дорожки качения. Поскольку каждая из наклонных канавок 40 не прорезана через торцевую сторону наружного кольца 4, консистентная смазка, которая перемещается из кольцевой канавки 30 на стороне наружного диаметра к наружному кольцу 4, не может вытекать из канавки 40 в направлении по ширине наружного кольца. Кроме того, направление наклона наклонной канавки 40 задано таким образом, что сторона поверхности дорожки качения расположена спереди, в то время сторона торцевой поверхности наружного кольца расположена сзади, если смотреть в направлении вращения сепаратора, и, следовательно, вращение сепаратора будет приводить к возникновению усилия, которое будет перемещать консистентную смазку от стороны торцевой поверхности наружного кольца к стороне поверхности дорожки вращения.

Несмотря на то, что описание было составлено на основании варианта выполнения изобретения с использованием двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника, который применяется в опоре жидкотопливного турбонасоса ракетных двигателей, которые эксплуатируются в низкотемпературных условиях при высокой частоте вращения, изобретение этим не ограничивается и также может широко применяться в подшипниках качения, которые используются во множестве различных применений. Кроме того, несмотря на то, что радиально-упорный шарикоподшипник (независимо от того, является ли он многорядным или однорядным) был представлен в качестве подшипника примерного типа, изобретение также может применяться для подшипников других типов (например, шарикоподшипника с глубоким желобом), при этом могут быть достигнуты такие же эффекты.

Изобретение относится к узлам подшипников качения и, в частности, к конструкции сепаратора, направляющего элементы качения, для узла подшипника качения, при этом конструкция адаптирована для подачи консистентной смазки из внутреннего проставочного кольца к сепаратору. Узел подшипника качения содержит внутреннее кольцо (2), имеющее поверхность (2a) дорожки качения на его наружной периферии, внутреннее проставочное кольцо (3), которое находится в контакте с торцевой стороной кольца (2) и вращается совместно с ним, наружное кольцо (4), имеющее поверхность (4a) дорожки качения на его внутренней периферии, некоторое количество элементов (6) качения, расположенных между поверхностью (2a) и поверхностью (4a), и сепаратор (8), расположенный между кольцом (2) и кольцом (4) и имеющий некоторое количество карманов (10) для размещения элементов (6) качения, в котором используется центробежная сила для подачи консистентной смазки из кольца (3) к сепаратору (8). Радиальные каналы, проходящие от стороны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора (8), предусмотрены между участками внутренней поверхности стенки кармана, обращенными друг к другу в осевом направлении сепаратора (8), и элементом (6) качения для использования радиальных каналов в качестве резервуара консистентной смазки, а также канала консистентной смазки для обеспечения прилипания консистентной смазки к элементу (6) качения и ее перемещения на поверхность (4а). Радиальные каналы выполнены из дугообразных пространств между элементом (6) качения и участками внутренней поверхности стенки кармана и сегментообразных пространств между элементом (6) качения и дугообразными углублениями в четырех углах кармана. Технический результат: создание узла подшипника качения, имеющего сепаратор, направляющий элементы качения, конструкция которого облегчает подачу консистентной смазки, поступающей из внутреннего проставочного кольца к поверхности дорожки качения наружного кольца. 19 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Узел подшипника качения содержит: внутреннее кольцо, имеющее поверхность дорожки качения на его наружной периферии;
внутреннее проставочное кольцо, которое находится в контакте с торцевой стороной внутреннего кольца и вращается совместно с внутренним кольцом;
наружное кольцо, имеющее поверхность дорожки качения на его внутренней периферии;
некоторое количество элементов качения, расположенных между поверхностью дорожки качения внутреннего кольца и поверхностью дорожки качения наружного кольца; и
сепаратор, расположенный между внутренним кольцом и наружным кольцом и имеющий некоторое количество карманов для размещения элементов качения,
в котором используется центробежная сила для подачи консистентной смазки из внутреннего проставочного кольца к сепаратору, и радиальный канал, проходящий со стороны внутреннего диаметра к стороне наружного диаметра сепаратора, предусмотрен между внутренней поверхностью стенки каждого из карманов и каждого из элементов качения для использования радиального канала в качестве резервуара консистентной смазки, а также канала консистентной смазки для обеспечения прилипания консистентной смазки к элементу качения и ее перемещения на поверхность дорожки качения наружного кольца.

2. Узел подшипника качения по п.1, в котором радиальный канал выполнен из сегментообразного пространства между каждым из дугообразных углублений, образованных в четырех углах кармана, и элементом качения и дугообразного пространства, образованного между первой группой участков внутренней поверхности стенки кармана и элементом качения, при этом участки первой группы участков внутренней поверхности стенки обращены друг к другу в осевом направлении сепаратора.

3. Узел подшипника качения по п.1, в котором кольцевая канавка на стороне внутреннего диаметра образована на внутренней периферии сепаратора, и радиальный канал, по меньшей мере, частично выходит в кольцевую канавку на стороне внутреннего диаметра.

4. Узел подшипника качения по п.1, в котором каждый из вторых участков внутренних поверхностей стенки кармана, обращенных друг к другу в окружном направлении сепаратора, выполнен из центральной дугообразной секции и прямолинейных секций с обеих сторон центрального дугообразного участка; дугообразная секция выполнена из частично цилиндрической направляющей секции, расположенной на стороне наружного диаметра сепаратора, при этом ее диаметр превышает диаметр элемента качения, и секции удерживания элемента качения, расположенной на стороне внутреннего диаметра сепаратора и имеющей диаметр, уменьшающийся до диаметра меньше диаметра элемента качения, когда она продолжается к стороне внутреннего диаметра сепаратора.

5. Узел подшипника качения по п.4, в котором секция удерживания элемента качения является частично сферической.

6. Узел подшипника качения по п.1, в котором каждый из первых участков внутренней поверхности стенки кармана выполнен из дугообразной секции, расположенной в центре, и прямых секций, расположенных с обеих сторон этой дугообразной секции, и дугообразная секция образована только из секции с частично цилиндрической поверхностью.

7. Узел подшипника качения по п.3, в котором кольцевая канавка на стороне внутреннего диаметра имеет соединительный канал, так чтобы дугообразные углубления в четырех углах кармана, смежные друг с другом в окружном направлении сепаратора, сообщались друг с другом.

8. Узел подшипника качения по п.4, в котором секция с частично цилиндрической поверхностью первых участков внутренней поверхности стенки кармана соединена с кольцевой канавкой на стороне внутреннего диаметра с помощью расположенной между ними наклонной поверхности.

9. Узел подшипника качения по п.1, в котором кольцевая канавка на стороне наружного диаметра образована в наружной периферийной поверхности сепаратора и продолжается по ширине за радиальный канал.

10. Узел подшипника качения по п.1, в котором наружное кольцо имеет плечи с обеих сторон поверхности дорожки качения.

11. Узел подшипника качения по п.9, в котором наклонная поверхность, имеющая уклон к карману и постепенно уменьшающаяся по ширине в направлении кармана, предусмотрена в кольцевой канавке на стороне наружного диаметра, и наклонная поверхность расположена впереди каждого кармана, если смотреть в направлении вращения сепаратора.

12. Узел подшипника качения по п.10, в котором на пересечениях поверхности дорожки качения и поверхностей плеч наружного кольца образованы участки угловых срезов.

13. Узел подшипника качения по п.12, в котором участки угловых срезов являются асимметричными, и участок углового среза, который расположен дальше от пересечения линии действия равнодействующей сил, передаваемых на элемент качения, и поверхности дорожки качения, превышает участок углового среза, расположенный ближе к этому пересечению.

14. Узел подшипника качения по п.10, в котором наклонная канавка, выходящая к поверхности дорожки качения, предусмотрена в поверхности плеча наружного кольца, и наклонная канавка наклонена относительно оси наружного кольца, при этом сторона наклонной канавки на торцевой поверхности наружного кольца расположена спереди, в то время как сторона наклонной канавки на поверхности дорожки качения расположена сзади, если смотреть в направлении вращения сепаратора.

15. Узел подшипника качения по п.14, в котором наклонная канавка заканчивается рядом с торцевой поверхностью наружного кольца.

16. Узел подшипника качения по п.1, в котором внутреннее кольцо, наружное кольцо и элементы качения изготовлены из мартенситной нержавеющей стали, и поверхность дорожки качения внутреннего кольца, поверхность дорожки качения наружного кольца и поверхность элемента качения покрыты пленкой PTFE.

17. Узел подшипника качения по п.1, в котором консистентная смазка наносится предварительно.

18. Узел подшипника качения по п.2, в котором кольцевая канавка на стороне внутреннего диаметра образована на внутренней периферии сепаратора, и радиальный канал, по меньшей мере, частично выходит в кольцевую канавку на стороне внутреннего диаметра.

19. Узел подшипника качения по п.2, в котором каждый из вторых участков внутренних поверхностей стенки кармана, обращенных друг к другу в окружном направлении сепаратора, выполнен из центральной дугообразной секции и прямолинейных секций с обеих сторон центрального дугообразного участка; дугообразная секция выполнена из частично цилиндрической направляющей секции, расположенной на стороне наружного диаметра сепаратора, при этом ее диаметр превышает диаметр элемента качения, и секции удерживания элемента качения, расположенной на стороне внутреннего диаметра сепаратора и имеющей диаметр, уменьшающийся до диаметра меньше диаметра элемента качения, когда она продолжается к стороне внутреннего диаметра сепаратора.

20. Узел подшипника качения по п.3, в котором каждый из вторых участков внутренних поверхностей стенки кармана, обращенных друг к другу в окружном направлении сепаратора, выполнен из центральной дугообразной секции и прямолинейных секций с обеих сторон центрального дугообразного участка; дугообразная секция выполнена из частично цилиндрической направляющей секции, расположенной на стороне наружного диаметра сепаратора, при этом ее диаметр превышает диаметр элемента качения, и секции удерживания элемента качения, расположенной на стороне внутреннего диаметра сепаратора и имеющей диаметр, уменьшающийся до диаметра меньше диаметра элемента качения, когда она продолжается к стороне внутреннего диаметра сепаратора.