МНОГОРЯДНЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ И УЗЕЛ ПОДШИПНИКА СТУПИЦЫ КОЛЕСА С УПОМЯНУТЫМ ПОДШИПНИКОМ КАЧЕНИЯ
MULTI-ROW ROLLING BEARING AND WHEEL HUB MANUAL BEARING GROUP WITH MENTIONED ROLLING BEARING

Представленное изобретение относится к асимметричному подшипнику качения и, в частности, к многорядному асимметричному подшипнику качения.
Изобретение описывается со ссылкой на подшипниковый узел ступицы колеса для ведомых или не ведомых колес автомобилей, как, например, грузовых автомобилей на шасси легкового автомобиля, легких грузовых автомобилей или полноприводных внедорожников SUV (Sports Utulity Vehicle). Следует отметить, что представленное изобретение может применяться и в других подшипниках качения.
Из уровня техники известны подшипники качения, имеющие наружное кольцо, внутреннее кольцо и тела качения, расположенные между этими кольцами. Также из уровня техники известно, что эти тела качения могут быть расположены в два или несколько рядов. Таким образом, действующие на подшипник нагрузки могут быть распределены на несколько рядов тел качения.
Геометрическая середина рядов тел качения в осевом направлении в дальнейшем обозначена как середина подшипника.
Во многих случаях применения середина подшипника соответствующего подшипника ступицы колеса не совпадает с линией действия усилий, приложенных к колесу. Так, например, возможно, что у подвески колеса автомобиля точка пересечения средней плоскости колеса с опорной поверхностью колеса или шины расположена относительно середины подшипника с внешней стороны автомобиля. В этом случае к рядам подшипника прикладываются неравномерные усилия.
Поэтому задача предлагаемого изобретения состоит в создании подшипника качения, который может воспринимать также неравномерные усилия, возникающие вследствие того, что середина подшипника и линия приложения усилия не совпадают. Согласно изобретению это достигается посредством подшипника качения согласно пункту 1 формулы изобретения.
Преимущественные формы исполнения и усовершенствования являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.
Соответствующий изобретению подшипник качения имеет первое кольцо подшипника и второе кольцо подшипника, а также множество тел качения, расположенных между первым кольцом подшипника и вторым кольцом подшипника. При этом согласно изобретению тела качения расположены в несколько рядов, причем диаметры делительных окружностей, по меньшей мере, двух этих рядов различаются. Под диаметром делительной окружности понимается расстояние между центром одного тела качения и центром точно противолежащего тела качения.
Предпочтительно различаются диаметры делительной окружности, по меньшей мере, двух рядов, симметричных друг другу относительно срединной плоскости подшипника качения. В этом случае подшипник качения выполнен асимметричным относительно этой срединной плоскости.
Ряд с большим диаметром делительной окружности может воспринимать большее усилие и, таким образом, посредством различного выбора диаметров делительной окружности может быть рассчитан с учетом того обстоятельства, что усилия воздействуют на подшипник качения вне середины подшипника. Ряд с большим диаметром делительной окружности предоставляет при качении большую площадь контакта для восприятия усилия, что приводит к меньшему удельному давлению.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрены, по меньшей мере, четыре ряда тел качения. При этом под одним рядом понимают, что тела качения размещены, по существу, в виде кольца между внутренним кольцом и внешним кольцом.
В соответствии с предпочтительным вариантом диаметр делительной окружности, по меньшей мере, одного ряда, расположенного снаружи относительно подшипника качения, больше, чем каждый диаметр делительной окружности любого другого ряда. Это означает, что расположенный снаружи ряд имеет больший диаметр делительной окружности по сравнению с другими рядами. Таким образом, даже этот расположенный снаружи ряд может воспринимать самые высокие усилия. Ряд с большим диаметром делительной окружности предпочтительно расположен относительно середины подшипника на той же стороне, на которой на подшипник ступицы колеса также воздействуют нецентральные усилия.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения сумма диаметров делительной окружности двух соседних друг с другом рядов больше, чем сумма диаметров делительной окружности двух других соседних друг с другом рядов. Таким образом, подразумевалось, например, что сумма диаметров делительной окружности обоих соседних рядов, расположенных на заданной стороне относительно середины подшипника, больше, чем сумма диаметров делительной окружности рядов, расположенных на другой стороне от середины подшипника. Таким образом, ряды с суммарно большим диаметром делительной окружности могут воспринимать большие усилия и подходят также для нецентрального приложения усилий к подшипнику качения. При этом соответственно внутренние, то есть лежащие ближе к середине подшипника ряды, могут иметь одинаковые диаметры делительной окружности, а различающиеся суммы получаются только посредством больших диаметров делительной окружности рядов, расположенных соответственно снаружи.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения диаметр делительной окружности, расположенной снаружи ряда, со стороны фланца, больше, чем диаметр делительной окружности любого другого ряда. При этом под рядом, расположенным снаружи, со стороны фланца, понимается ближайший к фланцу кронштейна оси ряд, на котором закрепляются обод и шина. Таким образом, под рядом, расположенным снаружи, со стороны фланца, понимается ряд, расположенный, глядя со стороны автомобиля, снаружи. Этот вариант осуществления выбирается, если точка пересечения средней плоскости колеса с опорной поверхностью колеса расположена относительно середины подшипника со стороны автомобиля снаружи. Возможно также, что точка пересечения средней плоскости колеса с опорной поверхностью колеса расположена относительно середины подшипника со стороны автомобиля - внутри - в последующем обозначается так же, как со стороны опоры. В этом случае предпочтительно диаметр делительной окружности ряда, расположенного снаружи, со стороны опоры, стал бы выбираться большим, чем каждый диаметр делительной окружности любого другого ряда.
Сумма диаметров делительной окружности двух соседних друг с другом рядов, расположенных со стороны фланца, предпочтительно является большей, чем сумма диаметров делительной окружности двух соседних друг с другом рядов, расположенных со стороны опоры. И также наоборот, сумма диаметров делительной окружности двух соседних друг с другом рядов, расположенных со стороны опоры, может быть больше, чем сумма диаметров делительной окружности двух соседних друг с другом рядов, расположенных со стороны фланца.
Эти варианты осуществления изобретения ориентированы на соответствие того, что смещена ли линия приложения силы, действующей на опорную поверхность колеса и передаваемой колесом на подшипник качения, от середины подшипника - со стороны автомобиля наружу или со стороны автомобиля вовнутрь.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления наружное кольцо имеет предварительно установленный наружный диаметр со стороны фланца и отличающийся от него наружный диаметр со стороны опоры. Это значит, что диаметр наружного кольца также варьируется вдоль длины подшипника качения. Посредством этого варианта осуществления может быть достигнуто то, что при разновеликих диаметрах делительной окружности может быть сохранена определенная толщина стенки наружного кольца.
В соответствии с другим вариантом осуществления тела качения выбраны из группы тел качения, содержащей шарики, цилиндрические ролики, конические ролики и подобные им. При этом возможно, что во всех рядах подшипника размещены тела качения одинакового вида, например шарики. Также возможно даже, что разные ряды подшипника качения оснащены телами качения разных видов, например, один ряд оснащен шариками, а другой ряд - цилиндрическими роликами. Таким образом, может быть идеальным образом учтено соотношение усилий, воздействующих на подшипник качения.
В соответствии с другим вариантом диаметры тел качения, по меньшей мере, двух рядов являются различными. Так, например, ряды, имеющие больший диаметр делительной окружности, также могут быть оснащены телами качения с большим диаметром. Наоборот, также могли бы быть выбраны с одинаковым диаметром тела качения всех рядов, вследствие чего затем в рядах с большим диаметром можно было бы разместить большее число тел качения.
Преимущественно тела качения с большим диаметром предусматриваются соответственно в рядах, расположенных снаружи, со стороны фланца крепления к ступице колеса или со стороны кронштейна оси.
Согласно другому варианту осуществления изобретения все ряды имеют одинаковые углы контакта. Это означает, что беговые дорожки на наружном и внутреннем кольцах расположены так, что передача усилия всеми рядами производится, по существу, под одинаковым углом относительно оси вращения подшипника.
Также могут быть выбраны различающимися даже углы контакта, по меньшей мере, двух рядов. Также посредством выбора этих углов контакта, подшипник ступицы колеса может быть адаптирован к соответствующим требованиям, то есть соответствующим воспринимаемым усилиям или их направлениям. Углы контакта наружных рядов предпочтительно больше, чем углы контакта внутренних рядов.
Также все ряды могут иметь одинаковые углы скоса, здесь также возможно даже, что углы скоса, по меньшей мере, двух рядов являются различными.
В соответствии с другим вариантом осуществления, по меньшей мере, одно кольцо подшипника выполнено состоящим из двух частей. При этом преимущественно речь идет о внутреннем кольце подшипника, одна часть которого несет беговые дорожки для двух рядов тел качения, а вторая часть - обычные беговые дорожки для оставшихся рядов.
При этом соответствующие половины кольца подшипника могут быть скреплены друг с другом посредством буртика отбортовки.
Согласно другому предпочтительному варианту подшипник качения имеет приспособление для регистрации частоты вращения колеса. При этом речь может идти, например, о магнитном диске, выдающем вследствие вращения переменный сигнал на датчик.
Нижеследующее изобретение относится далее и к подшипниковому узлу ступицы колеса с подшипником качения вышеописанного вида.
Другие преимущества и формы исполнения выявляются из приложенных чертежей, на которых показывают:
фиг.1 - схематичное изображение для наглядного пояснения проблемы, лежащей в основе изобретения;
фиг.2 - соответствующий изобретению подшипник качения согласно первому варианту осуществления;
фиг.3 - соответствующий изобретению подшипник качения согласно второму варианту осуществления;
фиг.4 - соответствующий изобретению подшипник качения согласно третьему варианту осуществления;
фиг.5 - соответствующий изобретению подшипник качения согласно четвертому варианту осуществления;
фиг.6 - соответствующий изобретению подшипник качения согласно пятому варианту осуществления;
фиг.7 - соответствующий изобретению подшипник качения согласно шестому варианту осуществления;
фиг.8 - соответствующий изобретению подшипник качения согласно седьмому варианту осуществления и
фиг.9 - частичная проработка соответствующего изобретению подшипника для наглядного пояснения геометрических характеристик.
Фиг.1 показывает схематичное изображение для наглядного пояснения проблемы, лежащей в основе изобретения. При этом подшипник 1 ступицы колеса изображен не во всех подробностях. Этот подшипник ступицы колеса имеет середину М подшипника. В верхней части I фигуры размещенная на ободе 8 шина 7 сдвинута в правую сторону относительно середины М подшипника, что обозначено линией R. Таким образом, шина в верхней части I чертежа смещена от середины М подшипника в направлении кронштейна 6 оси колеса. Поэтому и точка пересечения средней плоскости колеса с опорной поверхностью колеса лежит относительно середины М подшипника со стороны автомобиля внутри.
Это приводит к тому, что усилия, действующие на колесо или шину 7, передаются на подшипник не центрально, а смещаются к тому же в сторону. Таким образом, подшипник на той стороне, которая расположена повернутой к кронштейну 6 оси колеса, нагружается сильнее, чем на другой стороне. В нижней части II чертежа точка пересечения средней плоскости колеса с опорной поверхностью колеса лежит относительно середины М подшипника со стороны автомобиля снаружи, что наглядно показано линией L приложения усилия. В этом случае сильнее нагружается та сторона подшипника, которая расположена относительно середины М подшипника со стороны автомобиля снаружи. Позиция 10 относится к тормозному диску.
Фиг.2 показывает соответствующий изобретению подшипник качения согласно первому варианту осуществления. Этот подшипник качения имеет наружное кольцо 2 подшипника и внутреннее кольцо 3 подшипника. Внутреннее кольцо 3 подшипника согласно варианту, показанному на фиг.1, выполнено состоящим из двух частей и имеет две половины 3а и 3b внутреннего кольца.
Подшипник качения, показанный на фиг.2, имеет четыре ряда 11, 12, 13, 14, в которых расположены соответственно тела 5 качения. При этом тела 5 качения расположены соответственно кольцами и движутся в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.
Отдельные тела 5 качения могут двигаться в сепараторах подшипника (детально не показано).
Позиция 15 относится к уплотнительному устройству для уплотнения подшипника качения 1.
Как показано на фиг.2, отдельные ряды 11, 12, 13 и 14 имеют различные диаметры делительной окружности, которые, как упоминалось вначале, складываются из расстояния от центра тела качения одного тела качения до противолежащего тела качения и там снова до центра тела качения.
Согласно представленному на фиг.2 варианту, ряд 11 имеет наибольший диаметр Tk1 делительной окружности, а ряд 13 - наименьший диаметр Tk3 делительной окружности. Таким образом, в любом случае ряды 11 и 12, расположенные со стороны автомобиля снаружи, имеют в сумме больший диаметр делительной окружности, чем ряды 13 и 14, расположенные со стороны автомобиля внутри или со стороны кронштейна оси, и поэтому подшипник качения, показанный на фиг.1, приспособлен, в частности, для тех ситуаций, в которых точка пересечения средней плоскости колеса с опорной поверхностью колеса лежит относительно середины подшипника со стороны автомобиля снаружи или со стороны фланца крепления к ступице колеса.
Фиг.3 показывает соответствующий изобретению подшипник качения согласно второму варианту. В противоположность варианту, показанному на фиг.1, в этом варианте на наружном кольце 2 подшипника размещен фланец 17. Этот фланец может быть соединен с кронштейном оси колеса или с колесом. Тела 5 качения отдельных рядов 11, 12, 13 и 14 имеют соответственно различные диаметры, причем в этом варианте диаметры тел качения рядов 11 и 14, расположенных соответственно снаружи, выбраны большими, чем диаметры тел качения рядов 12 и 13, расположенных соответственно внутри.
Также было бы возможным даже, чтобы отдельные тела 5 качения всех рядов имели, по существу, одинаковый диаметр.
Посредством расположения соответствующих рядов с различными диаметрами делительной окружности противодействуют, как сказано выше, нецентральному нагружению и повышают как устойчивость на опрокидывание, так и несущую способность подшипника.
Фиг.4 показывает следующий вариант соответствующего изобретению подшипника качения. В противоположность варианту, показанному на фиг.3, здесь фланец 17 расположен не на наружном кольце 2, а на основании фланца 18, имеющем возможность вращения относительно наружного кольца 2. Обе половины 3а, 3b внутреннего кольца удерживаются вместе соответственно посредством отбортованного края 21 с одной стороны и буртика 22 на основании фланца и соответственно закреплены в осевом направлении.
Таким образом, внутреннее кольцо 3 или половины 3а и 3b внутреннего кольца соединены с основанием фланца без возможности проворота. Каждая половина 3а и 3b внутреннего кольца имеет две беговые дорожки 9 для тел качения.
Исполнение внутреннего кольца 3 подшипника в виде двух половин 3а и 3b внутреннего кольца является преимущественным для монтажа, так как таким образом могут быть легко размещены также внутренние ряды 12 и 13.
Фиг.5 показывает следующий вариант выполнения подшипника качения. В противоположность варианту, показанному на фиг.4, здесь не предусмотрены две половины 3а и 3b внутреннего кольца подшипника, а только одна половина 3b внутреннего кольца. Беговые дорожки 9 для тел качения рядов 11, 12 расположены в этом случае непосредственно на основании 18 фланца (выполнено заедино с фланцем 17). Очевидно, что в варианте, показанном на фиг.4 и 5, хотя диаметры тел качения в рядах 12 и 13 равновелики, но диаметр делительной окружности ряда 11 незначительно больше, чем диаметр делительной окружности ряда 14. Здесь половина 3b внутреннего кольца скреплена с основанием 18 фланца посредством отбортованного края 21.
Фиг.6 показывает следующий вариант соответствующего изобретению подшипника качения. Здесь также предусмотрен отбортованный край 21, прижимающий обе половины 3а и 3b внутреннего кольца к буртику 22 основания 18 фланца. В противоположность вариантам, показанным на предыдущих чертежах, здесь также предусмотрены два фланца 17 и 24, причем фланец 24 размещен на наружном кольце 2 подшипника. Также очевидно, что диаметр наружного кольца 2 подшипника в направлении фланца 17 больше, чем диаметр в направлении (не показанного) кронштейна оси колеса, следовательно, на фиг.6 - справа.
Фиг.7 показывает следующий вариант соответствующего изобретению подшипника качения. Этот вариант подобен варианту, представленному на фиг.5, причем также здесь второй фланец 24 расположен на наружном кольце 2 подшипника.
Фиг.8 показывает следующий вариант соответствующего изобретению подшипника. Вариант, показанный на фиг.8, и изображение для наглядного пояснения геометрических характеристик, показанное на фиг.9, описываются вместе. На фиг.9 обозначает позиция В - габаритную ширину подшипника, а позиция D - высоту подшипника, то есть расстояние между поверхностью внутреннего кольца 3 подшипника, радиально повернутой вовнутрь, и поверхностью наружного кольца 2 подшипника, радиально повернутой наружу, без учета фланца 24. Позиция F обозначает наружный диаметр наружного кольца со стороны фланца крепления к ступице колеса, а позиция Е - наружный диаметр подшипника качения со стороны автомобиля внутри или со стороны кронштейна оси.
Позиция А обозначает внутренний посадочный диаметр подшипника качения. Позиции Dw обозначают отдельные диаметры соответствующих тел качения, так, например, позиция Dw1 - диаметр тела качения 5 в ряду 11. Позиции Tk1 - Tk4 обозначают отдельные диаметры делительной окружности соответствующих рядов. Позиции Db1 - Db4 обозначают соответствующий диаметр буртика отдельных рядов.
Позициями D11 - D14, причем показан только диаметр D11, обозначаются соответствующие внутренние диаметры беговых дорожек, а измеряется он от того сегмента беговой дорожки 31, который лежит радиально внутри. Позиция n обозначает ширину срединного буртика между рядами 12 и 13.
Позиция m обозначает ширину полки внутреннего кольца или половины 3b внутреннего кольца на стороне, повернутой к внутренней стороне автомобиля. Позиции α1-α4 обозначают соответственно углы контакта внутренних беговых дорожек 31-34; позиции β1-β4 обозначают соответственно углы скоса внутренних беговых дорожек 31-34.
Так как подшипник качения, показанный на фиг.8 и 9, предназначен для случая, при котором усилие прикладывается к подшипнику ступицы колеса снаружи относительно середины подшипника качения, то есть со стороны фланца крепления к ступице колеса, то в этом случае имеют место геометрические условия, описанные далее. Сумма диаметров Tk1 и Tk2 делительной окружности предпочтительно больше, чем сумма диаметров Tk3 и Tk4 делительной окружности. Наряду с этим и наружный диаметр F со стороны фланца крепления к ступице колеса больше, чем наружный диаметр Е со стороны кронштейна оси. При обращенной форме исполнения сумма диаметров Tk3 и Tk4 делительной окружности была бы больше, чем сумма диаметров Tk1 и Tk2 делительной окружности, а наружный диаметр Е наружного кольца со стороны кронштейна оси колеса также был бы больше, чем наружный диаметр F со стороны фланца крепления к ступице колеса.
Габаритная ширина В подшипника в варианте, показанном на фиг.9, больше чем сумма всех диаметров тел качения, сложенная с шириной полки m внутреннего кольца и с шириной n срединного буртика. Наряду с этим габаритная ширина подшипника в варианте, показанном на фиг.9, больше 35 мм.
Соответственно лежащие снаружи ряды имеют большие диаметры делительной окружности. Это означает, что диаметр делительной окружности ряда 11 больше, чем диаметр делительной окружности ряда 12, а диаметр делительной окружности ряда 14 больше, чем диаметр делительной окружности ряда 13.
В варианте, показанном на фиг.9, наружный диаметр Е наружного кольца со стороны автомобиля снаружи больше, чем сумма диаметра Tk4 делительной окружности и диаметра Dw4 тела качения в ряду 14. Предпочтительно наружный диаметр Е со стороны кронштейна оси колеса больше, по меньшей мере, на 6 мм, чем названная сумма.
Предпочтительно диаметр Tk3 делительной окружности за вычетом диаметра Dw3 тела качения больше, по меньшей мере, на 3,5 мм, чем внутренний посадочный диаметр А. Наружный диаметр F со стороны фланца крепления к ступице колеса больше, чем диаметр Tk1 делительной окружности ряда 11 с добавлением диаметра Dw1 тела качения. Наружный диаметр со стороны автомобиля предпочтительно больше, по меньшей мере, на 6 мм, чем вышеназванная сумма.
Далее, в варианте, показанном на фиг.9, соответствующие углы β1 и β4 скоса беговых дорожек рядов 11 и 14 больше, чем углы β2, β3 скоса внутренних беговых дорожек рядов 12 и 13 или равны им. При этом углы определяются относительно продольной оси подшипника. Это означает, что углы контакта наружных рядов, то есть углы, под которыми усилия от наружного кольца передаются на внутреннее кольцо, у наружных рядов больше, чем углы контакта внутренних рядов. Также было бы возможным даже, чтобы углы контакта всех рядов были выбраны равными.
Все раскрытые в материалах заявки признаки заявляются как существенные, поскольку они по отдельности или в комбинации являются новыми по отношению к уровню техники.
Перечень позиций
1
Подшипник ступицы колеса
2
Наружное кольцо подшипника
3
Внутреннее кольцо подшипника
3а, 3b
Половины внутреннего кольца
5
Тело качения
6
Кронштейн оси колеса
7
Шина
8
Обод
9
Беговая дорожка
10
Тормозной диск
11, 12, 13, 14
Ряды
15
Уплотнительное устройство
17
Фланец крепления к ступице колеса
18
Основание фланца
21
Отбортованный край
22
Буртик
24
Фланец крепления к кронштейну оси колеса
31
Сегмент беговой дорожки, лежащий радиально внутри
А
Внутренний посадочный диаметр
В
Габаритная ширина подшипника
D
Высота подшипника
Е
Наружный диаметр со стороны автомобиля внутри или со стороны кронштейна оси колеса
F
Наружный диаметр со стороны фланца крепления к ступице колеса
М
Середина подшипника
n
Ширина срединного буртика
m
Ширина полки внутреннего кольца
R, L
Линии приложения усилия
Db1-Db4
Диаметр буртика отдельных рядов
DI1-DI4
Внутренний диаметр беговой дорожки
Dw1-Dw4
Диаметр соответствующего тела качения
Tk1-Tk4
Диаметр делительной окружности
I, II
Часть изображения (фиг.1)
α1, α2, α3, α4
Угол контакта
β1, β2, β3, β4
Угол скоса