ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО
SUPPORTING DEVICE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к опорным узлам, в которых использованы подшипники качения. Изобретение может быть использовано в машинах и механизмах, где подшипниковые узлы работают на высоких скоростях, испытывают значительные центробежные нагрузки, в частности в редукторах планетарного типа, планетарных коробках передач, планетарно центробежных мельницах, где действуют мощные искусственные поля тяжести.
Известен подшипник качения по авт. свид. СССР №176468 от 20.03.63, МПК: F06C. Указанный подшипник качения содержит наружное и внутреннее кольца, тела качения и зубчатый сепаратор в виде втулки с зубьями на одном торце. К недостаткам этого подшипника относится несимметричность конструкции из-за свободной посадки втулки сепаратора на один торец вала, что ведет к перекосам сепаратора. Кроме того, эта конструкция не предусматривает подачу масла к подшипнику, что ограничивает срок службы и область применения только для низких частот вращения и низких центробежных перегрузок.
Известен подшипниковый узел (авт. свид. СССР №1328595 от 13.06.84, МПК: F16C 19/54), содержащий смонтированный на валу подшипник качения и зубчатый сепаратор, который имеет удлиненную часть, выходящую за пределы подшипника. На валу дополнительно закреплена втулка с кольцевым выступом, охватывающим удлиненную часть сепаратора. Во втулке выполнена полость для смазки подшипника. В процессе работы смазка из полости поступает на втулку, затем на сепаратор, подшипник и вал, что обеспечивает смазку и охлаждение всего механизма. Но при такой конструкции помимо точечных сил трения зубцов сепаратора с телами качения возникают дополнительные поверхностные силы трения наружных поверхностей удлиненных частей сепаратора с внутренней поверхностью выступа втулки. Это ведет к увеличению потерь на трение и связанного с ним тепловыделения. Потери многократно увеличиваются из-за больших центробежных перегрузок при работе в планетарных механизмах, что ведет к перегреву и заклиниванию подшипника. Кроме того, количество смазки ограничено объемом полости для смазки, для заполнения которой требуется разборка механизма, что усложняет эксплуатацию механизма.
Указанные недостатки устранены в конструкции подшипникового узла по патенту на изобретение №2216659 РФ от 19.10.2001, МПК F16C 19/54. Узел содержит корпус и смонтированный внутри вал, на котором установлен подшипник качения с зубчатым сепаратором. Узел дополнительно снабжен двумя соосными втулками, одна из которых плотно посажена на вал, а другая закреплена на корпусе. Сепаратор смонтирован в цилиндрической щели между этими втулками. Корпус, вал и втулки снабжены сообщающимися каналами для подачи масла к сепаратору, в котором для поступления масла предусмотрены отверстия. Масло поступает постоянно из внешнего источника.
Подобная конструкция снижает потери на трение поверхности сепаратора, который скользит по масляной пленке между поверхностями втулок. Это позволяет сепаратору выдерживать практически любые нагрузки. Размещение сепаратора между дополнительными втулками исключает обусловленные изгибными явлениями высокочастотные вибрации сепаратора и устраняет усталостные явления материалов деталей узла, что увеличивает срок службы и надежность работы узла.
Однако при подключении к валу нагрузки, работающей при высоких скоростях и мощностях, такая конструкция опорного узла не исключает перекосов осей вращения подшипников, что приводит к их заклиниванию и уменьшает функциональные возможности узла и область его применения.
Наиболее надежными принято считать устройства с двумя и более подшипниками. В этом случае нагрузка подключается к валу между подшипниками и равномерно между ними распределяется, что исключает перекос осей вращения подшипников, позволяет увеличить срок службы устройства.
На чертеже к упомянутому выше патенту №2216659 приведена конструкция подшипникового узла с двумя подшипниками на валу. Однако между подшипниками расположены две соосные втулки, между которыми находится корпус зубчатого сепаратора. Это исключает крепление к валу нагрузочной шестеренки между подшипниками.
Пример решения опорного устройства с двумя подшипниками приведен в патенте на изобретение РФ №1036981 от 27.05.82, МПК: F16H 1/28; 57/08 (прототип). Устройство содержит полый вал, на котором закреплены с интервалом внутренние кольца двух симметричных подшипников качения. Наружные кольца подшипников установлены в корпусе. Тела качения подшипников разделены сепараторами, которые могут опираться либо на тела качения, либо на внутренние или наружные кольца подшипников. Однако такие конструкции могут работать лишь при низких центробежных скоростях и перегрузках. При работе на высоких скоростях сепараторы испытывают сильные центробежные перегрузки, которые передаются на те элементы, на которые опираются сепараторы. Площадь контакта опорных частей сепаратора с телами качения либо с кольцами очень мала, что даже в случае обильной смазки приводит к сильному перегреву и износу как самих сепараторов, так и колец подшипников, а также тел качения подшипников. Это обязательно ведет к быстрому выходу узла и всего механизма из строя.
Задача предлагаемого решения - повышение надежности и износостойкости подшипникового узла, увеличение быстроходности и увеличение срока службы.
Для решения поставленной задачи в опорном устройстве, содержащем корпус и полый вал, на котором установлены с интервалом, по меньшей мере, два подшипника качения с сепараторами, изменен узел крепления опоры сепараторов. В предлагаемой конструкции опора сепараторов выполнена в виде полой трубы и размещена внутри вала соосно валу и цилиндрическому стержню, который закреплен на корпусе и снабжен каналами для подачи масла.
Опора сепараторов может быть посажена на цилиндрическом стержне с зазором либо цилиндрический стержень может быть посажен с зазором на опору сепараторов.
В предлагаемой конструкции могут быть использованы различные решения разделительной части сепараторов, в частности они могут быть зубчатыми или клепаными.
Опора сепаратора и цилиндрический стержень могут выступать за пределы корпуса, также возможно выполнение раздельных опор для сепараторов.
Для снижения усилий на трение сепараторы установлены с зазором относительно колец подшипников качения.
Крепление сепараторов на опоре, проходящей внутри полого вала, заменяет трение опоры и вала трением между опорой и цилиндрическим стержнем, размещенным внутри вала. При этом за счет уменьшения диаметров контактируемых поверхностей уменьшаются потери на трение, уменьшается линейная скорость скольжения опоры, повышается равномерность нагрузки. Кроме того, за счет размещения опоры внутри вала уменьшаются габариты и масса узлов устройства, что уменьшает инерционность вращения узлов и повышает быстроходность. Реализация постоянной подачи масла к движущимся частям опорного устройства обеспечивает длительную бесперебойную работу механизма.
Предлагаемое опорное устройство представлено на чертеже, где показан продольный разрез устройства.
Опорное устройство содержит вал 1 в виде полой трубы. На валу 1 по торцам, на расстоянии один от другого установлены подшипники качения, внутренние кольца 2 которых насажены на вал 1, а наружные кольца 3 установлены в корпусе 4. Между кольцами находятся тела качения 5, разделенные зубьями сепараторов 6 в случае применения зубчатого сепаратора. В данной конструкции возможно использование и других типов сепараторов, в частности клепаных.
Опора 7 сепараторов 6 выполнена также в виде полой трубы, которая соосно размещена внутри трубы вала 1. Труба опоры 7 сепаратора посажена с зазором на цилиндрический стержень 8, который жестко закреплен на корпусе 4. Возможен вариант, когда опора 7 размещена с зазором внутри цилиндрического стержня 8, закрепленного соосно валу в корпусе.
Внутри цилиндрического стержня 8 и корпуса 4 выполнен канал 9 для подачи смазки в зазор между стержнем 8 и опорой 7 сепаратора. Вытекая из зазора, смазка самотеком и в виде брызг доставляется к остальным узлам устройства.
Стержень 8 может быть выполнен с выступом, выходящим за пределы подшипника или корпуса 4.
Возможен вариант использования для каждого сепаратора раздельных опор 7, установленных соосно валу 1 на одном цилиндрическом стержне, либо каждая опора 7 на своем цилиндрическом стержне, соосном валу 1.
Опорное устройство работает следующим образом.
При вращении вала 1 внутренние кольца 2, установленные на валу 1, передают вращение телам качения 5, которые воздействуют на сепаратор 6, заставляя его вращаться. При этом сепаратор 6 вращается с частотой, меньшей частоты вращения вала 1.
Трубчатая опора 7 сепаратора 6 скользит по неподвижно закрепленному цилиндрическому стержню 8. В процессе работы в канал 9 цилиндрического стержня 8 под давлением подается масло, которое через отверстия в стержне поступает в зазор между опорой сепаратора 7 и стержнем 8. Благодаря этому опора сепаратора практически без трения скользит по поверхности стержня 8, опираясь на масляную пленку, носящую название - масляный клин. Таким образом, подшипники качения воспринимают нагрузки, передаваемые им от вала, а опора 7, скользящая по стержню 8, вместе образуют подшипник скольжения, который компенсирует вредные воздействия центробежных сил на сепаратор. Это позволяет сепаратору и опорному устройству выдерживать практически любые скорости и центробежные нагрузки. При охлаждении подаваемой смазки уменьшается тепловая напряженность узлов.
Зазор между зубчатой частью сепаратора и кольцами подшипника исключает их взаимное касание и повышает надежность работы узла. Кроме того, размещение подшипниковых узлов на краях вала исключает возможность возникновения перекоса, что позволяет увеличить нагрузки, те увеличить рабочий ресурс опорного устройства.
Нагрузка к валу прикладывается в промежутке между подшипниками.
Эта схема позволяет максимально использовать прочностные возможности как вала, так и подшипников, что увеличивает срок службы и надежность работы узла.
Таким образом, в предлагаемом подшипниковом узле устранены все перечисленные выше недостатки известных узлов аналогичного назначения.
Предлагаемое техническое решение может найти широкое применение в машинах и механизмах, где подшипниковые узлы работают на высоких скоростях и испытывают значительные центробежные нагрузки, в частности в редукторах планетарного типа, планетарных коробках передач, планетарно центробежных мельницах, где действуют мощные искусственные поля тяжести.