ШАРИКОВАЯ ВТУЛКА ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к опорному устройству линейного перемещения, в частности к конструкции шариковых втулок направляющих качения для металлорежущих станков, роботизированных комплексов, контрольно-измерительных приборов, медицинского и упаковочного оборудования, систем студийного света и другого оборудования.
Уровень техники
Из уровня техники известна шариковая втулка (Патент №EP 0430573 В1, МПК F16C 29/06, опубл. 17.04.96), в корпусе которой установлен цилиндрический сепаратор с закольцованными каналами, которые распределены вдоль всего периметра сепаратора и заполнены телами качения. Каждый канал имеет нагруженные и ненагруженные участки. При этом рядом расположенные каналы соседствуют друг с другом либо нагруженными, либо ненагруженными участками, что ведет к сложной пространственной ориентации каналов и соответственно к сложности изготовления сепаратора и невозможности его обработки без специальных приспособлений, методами механической обработки.
Известна шариковая втулка (Патент РФ №1809880, МПК F16C 29/06, опублик. 15.04.1993,), содержащая сборную конструкцию, в жестком корпусе которой имеется сепаратор с телами качения, устанавливаемую на направляющий вал. Недостатком известной втулки является ее недостаточная нагрузочная способность, являющаяся следствием неравномерного воздействия на тела качения рабочей нагрузкой. Это является следствием неизбежной разноразмерности тел качения в пределах допуска на их диаметр. Несмотря на большое количество тел качения, устанавливаемых во втулку, из-за наличия разноразмерности, большую часть нагрузки воспринимают единичные шарики самого большого в пределах допуска диаметра. Они изнашиваются в наибольшей степени и зачастую разрушаются, выводя из строя весь механизм.
Известна шариковая втулка патент №RU 2626432 С1, МПК F16C 29/04, F16C 29/06, публ. 27.07.2017), содержащая жесткий корпус, на внутренней поверхности которого установлена промежуточная втулка, сепаратор, установленный в расточке промежуточной втулки и циркуляционные каналы, заполненные шариками. Промежуточная втулка выполнена из упругого элемента и образует сопряжение с корпусом кольцеобразную полость, заполненную гидропластмассой, заливаемую в горловину с винтовой пробкой и находящейся под давлением путем затяжки регулировочного винта. Посредством воздействия гидропластмассы внешняя нагрузка равномерно распределяется между шариками. Тем самым достигается повышение нагрузочной способности шариковых втулок, направляющих качения.
Недостатком известной шариковой втулки является необходимость поддержания постоянного равномерного давления на шарики через промежуточную втулку, которое обеспечивается периодической регулировкой с помощью регулировочного винта.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является конструкция шариковой втулки (Патент РФ №1780567, МПК F16C 29/06, опубл. 07.12.1992), содержащая сепаратор с дорожками качения в виде рабочих и возвратных прямолинейных параллельных каналов, соединенных дугообразными участками и с пазами, в которых установлены ограничительные планки с беговыми дорожками на внутренней поверхности, идентичными беговыми дорожками сепаратора, фиксирующие кольца, расположенные по торцам сепаратора, и кольцевые уплотнительные элементы с фиксатором для предотвращения поворота, содержащие язычковую часть, упругоприлегающую к валу.
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения равномерного прилегания кольцевых уплотнений к валу при нарушении соосности вала и оси приводного отверстия. Кроме того, использования для фиксации болтового соединения усложняет технологию сборки шариковой втулки. При этом винтовое соединение может в процессе эксплуатации разболтаться и привести к выходу из строя устройства.
Раскрытие сущности полезной модели
При создании полезной модели решалась задача создания шариковой втулки линейного перемещения с хорошими эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющей современным требованиям, предъявляемым к элементам линейного перемещения в машиностроении.
Технический результат - повышение надежности шариковой втулки вследствие упрощения конструкции шариковой втулки и адаптивности шариковой втулки к условиям контакта.
Указанный технический результат достигается тем, что шариковая втулка содержит корпус, в котором выполнен элемент сепаратора с дорожками качения, закрытыми прижимными планками с образованием замкнутых циркуляционных каналов для размещения тел качения, при этом на каждом торце корпуса установлено фиксирующее кольцо с уплотнительным элементом, выполненное с возможностью фиксации закрытого положения прижимных планок, при этом уплотнительный элемент выполнен в виде шайбы с обеспечением пружинистой фиксации фиксирующего кольца, при этом согласно полезной модели, фиксирующее кольцо выполнено в виде колпачка с фиксирующей кромкой, размещенной во внешней кольцевой канавке, при этом геометрия поверхности канавки совпадает с геометрией поверхности фиксирующей кромки.
При этом, согласно полезной модели, фиксирующая кромка выполнена с загибом на конце, размещенном в предусмотренной для этого канавке.
При этом, согласно полезной модели, фиксирующая кромка выполнена сужающейся по направлению к корпусу.
При этом, согласно полезной модели, сопрягаемые поверхности фиксирующей кромки и канавки выполнены рельефными.
При этом, согласно полезной модели, уплотнительный элемент установлен в открытой канавке, выполненной на торце корпуса.
При этом, согласно полезной модели, уплотнительный элемент содержит язычковую часть, упругоприлегающую при установке к валу и взаимодействующую с валом.
При этом, согласно полезной модели, циркуляционные каналы выполнены в виде рабочих и возвратных прямолинейных параллельных каналов, соединенных дугообразными участками.
При этом, согласно полезной модели, в корпусе выполнены сквозные отверстия для подачи смывающего материала в рабочую зону.
При этом, согласно полезной модели, элемент сепаратора может быть выполнен отдельным элементом.
При этом, согласно полезной модели, тела качения выполнены в виде шариков.
Использование прижимных планок обеспечивает нагрузочную способность шариковой втулки за счет равномерного и солидарного восприятия нагрузки телами качения и передачи непосредственной нагрузки от элементов крепления на вал. При этом циркуляция шариков в элементе сепаратора позволяет исключать контактирующие взаимодействие корпуса шариковой втулки и вала, на котором устанавливается с возможностью перемещения шариковая втулка. Подбор шариковой втулки осуществляется с учетом требуемой грузоподъемности: чем выше грузоподъемность, тем больше количество рядов шариков во втулке.
Резиновое уплотнение выполняет роль пружинной шайбы, а именно происходит упругая деформация уплотнения при установке торцевых фиксирующих колец в корпус. Данная особенность позволяет облегчить технологию сборки шариковой втулки. Кроме того, благодаря пружинистой фиксации на корпусе фиксирующего кольца возможно увеличение допусков на размерность шариков и формы профиля направляющего вала.
Кроме того, отсутствие в предложенной конструкции винтовых элементов приводит к упрощению конструкции и, тем самым также увеличивает надежность шариковой втулки.
Таким образом, шариковая втулка линейного перемещения обладает бóльшей надежностью по сравнению с известными из уровня техники аналогами. При этом достигается упрощение технологии сборки шариковой втулки за счет исключения винтового крепления фиксирующего кольца.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется графическими материалами конкретного примера ее осуществления, где на:
фиг.1 представлена шариковая втулка в продольном сечении;
фиг.2 - вид. А фиг.1, торцевая часть шариковой втулки (фиксирующая кромка с загибом);
фиг.3 - торцевая часть шариковой втулки (сужающаяся фиксирующая кромка);
фиг.4 - шариковая втулка, установленная на валу (в аксонометрической проекции);
фиг.5 - шариковая втулка в поперечном сечении.
Осуществление полезной модели
Шариковая втулка содержит жесткий корпус 1, в котором выполнен элемент сепаратора 2 с дорожками качения 3, которые закрыты прижимными планками 4 (фиг.1), каждая из которых установлена в соответствующей расточке корпуса 1. Количество прижимных планок 4, установленных на корпусе 1, не менее трех. Корпус 1 выполнен из полимера, например, полиуретана методом литья, также корпус 1 может быть выполнен из любого другого материала, обладающего достаточной степенью жесткости.
Прижимные планки 4 могут быть выполнены традиционным способом, например, механическим способом, путем вытачивания профиля из металлической заготовки на фрезерном станке или методом литья.
На внутренней поверхности прижимных планок 4 выполнены дорожки качения 5, идентичные дорожкам качения 3 элемент сепаратора 2. При установке прижимных планок 4 в расточке корпуса 1 дорожки качения 3 и 5 образуют замкнутые циркуляционные каналы 6 для размещения тел качения 7 (фиг.1, 5), выполненные в виде рабочих и возвратных прямолинейных параллельных каналов, соединенных дугообразными участками. Тела качения 7 выполнены в виде шариков, изготовленных, например, из подшипниковой стали (ШХ15).
Шариковая втулка устанавливается на направляющий вал 8 (фиг.4). Тела качения 7, установленные в циркуляционные каналы 6, исключают контактирующее взаимодействие корпуса 1 с валом 8 при работе.
На каждом торце корпуса 1 шариковой втулки установлено фиксирующее кольцо 9, выполненное с возможностью фиксации закрытого положения прижимных планок 4 в корпусе 1. Фиксирующее кольцо 9 снабжено кольцевым уплотнительным элементом 10, установленным в открытой канавке 11, выполненной на торце корпуса 1 (фиг.2).
Уплотнительный элемент 10 выполнен в виде шайбы и обеспечивает пружинистую фиксацию фиксирующего кольца 9 на торце втулки.
Уплотнительный элемент 10 содержит язычковую часть 12, упругоприлегающую при установке к валу 8 и взаимодействующую с валом 8 для исключения попадания грязи и посторонних элементов во внутреннее пространство шариковой втулки.
Уплотнительный элемент 10 может быть выполнен с диаметром, совпадающим с диаметром фиксирующего кольца 9 как показано на фиг.2. Уплотнительный элемент 10 также может быть выполнен с меньшим диаметром, при этом на корпусе 1 предусмотрена открытая кольцевая канавка для размещения уплотнительного кольца 10 (фиг.3).
Каждое фиксирующее кольцо 9 выполнено в виде колпачка с фиксирующей кромкой 13 по радиусу, размещенной во внешней кольцевой канавке 15, образованной выемками на корпусе 1 и прижимных планках 14, при этом геометрия поверхности канавки 15 совпадает с геометрией поверхности фиксирующей кромки 13 для обеспечения возможности установки кольца 9 на торце втулки с усилием до характерного щелчка без использования дополнительных крепежных элементов и инструментов. Фиксирующие кольца 9 могут быть выполнены пластиковыми или металлическими.
Пружинистая фиксация фиксирующего кольца 9 обеспечивается упругим поджатием к торцу корпуса 1 втулки уплотнительного элемента 10, исключающим любую подвижность кольца, в том числе радиальные перемещения.
Как показано на фиг.2, фиксирующая кромка 13 может быть выполнена под прямым углом к торцу корпуса 1 с загибом 14. При этом для размещения в собранном состоянии загиба 14 фиксирующей кромки 13 в корпусе 1 и прижимных планках 4 выполнены выемки, образующие Г-образную геометрию внешней кольцевой канавки 15.
Фиксирующая кромка 13 может быть выполнена сужающейся по направлению к корпусу 1 с обеспечением фиксации кольца 9 на корпусе 1 шариковой втулки без использования дополнительных крепежных элементов и инструментов. В этом случае для размещения в собранном состоянии фиксирующей кромки 13 в корпусе 1 и прижимных планках 4 выполнены выемки, образующие внешнюю кольцевую канавку 15, геометрия поверхности которой повторяет геометрию поверхности фиксирующей кромки 14, расположенную под углом с обеспечением максимального взаимодействия сопрягаемых поверхностей фиксирующей кромки 14 и канавки 15. При этом для наибольшего сцепления сопрягаемые поверхности фиксирующей кромки 14 и канавки 15 могут быть выполнены рельефными, например, могут быть выполнены кольцевые выступы треугольной формы в сечении.
Таким образом, можно сказать, что фиксирующее кольцо 9 выполнено с возможностью фиксации прижимных планок 14 на корпусе 1 в собранном состоянии шариковой втулки.
Для смазки тел качения 7 в корпусе 1 выполнены отверстия 16 (фиг.1).
В процессе сбора шариковой втулки в расточки корпуса 1 устанавливаются прижимные планки 4. Нижнее фиксирующее кольцо 9 закрепляют на корпусе 1, а именно вставляют с усилием таким образом, чтобы загиб 14 фиксирующей кромки 13 поместился в кольцевую канавку 15, образованную на внешней поверхности корпуса 1 и прижимных планках 4. Загиб 14 фиксирующей кромки 13 надежно удерживается в кольцевой канавке 15 за счет пружинящих свойств установленного с внутренней стороны фиксирующего кольца 9 уплотнительного элемента 10.
Поскольку верхнее фиксирующее кольцо 9 отсутствует, прижимные планки 4 могут быть переведены в наклонное положение, в результате чего такое положение обеспечивает ввод тел качения 7 в циркуляционные каналы 6 сепаратора 2. После заполнения циркуляционных каналов 6 телами качения 7 прижимные планки 4 плотно устанавливают в расточке и, удерживая прижимные планки 4 в таком положении защелкивают верхнее фиксирующее кольцо 9 по аналогии с нижним.
Собранную таким образом шариковую втулку устанавливают на валу 8 (фиг.4). Тела качения 7, установленные в циркуляционных каналах 6 сепаратора 2, вступают в контакт с валом 8. Ряды тел качения 7 опираются радиально о сепаратор 2. Прижимные планки 4 при этом удерживаются в сепараторе 2 с помощью фиксирующих колец 9, закрепленных с силовым замыканием.
В результате этого под действием рабочей нагрузки все тела качения 7 прижимаются к направляющему валу 8 равномерно и солидарно воспринимают рабочую нагрузку.
Предложенная конструкция обеспечивает без потери нагрузочной способности увеличение допусков на размерность шариков и форму профиля направляющего вала за счет обеспечения свойства адаптивности шариковой втулки к условиям контакта. При этом достигается упрощение конструкции и технологии сборки шариковой втулки за счет исключения винтового крепления фиксирующего кольца.