УПЛОТНЕНИЕ ПОДШИПНИКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
BEARING SEAL OF RAILWAY WAGON

Предпосылки к созданию изобретения
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к подшипникам, предназначенным для установки на шейке вала (на цапфе на конце оси), а более конкретно к усовершенствованным средствам уплотнения подшипниковых узлов для использования в железнодорожном грузовом вагоне.
Известны роликоподшипниковые узлы, каждый из которых содержат два ряда конических роликоподшипников (роликоподшипников с коническими роликами), предварительно собранных и образующих автономный, предварительно смазанный узел, предназначенный для установки на цапфе на конце оси или вала. Такие подшипниковые узлы используют как подшипниковые узлы для железнодорожного вагона, установленные на цапфах на концах осей. В подшипниковых узлах этого типа типично используют два ряда конических роликоподшипников, установленных на каждом конце общего наружного кольца подшипника, причем их соответствующие внутренние кольца подшипника имеют внутренний диаметр, выбранный таким образом, что обеспечивается посадка с натягом на шейке оси, при этом цилиндрическая втулка или распорная гильза, установленная между внутренними кольцами подшипника, обеспечивает точную расстановку и надлежащий боковой зазор на цапфе (шейке оси). Уплотняющие прокладки, установленные на каждом конце наружного кольца подшипника, обеспечивают плотный контакт с износостойкими кольцами, которые опираются на внешние концы или заднюю поверхность соответствующих внутренних колец подшипника на каждом конце узла. Такие уплотняющие прокладки описаны в патентах США Nos. 5,975,533, 7,607,836 и 7,534,047.
При типичной установке в железнодорожном вагоне, на внутреннем (бортовом) конце шейки оси при помощи механической обработки образуют галтель. Опорное кольцо, имеющее поверхность, комплементарную к контуру галтели, и опорную поверхность для входа в зацепление с внутренним концом внутреннего износостойкого кольца, точно устанавливает подшипниковый узел на цапфе. Торцевая крышка подшипника, установленная на конце оси при помощи болтов, ввинченных в отверстия на конце оси, входит в зацепление с внешним (забортным) износостойким кольцом и зажимает весь узел на конце оси. Износостойкие кольца типично имеют внутренний диаметр, выбранный таким образом, что обеспечивается посадка с натягом на цапфу, по меньшей мере на участке их длины, так что весь узел напрессовывается в виде единого блока на конец участка цапфы на оси.
Сущность изобретения
Подшипниковый узел в соответствии с настоящим изобретением содержит роликоподшипник, который имеет внутреннее кольцо подшипника, выполненное в виде конуса и надетое на участок цапфы оси или вала, и внешнее кольцо подшипника. Внутреннее кольцо подшипника имеет обращенную наружу дорожку качения. Внешнее кольцо подшипника имеет обращенную внутрь дорожку качения. Роликовые элементы расположены между внутренней и внешней дорожками качения и входят в контакт с ними.
Опорное кольцо имеет фасонную поверхность, комплементарную к фасонной поверхности галтели, образованной на валу, и входящую с ней в зацепление. Галтель идет от цапфы до заплечика вала. Фасонные поверхности взаимодействуют таким образом, чтобы предотвращать осевое движение опорного кольца вдоль вала.
Подшипниковый узел содержит уплотнительный узел, который создает барьер, так чтобы смазочный материал удерживался внутри уплотнительного узла, а загрязняющие вещества удерживались снаружи от него. Уплотнительный узел содержит статор, расположенный рядом с самой секцией уплотнения, и ротор, прикрепленный к износостойкому кольцу. Предусмотрено маслобойное кольцо, которое взаимодействует с ротором и статором для создания улучшенного уплотнения. Взаимосвязанные соотношения между секцией уплотнения, статором, ротором и маслобойным кольцом выбраны так, чтобы удерживать смазочный материал внутри уплотнительного узла и удерживать загрязняющие вещества снаружи от него.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан разрез шейки вала, имеющей установленный на ней узел конического роликоподшипника в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 детально показано частичное поперечное сечение уплотнительного узла конического роликоподшипника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 детально показано частичное поперечное сечение уплотнительного узла конического роликоподшипника в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 детально показано частичное поперечное сечение уплотнительного узла конического роликоподшипника в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой показан подшипниковый узел, обозначенный в общем виде позицией 10, установленный на цапфе 12 свободного, консольного конца вала или оси 14, а типично оси железнодорожного вагона. Цапфа 12 подвергнута механической обработке с очень жесткими допусками и заканчивается на ее внутреннем конце фасонной галтелью 22, переходящей в цилиндрический заплечик 18 оси 14. На переднем конце оси, участок цапфы 12 заканчивается слегка коническим направляющим участком 24, позволяющим облегчить установку подшипникового узла на цапфу. Множество резьбовых отверстий 26 образованы в конце оси 14, в которые могут быть ввинчены винты или болты 28 для установки удерживающей крышки 30 подшипника на конце вала, позволяющей зажать подшипник в заданном положении, как это описано далее более подробно.
Подшипниковый узел 10 предварительно собирают до его установки и зажима на цапфе 12 при помощи крышки 30 удержания подшипника и болтов 28. Подшипниковый узел содержит одинарное наружное кольцо 32 подшипника, имеющее пару обращенных внутрь дорожек 34, 36 качения, образованных рядом с соответствующими концами кольца 32 подшипника, которые взаимодействуют с парой внутренних колец 38, 40 подшипника, имеющих обращенные наружу соответствующие дорожки качения, чтобы поддерживать два ряда конических роликов 42, 44 между ними. Центральная распорная втулка 46 расположена между внутренними кольцами 38, 40 подшипника для того, чтобы внутренние кольца подшипника имели точный промежуток друг от друга, позволяющий получить надлежащий боковой зазор подшипника.
Наружное кольцо 32 подшипника имеет цилиндрические расточки 17, 19 на его противоположных концах, снаружи от обращенных внутрь дорожек 34, 36 качения, и пару секций 52, 58 уплотнения, запрессованных соответственно в цилиндрические расточки 17, 19 в кольце 32. Каждая секция 52, 58 уплотнения может иметь упругие уплотняющие элементы 57, которые с трением прилегают к поверхностям 37, 61 и образуют уплотнение относительно поверхностей 37, 61 пары уплотняющих износостойких колец 60, 62, направленные внутрь концы которых входят в зацепление с направленными наружу концами соответствующих внутренних колец 38, 40 подшипника. Секция 58 уплотнения аналогична секции 52 уплотнения, поэтому она не будет описана подробно. Другой конец износостойкого кольца 60 введен в цилиндрическую расточку 64 в обращенном наружу по оси конце кольцевого опорного кольца 66, которое, в свою очередь, имеет расточку 68 на своем другом конце, размеры которой позволяют ввести в нее при посадке с натягом и при ходовой посадке цилиндрический заплечик 18 оси 14. Диаметр расточки 64 и внешний диаметр износостойкого кольца 60 выбраны так, чтобы обеспечивать посадку с натягом, так чтобы износостойкое кольцо 60 было запрессовано в опорное кольцо 66, которое подвергнуто точной механической обработке, чтобы создать фасонную внутреннюю поверхность 70, комплементарную к контуру галтели 22 и входящую в зацепление с ней, когда подшипник установлен на оси. Обращенный наружу конец износостойкого кольца 62 упирается в стенку расточки 31, удерживающей крышки 30 подшипника.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.2, на которой детально показан участок уплотнительного узла подшипникового узла 10. Можно видеть, что секция 52 уплотнения представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую первую концевую секцию 48 большего диаметра, запрессованную или плотно вставленную в комплементарную расточку 17 в наружном кольце 32 подшипника. Секция 52 уплотнения также содержит промежуточную секцию 27, перпендикулярную к первой концевой секции 48, и главную промежуточную цилиндрическую секцию 53, идущую параллельно концевой секции 48, причем главная промежуточная цилиндрическая секция 53 имеет меньший диаметр, чем концевая секция 48.
Вторая концевая секция 55 секции 52 уплотнения отходит от главной промежуточной секции 53 под углом 90° к ней. Упругий уплотняющий элемент 58 установлен на второй концевой секции 55. Упругий уплотняющий элемент 58 изготовлен из каучука или эластомера, такого как нитриловая резиновая смесь. Упругий уплотняющий элемент 58 содержит главную секцию с отверстием для приема второго конца 55 секции уплотнения 52. Упругий уплотняющий элемент 58 также содержит базовые ребра 69.
Статор 47 представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 29 и радиально наружную секцию 49. Внешняя поверхность радиально наружной секции 49 прикреплена при помощи сварки, склеивания, образования насечек, посадки с натягом, или при помощи любого другого подходящего способа к внутренней поверхности 53 цилиндрической секции 52 уплотнения (уплотнительного узла). Статор 47 также содержит промежуточную секцию 51, которая идет от базовой секции 29 параллельно радиально наружной секции 49. Радиально внутренняя секция 88 статора 47 идет под углом 90° от базовой секции 29. Статор 47 обычно представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Можно видеть, что ротор 81 представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 86 и радиально наружную секцию 82, идущую от нее в основном под углом 90° к ней. Радиально промежуточная секция 83 идет от базовой секции 86 в основном под углом 90° к ней. Радиально внутренняя секция 84 ротора 81 идет от базовой секции 86 в основном под углом 90° к ней. Радиально внутренняя секция 84 ротора 81 имеет радиально внутреннюю поверхность 95, которая прилегает к радиально внешней поверхности 56 секции 65 маслобойного кольца. Ротор 81 обычно представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Секция 65 маслобойного кольца представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 57, промежуточную секцию 59, которая идет от базовой секции 57 под углом 90° к ней, и концевую секцию 61, которая идет от промежуточной секции 59 под углом 90° к ней. Секция 65 маслобойного кольца представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Можно видеть, что базовая секция 57 секции 65 маслобойного кольца имеет конец 67, который доходит до боковой стенки 94 внутреннего кольца 38 подшипника или находится в непосредственной близости от нее. Можно видеть, что радиально внутренняя секция 84 ротора 81 прилегает к внешней поверхности 56 секции 65 маслобойного кольца. Можно также видеть, что радиально внутренняя секция 84 ротора 81 имеет выступающую головку 87, которая входит в комплементарное отверстие на внешней поверхности 56 секции 65 маслобойного кольца. Таким образом, в основном цилиндрическая секция 65 маслобойного кольца при сборке может быть введена с защелкиванием в подшипниковый узел 10. Можно видеть, что внутренняя поверхность 79 секции 65 маслобойного кольца прилегает к внешней поверхности 37 износостойкого кольца 60.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.3, на которой показан второй вариант уплотнительного узла роликоподшипника (подшипникового узла) в соответствии с настоящим изобретением, обозначенного в общем виде позицией 110.
Можно видеть, что секция 152 уплотнения представляет собой в основном кольцевую (цилиндрическую) деталь, имеющую первую концевую секцию 148 большего диаметра, запрессованную или плотно вставленную в комплементарную расточку 117 в наружном кольце 132 подшипника. Секция 152 уплотнения содержит промежуточную секцию (127), идущую перпендикулярно к первой концевой секции 148, и главную промежуточную цилиндрическую секцию 153, идущую параллельно концевой секции 148, причем главная промежуточная цилиндрическая секция 153 имеет меньший диаметр, чем концевая секция 148. Вторая концевая секция 155 секции 152 уплотнения отходит от главной промежуточной секции 153 под углом 90° к ней.
Статор 147 представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 129 и радиально наружную секцию 149. Внешняя поверхность радиально наружной секции 149 прикреплена при помощи сварки, склеивания, образования насечек, посадки с натягом, или при помощи любого другого подходящего способа к внутренней поверхности главной цилиндрической секции 153 уплотнительного узла 152. Статор 147 также содержит промежуточную секцию 151, которая идет от базовой секции 129 параллельно радиально наружной секции 149. Радиально внутренняя секция 188 статора 147 идет под углом 90° от базовой секции 129. Статор 147 обычно представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Можно видеть, что ротор 181 представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 186 и радиально наружную секцию 182, идущую от нее в основном под углом 90° к ней. Радиально промежуточная секция 183 идет от базовой секции 186 в основном под углом 90° к ней. Радиально внутренняя секция 184 ротора 181 идет от базовой секции 186 в основном под углом 90° к ней. Радиально внутренняя секция 184 ротора 181 имеет внешнюю поверхность 195, которая прилегает к радиально внешней поверхности 137 износостойкого кольца 160. Ротор 81 обычно представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Секция 165 маслобойного кольца представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 157, промежуточную секцию 159, которая идет от базовой секции 157 под углом 90° к ней, и концевую секцию 161, которая идет от промежуточной секции 159 под углом 90° к ней. Секция 165 маслобойного кольца представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Можно видеть, что базовая секция 157 секции 165 маслобойного кольца имеет конец 167, который доходит до внутренней боковой стенки 185 ротора 181 или находится в непосредственной близости от нее. Можно видеть, что радиально внутренняя секция 184 ротора 181 прилегает к внешней поверхности 155 секции 165 маслобойного кольца. Можно также видеть, что конец 167 секции 165 маслобойного кольца имеет выступающую головку 187, которая входит в комплементарное отверстие на внутренней поверхности 158 радиально внутренней секция 184 ротора 181. Таким образом, в основном цилиндрическая секция 165 маслобойного кольца при сборке может быть введена с защелкиванием в подшипниковый узел 110.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.4, на которой показан третий вариант уплотнительного узла роликоподшипника (подшипникового узла) в соответствии с настоящим изобретением, обозначенного в общем виде позицией 210.
Можно видеть, что секция 252 уплотнения представляет собой в основном кольцевую (цилиндрическую) деталь, имеющую первую концевую секцию 248 большего диаметра, запрессованную или плотно вставленную в комплементарную расточку 217 в наружном кольце 232 подшипника. Секция 252 уплотнения содержит промежуточную секцию 227, идущую перпендикулярно к первой концевой секции 248, и главную промежуточную цилиндрическую секцию 253, идущую параллельно концевой секции 248, причем главная промежуточная цилиндрическая секция 253 имеет меньший диаметр, чем концевая секция 248. Вторая концевая секция 255 секции 252 уплотнения отходит от главной промежуточной секции 253 под углом 90° к ней.
Статор 247 представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 229 и радиально наружную секцию 249. Внешняя поверхность участка 249А радиально наружной секции 249 прикреплена при помощи сварки, склеивания, образования насечек, посадки с натягом, или при помощи любого другого подходящего способа к внутренней поверхности главной цилиндрической секции 253 уплотнительного узла 252. Статор 247 также содержит промежуточную секцию 251, которая идет от базовой секции 229 параллельно радиально наружной секции 249. Радиально внутренняя секция 288 статора 247 идет под углом 90° от базовой секции 229. Статор 247 обычно представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Можно видеть, что ротор 281 представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 286 и радиально наружную секцию 282, идущую от нее в основном под углом 90° к ней. Радиально промежуточная секция 283 идет от базовой секции 286 в основном под углом 90° к ней. Радиально внутренняя секция 284 ротора 281 идет от базовой секции 286 в основном под углом 90° к ней. Радиально внутренняя секция 284 ротора 281 имеет радиально внутреннюю поверхность 295, которая прилегает к радиально внешней поверхности 255 секции 265 маслобойного кольца.
Секция 265 маслобойного кольца представляет собой в основном цилиндрическую деталь, имеющую базовую секцию 257, промежуточную секцию 259, которая идет от базовой секции 257 под углом 90° к ней, и концевую секцию 261, которая идет от промежуточной секции 259 под углом 90° к ней. Секция 265 маслобойного кольца представляет собой единую конструкцию из конструкционной стали или пластмассы.
Можно видеть, что базовая секция 257 секции 265 маслобойного кольца имеет конец 267, который доходит до внутренней боковой стенки 294 внутреннего кольца 238 подшипника или находится в непосредственной близости от нее. Можно видеть, что радиально внутренняя секция 284 ротора 281 прилегает к внешней поверхности 255 секции 265 маслобойного кольца. Можно также видеть, что радиально внутренняя секция 284 ротора 281 имеет выступающую головку 287, которая входит в комплементарное удлиненное отверстие 297 на внешней поверхности 255 секции 265 маслобойного кольца. Таким образом, в основном цилиндрическая секция 265 маслобойного кольца при сборке может быть введена с защелкиванием в подшипниковый узел 210. Можно видеть, что внутренняя поверхность 279 секции 265 маслобойного кольца может прилегать к внешней поверхности 237 износостойкого кольца 260. Удлиненное отверстие 297 позволяет секции 265 маслобойного кольца и ротору 281 скользить друг относительно друга в соответствии с вариациями бокового зазора как в новых, так и в восстановленных подшипниках. На секции 265 маслобойного кольца может быть предусмотрен кольцевой выступ 286. Кольцевой выступ 286 не позволяет маслобойному кольцу 265 контактировать с секцией 252 уплотнения по площади, а позволяет иметь только линейный контакт. Он также смещает надлежащим образом маслобойное кольцо 265 от секции 252 уплотнения.