УПЛОТНЕНИЕ РОЛИКОВОГО ПОДШИПНИКА
ROLLER BEARING SEAL

Настоящее изобретение относится к уплотненным подшипникам цапф валов и, более конкретно, к улучшенному устройству уплотнения узла конического роликового подшипника.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известны узлы роликовых подшипников, объединяющие два ряда конических роликовых подшипников, предварительно собранных в отдельном предварительно смазанном корпусе, предназначенные для установки на цапфы на концах валов или осей. Такие узлы подшипников используют в качестве подшипников дрезин и устанавливают на цапфах на концах осей колесных пар. Такие подшипники обычно представляют собой два ряда конических роликовых подшипников, находящихся по одному на каждом конце общего наружного кольца подшипника, причем их внутренние кольца имеют размеры, обеспечивающие их посадку с натягом на цапфу оси, и между внутренними кольцами предусмотрена цилиндрическая втулка или сепаратор для обеспечения точного расстояния между ними и надлежащего бокового зазора на цапфе. Уплотнения, установленные на каждом конце наружного кольца, обеспечивают уплотняющий контакт с компенсационными кольцами, плотно прилегающими к внешним концам или задним поверхностям соответствующих внутренних колец на каждом конце узла. Такие уплотнения раскрыты в патентах США №5975533 и №7607836.
В стандартной дрезине цапфа оси обычно выполнена со округлением на внутреннем конце и кольцевой прокладкой, которая имеет поверхность, сопряженную с контуром округления, и контактной поверхностью для взаимодействия с внутренним концом внутреннего компенсационного кольца, обеспечивая точное позиционирование узла подшипника на цапфе. На конце оси с помощью болтов, ввинчивающихся в отверстия с резьбой на конце оси, установлена торцевая крышка, которая взаимодействует с внешним компенсационным кольцом и фиксирует узел на конце оси. Компенсационные кольца обычно имеют такой внутренний диаметр, который обеспечивает посадку с натягом по меньшей мере на части длины цапфы, так что весь узел запрессован как единое целое на конце вала цапфы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Подшипниковый узел в соответствии с настоящим изобретением представляет собой роликовый подшипник, который содержит внутреннее кольцо подшипника, проходящее вокруг участка цапфы оси или вала. Внутреннее кольцо содержит направленную наружу дорожку качения. Наружное кольцо содержит направленную внутрь дорожку качения. Роликовые элементы расположены между внутренней и наружной дорожками качения и находятся с ними в контакте.
Кольцевая прокладка содержит фасонную поверхность, сопряженную и контактирующую с фасонной поверхностью округления, выполненного на валу. Скругление проходит от цапфы к выступу вала. Фасонные поверхности взаимодействуют между собой, фиксируя кольцевую прокладку для предотвращения ее смещения в продольном направлении вала.
Подшипниковый узел содержит узел уплотнения, который обеспечивает удерживание смазочного материала внутри узла уплотнения и защищает от проникновения внутрь него загрязнений. Узел уплотнения может содержать неподвижный элемент, прилегающий к уплотняющей секции, и вращающийся элемент, прилегающий к компенсационному кольцу. Дополнительно предусмотрен маслоотражающий элемент, имеющий секцию, прилегающую к компенсационному кольцу. Взаимодействие между уплотняющей секцией, неподвижным элементом, вращающимся элементом и маслоотражающим элементом обеспечивает удерживание смазочного материала внутри узла уплотнения и защищает от проникновения внутрь него загрязнений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На прилагаемых чертежах показано:
на Фиг.1 показан вид в разрезе цапфы вала с установленным на ней узлом конических роликовых подшипников в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.2 показан детальный частичный вид в поперечном разрезе узла уплотнения конического роликового подшипника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.3 показан детальный частичный вид в поперечном разрезе узла уплотнения конического роликового подшипника в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.4 показан детальный частичный вид в поперечном разрезе узла уплотнения конического роликового подшипника в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показан подшипниковый узел 10, установленный на цапфе 12 свободного консольного конца вала или оси 14, как правило, оси дрезины. Цапфа 12 выполнена с очень малыми допусками и ее внутренний торец заканчивается контурным округлением 22, переходящим в цилиндрический выступ 18 оси 14. На свободном конце оси участок цапфы 12 заканчивается слегка конической или сужающейся направляющей частью 24, выполненной для облегчения установки подшипникового узла на цапфу. На конце оси 14 выполнены несколько резьбовых отверстий 26 для установки в них винтов с головкой или болтов 28 с резьбой для крепления фиксирующей крышки 30 подшипникового узла на конце вала для фиксации подшипника в нужном положении, как более подробно описано далее.
Подшипниковый узел 10 предварительно собирают перед его установкой и фиксацией на цапфе 12 с помощью крышки 30 и болтов 28. Подшипниковый узел содержит наружное кольцо 32 с двумя дорожками 34,36 качения, выполненными по одной с каждого края наружного кольца 32 во взаимодействии с двумя внутренними кольцами 38, 40, соответственно, для обеспечения опоры для двух рядов находящихся между ними конических роликов 42,44. Между внутренними кольцами 38, 40 установлен центральный сепаратор 46 для обеспечения точного расстояния между ними и, соответственно, надлежащего бокового зазора на цапфе.
В наружном кольце 32 предусмотрены цилиндрические зенкованные углубления 17, 19 на его противолежащих концах снаружи от дорожек 34, 36 качения, и в эти зенкованные углубления 17, 19 в наружном кольце 32 запрессованы две уплотнительные секции 52, 58, соответственно. Каждая уплотнительная секция 52, 58 содержит упругие уплотнительные элементы, которые прижимаются к поверхностям 37, 61 уплотнительных компенсационных колец 60, 62 и обеспечивают их уплотнение, при этом уплотнительные компенсационные кольца 60, 62 содержат направленные внутрь концы, находящиеся во взаимодействии с направленными наружу концами внутренних колец 38,40 подшипников, соответственно. Уплотнительная секция 58 аналогична уплотнительной секции 52 и не будет описана подробно. Другой конец компенсационного кольца 60 помещен в цилиндрическом зенкованном углублении 64 в направленном наружу в продольном направлении конце кольцевой прокладки 66, которая, в свою очередь, имеет зенкованное углубление 68 на другом конце, выполненное для обеспечения посадки с натягом на цилиндрический выступ 18 вала 14. Цилиндрическое зенкованное углубление 64 и внешний диаметр компенсационного кольца 60 выполнены для обеспечения посадки с натягом, так что компенсационное кольцо 60 впрессовано в кольцевую прокладку 66, которая обработана с высокой точностью на станке для получения фасонной внутренней поверхности 70, сопряженной с контурным округлением 22 при установке подшипникового узла на валу. Направленный наружу конец компенсационного кольца 62 упирается в зенкованное углубление 31 в фиксирующей крышке 30 подшипника.
На Фиг.2 показан детальный вид части узла уплотнения подшипникового узла 10. Как показано, уплотнительная секция 52 содержит по существу цилиндрическую часть, содержащую первую концевую секцию 48 большего диаметра, впрессованную или посаженную с натягом в сопряженное зенкованное углубление 17 в наружном кольце 32. Уплотнительная секция 52 содержит промежуточную секцию 53, которая проходит параллельно первой концевой секции 48, и вторую концевую секцию 54, проходящую от промежуточной секции 53 параллельно первой концевой секции 48. Участок 55 промежуточной секции 53 расположен перпендикулярно промежуточной секции 53.
Как показано, вращающийся элемент 81 по существу представляет собой цилиндрический элемент, содержащий наружную секцию 82 большего диаметра. Промежуточная секция 83 проходит от наружной секции 82 и по существу перпендикулярна ей. Промежуточная секция 83 содержит по существу плоскую наружную секцию 93, которая прилегает к сопряженной с ней плоской поверхности 94 внутреннего кольца 38 подшипника. Внутренняя секция 84 вращающегося элемента 81 проходит от промежуточной секции 83 и по существу перпендикулярна ей. Внутренняя секция 84 вращающегося элемента 81 имеет наружную поверхность 95, которая прилегает к наружной поверхности 37 компенсационного кольца 60. Маслоотражающий элемент 112 по существу имеет цилиндрическую форму и, как правило, выполнен из стали или полимерного материала. Маслоотражающий элемент 112 имеет первую концевую секцию 114, промежуточную секцию 116, перпендикулярную первой концевой секции 114, и вторую концевую секцию 118, перпендикулярную промежуточной секции 116. Диаметр первой концевой секции 114 больше диаметра второй концевой секции 118. Первая концевая секция 114 расположена рядом с промежуточной секцией 53 уплотнительной секции 52 радиально снаружи от нее. Промежуточная секция 116 расположена рядом с участком 55 уплотнительной секции радиально внутри нее. Вторая концевая секция 118 имеет наружную поверхность, которая прилегает к наружной поверхности 37 компенсационного кольца 60.
Наружная поверхность 95 внутренней секции 84 вращающегося элемента 81 приварена, приклеена к наружной поверхности 37 компенсационного кольца 60 или посажена на нее с натягом. Для закрепления на наружной поверхности 37 компенсационного кольца 60 на внутренней секции 84 вращающегося элемента 81 может быть расположен валик или ребро 97 или другое средство крепления. Канавка 98 в наружной поверхности 37 компенсационного кольца 60 предусмотрена для фиксации валика или ребра 97 на наружной поверхности 37. Комбинация и взаимное расположение уплотнительной секции 52, маслоотражающего элемента 112 и вращающегося элемента 81 способствуют удерживанию смазочного материала внутри узла уплотнения. Поскольку вращающийся элемент 81, его внутренняя секция 84 и наружная секция 82 вращаются вокруг второй концевой секции 54 узла уплотнения, путь выхода смазочного материала из узла уплотнения извилистый. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения вторая концевая секция 54 узла уплотнения проходит по меньшей мере на половину глубины канала, сформированного наружной секцией 82 и внутренней секцией 84 вращающегося элемента 81, однако степень ее прохождения может быть от 25% до 75% или более. Следует понимать, что уплотнительная секция 52, как правило, сама выполнена из подходящей стали, так же как вращающийся элемент 81, неподвижный элемент 47 и маслоотражающий элемент 112. Однако объем настоящего изобретения охватывает также варианты осуществления, в которых одна или несколько вышеуказанных частей (уплотнительная секция 52, вращающийся элемент 81, маслоотражающий элемент 112) выполнены из пластичного полимера или термопластичного материала, такого как полиэфир, или из композитного материала.
На Фиг.3 показан детальный вид второго варианта осуществления части узла уплотнения подшипникового узла 110. Как показано, уплотнительная секция 152 представляет собой по существу цилиндрическую деталь, содержащую первую концевую секцию 148, впрессованную или посаженную с натягом в сопряженное зенкованное углубление 117 в наружном кольце 132. Уплотнительная секция 152 содержит промежуточную секцию 153, которая проходит перпендикулярно к первой концевой секции 148, а вторая концевая секция 155 имеет диаметр, меньший диаметра первой концевой секции 148, и параллельна первой концевой секции 148.
Неподвижный элемент 147 по существу представляет собой цилиндрический элемент, содержащий первую концевую секцию 149 с наружной поверхностью 159, которая прилегает к внутренней поверхности 157 второй концевой секции 155 уплотнительной секции 152 и прикреплена к ней. Неподвижный элемент 147 дополнительно содержит промежуточную секцию 161, перпендикулярную первой концевой секции 149, а вторая концевая секция 151 перпендикулярна промежуточной секции 161.
Как показано, вращающийся элемент 181 по существую представляет собой цилиндрический элемент, содержащий наружную секцию 182 большего диаметра. Промежуточная секция 183 проходит от наружной секции 182 и по существу перпендикулярна ей. Промежуточная секция 183 содержит по существу плоскую наружную секцию 193, которая прижата к сопряженной плоской поверхности 194 внутреннего кольца 138 подшипника. Внутренняя секция 184 вращающегося элемента 181 проходит от промежуточной секции 183 и по существу перпендикулярна ей. Внутренняя секция 184 вращающегося элемента 181 имеет наружную поверхность 195, которая прижата к наружной поверхности 137 компенсационного кольца 160.
Наружная поверхность 195 вращающегося элемента 181 приварена, приклеена к наружной поверхности 137 компенсационного кольца 160 или посажена на нее с натягом. Для закрепления на наружной поверхности 137 компенсационного кольца 160 в углу между промежуточной секцией 183 вращающегося элемента 181 и наружной поверхностью внутренней секции 184 вращающегося элемента 181 может быть расположен валик или ребро 197 или другое средство крепления. Канавка 198 в наружной поверхности 137 компенсационного кольца 160 предусмотрена для фиксации валика или ребра 197 на наружной поверхности 137.
Маслоотражающий элемент 212 по существу имеет цилиндрическую форму и, как правило, выполнен из стали или из полимерного материала. Маслоотражающий элемент 212 содержит первую концевую секцию 214, промежуточную секцию 216, перпендикулярную первой концевой секции 214, и вторую концевую секцию 218, перпендикулярную промежуточной секции 216. Первая концевая секция 214, диаметр которой больше диаметра второй концевой секции 218, расположена рядом со второй концевой секцией 155 уплотнительной секции 152 и радиально снаружи от нее. Промежуточная секция 216 расположена рядом с промежуточной секцией 161 неподвижного элемента 147 и радиально внутри нее. Вторая концевая секция 218 имеет наружную поверхность, которая прилегает к наружной поверхности 137 компенсационного кольца 160.
Комбинация и взаимное расположение уплотнительной секции 152, неподвижного элемента 147, маслоотражающего элемента 212 и вращающегося элемента 181 способствуют удерживанию смазочного материала внутри узла уплотнения. Поскольку вращающийся элемент 181, его внутренняя секция 184 и наружная секция 182 вращаются вокруг второй концевой секции 151 неподвижного элемента 147, путь выхода смазочного материала из узла уплотнения извилистый. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения вторая концевая секция 151 неподвижного элемента 147 проходит по меньшей мере на половину глубины канала, сформированного наружной секцией 182 и внутренней секцией 184 вращающегося элемента 181, однако степень ее прохождения может быть от 25% до 75% или более. Следует понимать, что уплотнительная секция 152, как правило, сама выполнена из подходящей стали, так же как вращающийся элемент 181, неподвижный элемент 147 и маслоотражающий элемент 212. Однако объем настоящего изобретения охватывает также варианты осуществления, в которых одна или несколько вышеуказанных частей (уплотнительная секция 152, вращающийся элемент 181, неподвижный элемент 147, маслоотражающий элемент 212) выполнены из термопластичного материала, такого как полиэфир, или из композитного материала.
На Фиг.4 показан детальный вид третьего варианта осуществления части узла уплотнения подшипникового узла 210. Как показано, уплотнительная секция 352 представляет собой по существу цилиндрическую деталь, содержащую первую концевую секцию 348, впрессованную или посаженную с натягом в сопряженное зенкованное углубление 317 в наружном кольце 332. Уплотнительная секция 352 содержит промежуточную секцию 355, которая проходит перпендикулярно первой концевой секции 348, а вторая концевая секция 353 имеет диаметр меньше диаметра первой концевой секции 348 и параллельна первой концевой секции 348.
Неподвижный элемент 347 по существу представляет собой цилиндрический элемент, содержащий первую концевую секцию 349 с наружной поверхностью 359, прилегающей к внутренней поверхности 357 второй концевой секции 353 уплотнительной секции 352 и прикрепленной к ней. Неподвижный элемент 347 дополнительно содержит промежуточную секцию 361, проходящую от первой концевой секции 349, и вторую концевую секцию 351, проходящую от промежуточной секции 361.
Как показано, вращающийся элемент 381 по существу представляет собой цилиндрический элемент с наружной секцией 382 большего диаметра. Промежуточная секция 383 проходит от наружной секции 382 и по существу перпендикулярна ей. Промежуточная секция 383 содержит по существу плоскую наружную секцию 393, которая прижата к сопряженной плоской поверхности 394 внутреннего кольца 338 подшипника. Внутренняя секция 384 вращающегося элемента 381 проходит от промежуточной секции 383 и по существу перпендикулярна ей. Внутренняя секция 384 вращающегося элемента 381 имеет наружную поверхность 395, которая прижата к наружной поверхности 337 компенсационного кольца 360.
Наружная поверхность 395 вращающегося элемента 381 приварена, приклеена к наружной поверхности 337 компенсационного кольца 360 или посажена на нее с натягом. Для закрепления на наружной поверхности 337 компенсационного кольца 360 в углу между промежуточной секцией 383 вращающегося элемента 381 и наружной поверхностью 395 внутренней секции 384 вращающегося элемента 381 может быть расположен валик или ребро 397 или другое средство крепления. Канавка 398 в наружной поверхности 337 компенсационного кольца 360 предусмотрена для фиксации валика или ребра 397 на наружной поверхности 337.
Маслоотражающий элемент 312 по существу имеет цилиндрическую форму и, как правило, выполнен из стали или из полимерного материала. Маслоотражающий элемент 312 содержит первую концевую секцию 314, промежуточную секцию 316, перпендикулярную первой концевой секции 314, и вторую концевую секцию 318, перпендикулярную промежуточной секции 316. Первая концевая секция 314, диаметр которой больше диаметра второй концевой секции 318, расположена рядом с промежуточной секцией 355 уплотнительной секции 352 и радиально снаружи от нее. Промежуточная секция 316 расположена рядом со второй концевой секцией 353 уплотнительной секции 352 и внутри относительно нее в продольном направлении. Вторая концевая секция 318 имеет наружную поверхность, которая прилегает к наружной поверхности 337 компенсационного кольца 360.
Комбинация и взаимное расположение уплотнительной секции 352, неподвижного элемента 347, маслоотражающего элемента 312 и вращающегося элемента 381 способствуют удерживанию смазочного материала внутри узла уплотнения. Поскольку вращающийся элемент 381, его внутренняя секция 384 и наружная секция 382 вращаются вокруг второй концевой секции 351 неподвижного элемента 347, путь выхода смазочного материала из узла уплотнения извилистый. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения вторая концевая секция 351 неподвижного элемента 347 проходит по меньшей мере на половину глубины канала, сформированного наружной секцией 382 и внутренней секцией 384 вращающегося элемента 381, однако степень ее прохождения может быть от 25% до 75% или более. Следует понимать, что уплотнительная секция 352, как правило, сама выполнена из подходящей стали, так же как вращающийся элемент 381, неподвижный элемент 347 и маслоотражающий элемент 312. Однако объем настоящего изобретения охватывает также варианты осуществления, в которых одна или несколько вышеуказанных частей (уплотнительная секция 352, вращающийся элемент 381, неподвижный элемент 347, маслоотражающий элемент 312) выполнены из термопластичного материала, такого как полиэфир, или из композитного материала.