УПРУГО ПОДПИРАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ
ELASTICALLY SUPPORTED ROLLING BEARING STRUCTURE

Изобретение относится к подшипнику качения, который пригоден, в частности, для использования в газовой турбине, например, в реактивном двигателе самолета и содержит упруго прикрепленное к части корпуса наружное кольцо.
Подшипники качения названного выше типа известны, например, из документов US 7,384,199 В2, US 6,433,698 В1, а также из US 6,413,046 В1. В каждом из этих документов наружное кольцо радиального подшипника качения, выполненного в качестве роликоподшипника, удлинено в осевом направлении участком пружины, который укреплен на части корпуса с помощью винтового соединения.
Задачей изобретения является усовершенствование подшипника качения с упруго подвешенным наружным кольцом по сравнению с названным уровнем техники, в частности, в отношении необходимого пространства для встраивания.
Поставленная задача решена в соответствии с изобретением с помощью подшипника качения с признаками п. 1 формулы. Этот подшипник качения, пригодный, в частности, для газовой турбины, содержит
- определенное количество тел качения, расположенных между внутренним кольцом и наружным кольцом,
- конструкцию корпуса, на которой упруго укреплено наружное кольцо, причем наружное кольцо выполнено в качестве цельного элемента и содержит участок направляющей беговой дорожки, образующий беговую дорожку для тел качения, пружинный участок и привинченный к конструкции корпуса фланец, причем
- пружинный участок выполнен из большого количества упругих стержней, которые примыкают, с одной стороны, к отклоняющему участку, примыкающему на торцевой стороне к участку направляющей беговой дорожки, и, с другой стороны, к фланцу, расположены радиально вне участка направляющей беговой дорожки и при этом не выступают в осевом направлении, с одной стороны, за отклоняющий участок и, с другой стороны, за участок направляющей беговой дорожки.
Предпочтительные варианты выполнения соответствующего изобретению подшипника качения являются предметом зависимых пунктов. Приведенное в п. 1 формулы понятие «внутреннее кольцо» должно пониматься функционально и включает в себя всякий расположенный радиально внутри наружного кольца, вращающийся конструктивный элемент, по которому катятся тела качения. Во всяком случае, подшипник качения выполнен в качестве радиального подшипника, предпочтительно в качестве шарикоподшипника.
Отклоняющий участок представляет собой часть наружного кольца и может быть выполнен с кольцевой формой или с помощью примыкающих к участку направляющей беговой дорожки участков упругих стержней. В обоих случаях с помощью отклоняющего участка создается соединение между участком направляющей беговой дорожки и упругими стержнями или радиально отстоящими от участка направляющей беговой дорожки участками упругих стержней.
Изобретение исходит из того, что при креплении быстро вращающихся валов турбин с помощью подшипников качения упругое подвешивание наружного кольца подшипника качения в корпусе является целесообразным для того, чтобы уменьшить распространение колебаний на корпус.
В отличие от уровня техники изобретение характеризуется тем, что упругие стержни расположены радиально точно вне участка направляющей беговой дорожки, то есть наружного кольца в собственном смысле. По сравнению с подшипником качения с внешним кольцом без упругого подвешивания потребность в пространстве соответствующего изобретению подшипника качения тем самым увеличивается предельно незначительно. Указания «осевой» и «радиальный» всегда относятся к оси вращения подшипника качения. Упругие стержни проходят большей частью в предпочтительном исполнении полностьюв осевом направлении. Между двумя соседними упругими стержнями соответственно располагается выемка, причем ширина выемки при рассмотрении в окружном направлении подшипника качения может находиться в любом отношении к ширине упругих стержней. Например, ширина выемки может соответствовать ширине одного каждого упругого стержня. Таким же образом возможно, что выемки являются существенно более узкими или широкими, чем упругие стержни. Длина одного упругого стержня, то есть его простирание в осевом направлении, необязательно больше его измеренной в окружном направлении ширины.
Фланец, образованный таким же образом из упругих стержней, как и пружинный участок, представляющий собой часть наружного кольца, простирается от обращенной от отклоняющего участка стороны пружинного участка стороны пружинного участка радиально наружу и предпочтительно укреплен на кольце в корпусе, которое стационарно соединено со следующими частями конструкции корпуса.
Конструкция корпуса, в частности кольцо в корпусе, образует в предпочтительном исполнении упор относительно участка направляющей беговой дорожки в радиальном направлении и в, по меньшей мере, одном осевом направлении, предпочтительно в обоих осевых направлениях. В названном первым случае, то есть при одностороннем осевом упоре, кольцо в корпусе выступает, например, снаружи в уступ, который образован на торцевой стороне участка направляющей беговой дорожки, в то время как в случае двустороннего осевого упора кольцо в корпусе входит, например, в паз на наружном периметре участка направляющей беговой дорожки.
Как при одностороннем, так и также при двустороннем ограничении сдвига участка направляющей беговой дорожки с помощью конструкции корпуса, то есть при одностороннем или двустороннем осевом упоре, в соответствии с одним предпочтительным усовершенствованием с помощью конструкции корпуса дополнительно создается упор участка направляющей беговой дорожки в, по меньшей мере, одном окружном направлении, предпочтительно точно в одном окружном направлении. С целью обеспечения такой конструкции часть конструкции корпуса, непосредственно взаимодействующая с наружным кольцом, может иметь конструкцию, состоящую из нескольких элементов. Возможно также исполнение участка направляющей беговой дорожки, а также конструкции корпуса таким образом, что наружное кольцо можно монтировать в конструкции корпуса по типу байонетного соединения.
В соответствии с одним предпочтительным усовершенствованием между в основном цилиндрической наружной поверхностью участка направляющей беговой дорожки и радиально отстоящей от этой поверхности пружинным участком расположен амортизирующий элемент, который может быть изготовлен из полимерного материала или вспененного металла.
Преимущество изобретения заключается, в частности, в том, что за счет занимающего мало места упругого подвешивания наружного кольца опционально с дополнительной амортизацией обеспечиваются как гашение колебаний, так и защита от перегрузки во всех важных направлениях нагрузки, а именно в радиальном направлении, обоих осевых направлениях, а также окружном направлении.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее: фиг. 1 - подшипник качения газовой турбины в поперечном сечении, фиг. 2 и 3 - части подшипника качения по фиг. 1 в следующих видах, фиг. 4 и 5 - другие варианты подшипников качения для газовых турбин в видах аналогично фиг. 1.
Соответствующие друг другу или действующие одинаковым образом части маркированы на всех чертежах одинаковыми ссылочными обозначениями.
Изображенный на фиг. 1-3, обозначенный в целом ссылочной позицией 1 подшипник качения выполнен в качестве шарикоподшипника и предназначен для встраивания в газовую турбину для крепления вала турбины. В отношении принципиальной функции подшипника 1 качения дается ссылка на цитированный выше уровень техники.
Подшипник 1 качения содержит расположенные между внутренним кольцом 2 и наружным кольцом 3 тела 4 качения, а именно шарики. Вместо качения по выполненному в изображенном примере исполнения из нескольких частей внутреннему кольцу 2 тела 4 качения могут катиться непосредственно по валу. Отдельные тела 4 качения отделены друг от друга с помощью не изображенного сепаратора и выполнены из стали или керамики.
Тела 4 качения катятся по участку 7 направляющей беговой дорожки наружного кольца 3. Участок 7 направляющей беговой дорожки называют также «наружным кольцом в более узком смысле». На внутренней стороне участка 7 направляющей беговой дорожки расположена имеющая форму желоба направляющая 6 беговой дорожки для тел 4 качения, в то время как наружная сторона участка 7 направляющей беговой дорожки является в основном цилиндрической. Участок 7 направляющей беговой дорожки наружного кольца 3 переходит в виде единого элемента в направленный радиально наружу отклоняющий участок 9, который на торцевой стороне примыкает к участку 7 направляющей беговой дорожки. В переходной области между участком 7 направляющей беговой дорожки и отклоняющим участком 9 выполнено сужение 5 наружного кольца 3, которое описывает коническую форму на внутренней стороне наружного кольца 3.
В свою очередь, отклоняющий участок 9, который в поперечном сечении по фиг. 1 частично описывает U-образную форму, переходит в большое количество упругих стержней 12, которые ориентированы параллельно оси подшипника 1 качения и при этом находятся на расстоянии от участка 7 направляющей беговой дорожки.
Все упругие стержни 12 соединены в качестве единой детали с фланцем 10, который прочно привинчен к конструкции 8 корпуса винтами 11. Совокупность упругих стержней 12 называют пружинным участком 21 наружного кольца 3. Наружное кольцо 3 изготавливают посредством обработки резанием стальной детали.
Особое преимущество имеет занимающая мало места в осевом направлении форма наружного кольца 3, пружинный участок 21 которого расположен точно радиально вне участка 7 направляющей беговой дорожки и при этом ни в одном осевом направлении не выступает за пределы участка 7 направляющей беговой дорожки. Таким же образом также и фланец 10 расположен радиально вне участка 7 направляющей беговой дорожки и при этом не выступает в осевом направлении за ее пределы.
Конструкция 8 корпуса, на которой укреплен фланец 10 наружного кольца 3, содержит в примере исполнения по фиг. 1 одно кольцо 15 корпуса, которое как радиально вовнутрь, так и радиально наружу выступает за фланец 10 и своим радиально внутренним краем входит во вращающийся паз 13 в наружной поверхности участка 7 направляющей беговой дорожки. Между внутренним краем кольца 15 корпуса и основанием паза 13 образован зазор, который допускает ограниченное смещение участка 7 направляющей беговой дорожки в радиальном направлении. Одновременно тем самым образован упор между участком 7 направляющей беговой дорожки и конструкцией 8 корпуса. Названный зазор имеет такие размеры, что в основном цилиндрическая наружная поверхность участка 7 направляющей беговой дорожки ни в коем случае не может упираться в пружинный участок 9 или фланец 10.
В направлении обращенной к отклоняющему участку 9 торцевой стороны 17 участка 7 направляющей беговой дорожки паз 13 ограничен бортом 14. Как следует из фиг. 3, этот борт 14 является многократно прерванным. В прерванных участках борта 14 основание паза простирается до торцевой стороны 17. Кольцо 15 корпуса содержит на своем внутреннем крае большое количество выступов 18 корпуса, которые могут входить в прерванные участки борта и тем самым обеспечивают возможность введения наружного кольца 3 в кольцо 15 корпуса. После введения наружного кольца 3 в кольцо 15 корпуса наружное кольцо 3 еще может быть повернуто на ограниченный угол до момента, когда образованные между наружным кольцом 3 и кольцом 15 корпуса контуры защиты от поворота останавливают дальнейший поворот. Таким образом обеспечивается взаимодействие между наружным кольцом 3 и кольцом 15 корпуса по типу байонетного соединения. При этом, однако, за счет соответствующих зазоров сохраняются степени свободы участка 7 направляющей беговой дорожки в обоих осевых направлениях, в радиальном направлении, а также в окружном направлении. Что касается окружного направления, за счет контуров защиты от поворота между наружным кольцом 3 и кольцом 15 корпуса достаточным является ограничение поворота в одном направлении, а именно в направлении вращения внутреннего кольца и, тем самым, главного вала газовой турбины.
Пример исполнения по фиг. 4 совпадает в отношении механической функции, то есть упругого подвешивания наружного кольца подшипника 1 качения, с примером исполнения по фиг. 1. Внутри пружинного участка 21 в этом случае виден проем 19 между двумя упругими стержнями 12. Далее, виден амортизирующий элемент 20, который расположен радиально у наружной поверхностью участка 7 направляющей беговой дорожки и пружинным участком 21 и выполнен, например, в качестве кольца из эластомера. В примере исполнения по фиг.5 в качестве компонентов конструкции 8 корпуса можно распознать первое, направленное от фланца 10 вовнутрь кольцо 15 корпуса, а также второе, направленное от фланца 10 наружу кольцо 16 корпуса. Оба кольца 15, 16 корпуса привинчены теми же винтами 11 к наружному кольцу 3. Внутреннее кольцо 15 корпуса составлено из двух отдельных частей, которые проходят соответственно под углом 180°. За счет этого в данном случае введение кольца 15 корпуса в паз 13 и, следовательно, обоюдостороннее осевое стопорение участка 7 направляющей беговой дорожки наружного кольца 3 можно производить также без байонетного соединения.