ШАРИКОВАЯ ВТУЛКА
BALL SLEEVE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции шариковых втулок, направляющих качения.
Известно устройство «шариковая втулка» (Патент РФ №1809880, опубликовано 15.04.1993, МПК F16C 29/06), содержащее сборную конструкцию, в жестком корпусе которой имеется сепаратор с телами качения, устанавливаемую на направляющий вал.
Однако общим недостатком известных устройств является их недостаточная нагрузочная способность, являющаяся следствием неравномерного нагружения тел 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.
Известно также частично кольцевая линейная шариковая втулка, 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, содержащие корневую часть и язычковую, упругоприлегающую к валу, отличающаяся тем, что она снабжена средством фиксации от проворота кольцевых уплотнительных элементов. (Патент РФ №1780567, опубликовано 07.12.1992, МПК F16C 29/06)
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечить равномерное прилегание кольцевых уплотнений к валу при нарушении соосности вала и оси приводного отверстия.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является шариковая направляющая (Патент РФ №2035635, опубликовано 20.05.1995, МПК F16C 29/06), содержащая втулку С-образного профиля с продольным проемом, на внутренней поверхности которой выполнены продольные выступы, сепаратор аналогичной формы, установленный в расточке втулки и имеющий циркуляционные каналы, заполненные шариками.
Недостатками данного устройства являются жесткая конструкция корпуса втулки, в результате чего создается постоянный зазор в сопряжении с направляющим валом, в пределах которого только наибольшие по диаметру шарики имеют возможность контактировать с валом и воспринимать рабочую нагрузку, а между остальными шариками и втулкой контакт не возникает, и сохраняются зазоры. Этот фактор оказывает решающее влияние на срок службы шариковой втулки и снижает нагрузочную способность данного механизма.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении нагрузочной способности шариковых втулок направляющих качения.
Поставленная задача решается тем, что в шариковой направляющей, имеющей жесткий корпус, на внутренней поверхности которого установлена промежуточная втулка, сепаратор, установленный в расточке втулки и имеющий циркуляционные каналы, заполненные шариками, между жестким корпусом и шариками установлена тонкостенная промежуточная втулка из упругого материала, образующая в сопряжении с корпусом кольцеобразную полость, заполненную гидропластмассой. Посредством воздействия гидропластмассы внешняя нагрузка равномерно распределяется между шариками.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на Фиг. 1 - конструкция шариковой втулки, на Фиг. 2 - характер контактирования тел качения под действием рабочей нагрузки, где:
1 - корпус шариковой втулки;
2 - упругодеформируемая тонкостенная промежуточная втулка;
3 - сепаратор;
4 - гидропластмасса;
5 - регулировочный винт;
6 - шарики;
7 - направляющий вал;
8 - пробка заливочной горловины;
9 - циркуляционные каналы.
Шариковая втулка содержит корпус шариковой втулки 1 в который запрессована упругодеформируемая тонкостенная промежуточная втулка 2, выполненная с возможностью упругой деформации под действием гидропластмассы 4 (см. фиг. 2) на участке контакта каждого шарика на величину, соответствующую отклонению его размера, обеспечивая равномерное распределение нагрузки между всеми шариками 6, находящимися в контакте. Фиксацию шариков 6 обеспечивает кольцо-сепаратор 3. Шариковая втулка устанавливается на направляющий вал 7, винтом 5 достигается оптимальное начальное давление гидропластмассы 4, обеспечивающее устранение начальных зазоров между шариками 6 и циркуляционными каналами 9.
Корпус шариковой втулки 1 может быть изготовлен из любой конструкционной стали (например, сталь 45), в качестве материала промежуточной втулки 2 может быть использована сталь 65Г, материал сепаратора 3 - латунь (например, ЛС60-1), гидропластмасса (например, МАТИ-1-4), шарики 6 из подшипниковой стали (например, ШХ15).
Устройство работает следующим образом. При первоначальной затяжке регулировочного винта 5, установленного в отверстии корпуса 1, в гидропластмассе 4, заливаемой через заливочную горловину, закрываемую пробкой 8, создается давление, вызывающее упругую деформацию тонкостенной промежуточной втулки 2, которая передается на шарики 6 и вызывает их смещение в направлении вала 7 на величину, зависящую от первоначального зазора между каждым шариком 6 и направляющим валом 7. Таким образом, все шарики 6, установленные в циркуляционных каналах 9 сепаратора 3, вступают в первоначальный контакт с валом 7.
При нагружении шариковой втулки рабочей нагрузкой и перемещении ее вдоль вала 7, вследствие возникновения мгновенных зазоров текущей величины, первоначально всю нагрузку воспринимает один или несколько шариков 6, имеющих наибольший диаметр. Под действием этой нагрузки шарики 6 адаптивно деформируют тонкостенную промежуточную втулку 2, создавая в гидропластмассе 4, заполняющей кольцевидную полость, избыточное давление, передающееся, по закону Паскаля, во все стороны без изменения. Под действием этого давления упругая тонкостенная промежуточная втулка 2 деформируется в тех местах, где есть мгновенный зазор с шариками 6, имеющими наименьший диаметр. Величина местной деформации промежуточной втулки 2 соответствует текущей величине мгновенного зазора между нею и каждым шариком 6. В результате этого под действием рабочей нагрузки все шарики 6 прижимаются к направляющему валу 7 с равной силой и солидарно воспринимают рабочую нагрузку.
Контроль и регулировка давления гидропластмассы 4, при затяжке регулировочного винта 5, выполняют с учетом обеспечения минимальной величины трения при движении втулки по валу 7.
Поскольку рабочая нагрузка равномерно распределяется между всеми контактирующими шариками, общая нагрузочная способность шариковой направляющей повышается, согласно расчетам, на 40%.
Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в том, что данная конструкция обеспечила повышение нагрузочной способности по сравнению с аналогами. Кроме того, без потери нагрузочной способности возможно увеличение допусков на размерность шариков и форму профиля направляющего вала за счет обеспечения свойства адаптивности шариковой втулки к условиям контакта.