МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ОПОРА КАЧЕНИЯ
MULTI-STAGE BEARING BLOCK

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к многоступенчатым опорам качения (МОК), работающим в узлах машин и механизмов.
Известна осевая МОК, содержащая последовательно расположенные внутри корпуса упорные шарикоподшипники с распорными втулками между ними и эластичные элементы, установленные между смонтированными в корпусе дополнительными распорными втулками и выполненные в виде заключенных между неподвижной и подвижной втулками эластичных колец, имеющих в сечении коническую форму с выступающими из втулок с обеих сторон кольцевыми торцами на которые опираются обоймы шарикоподшипников (1).
Такие МОК способны воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях, но из-за наличия относительно большого числа сопряженных деталей имеют недостаточную равномерность распределения нагрузок между подшипниками.
Известен ряд технических решений, направленных на увеличение долговечности МОК. Например, такое как опора вала, содержащая установленный на валу и в корпусе дуплекс подшипников, наружное кольцо одного из которых имеет возможность осевого перемещения, а также установленный между подшипниками с упором в наружные кольца упругий элемент в виде пружинной шайбы и снабжена дополнительным упругим элементом в виде пружинной шайбы, установленной между подшипниками с упором во внутренние кольца с жесткостью, отличающейся от жесткости основного упругого элемента, при этом внутреннее кольцо подшипника с жестко закрепленным наружным кольцом установлено с возможностью осевого перемещения (2). Или такое как подшипниковый узел с телами качения, содержащий соосно смонтированные в корпусе и на валу подшипники качения с наружными и внутренними кольцами и с размещенными между разноименными кольцами телами качения, а также установленные с натягом между одноименными кольцами упругие элементы, выполненные с податливыми гофрами одинаковой жесткости и с расположенными в контакте с торцами соответствующих колец жесткими хвостовиками, при этом упомянутые гофры размещены по направлению друг к другу (3). Или такая МОК, которая входит в состав аксиально-поршневой гидромашины, содержащей установленные в корпусе на подшипниковом узле, состоящем из двух конических роликоподшипников, приводной вал с фланцем, шарнирно соединенным с установленными в блоке цилиндров поршнями, дополнительную опору со стороны приводного конца вала в виде конического роликоподшипника и блок распределения осевой нагрузки с рабочей полостью, выполненный в виде втулки с двумя буртами, на один из которых опирается наружное кольцо дополнительной опоры, а рабочая полость образованная в ней, заполнена гидропластом и замкнута концентрическими кольцевыми поршнями, установленными с возможностью взаимодействия своими торцами с широким торцом конического роликоподшипника, расположенного в стакане со стороны приводного конца вала, и посредством стакана с широким торцом наружного кольца подшипника со стороны фланца вала, при этом наружное кольцо подшипника дополнительной опоры снабжено упорным буртом с образованием между ним и буртом втулки замкнутой камеры, заполненной гидропластом и сообщенной с рабочей полостью блока распределения осевой нагрузки (4).
Недостатки таких конструкций заключается в том, что первая не позволяет равномерно распределить нагрузку между подшипниками МОК, а вторая и третья сложны в изготовлении.
Наиболее близким техническим решением, направленным на увеличение долговечности МОК, принятым в качестве прототипа, является осевая многоступенчатая опора, содержащая последовательно расположенные внутри корпуса упорные двухрядные подшипники качения, эластичные кольца, расположенные по обе стороны от каждого подшипника, и ограничительные кольца, установленные между эластичными кольцами, каждое из эластичных колец закреплено на торцовой поверхности ограничительного кольца и соединено с аналогичным кольцом на противоположной торцовой поверхности ограничительного кольца посредством эластичных перемычек, расположенных в осевых пазах, предусмотренных в ограничительном кольце, а между каждыми смежными обоймами подшипников установлены сменные распорные втулки (5).
Недостатки такой МОК заключаются в следующем:
а) относительно большое количество разнообразных деталей усложняет конструкцию,
б) для каждой смежной пары подшипников необходимо подбирать сменные распорные втулки для того, чтобы обеспечить требуемое распределение нагрузки между подшипниками,
в) при восприятии осевой нагрузки в любую из двух сторон работает только один ряд тел качения из двух имеющихся в каждом подшипнике,
г) относительно большие осевые размеры.
Целью изобретения является увеличение долговечности МОК за счет обеспечения требуемого распределения нагрузки между подшипниками, например, равномерного или неравномерного пропорционального грузоподъемности подшипников, или, подчиняющегося определенному закону.
Указанная цель достигается следующим.
1. МОК, содержащая, по меньшей мере, последовательно расположенных два подшипниковых узла (ПУ), каждый из которых состоит из подшипника качения (ПК), установленного на внутреннюю и в наружную обоймы, эластичные и ограничительные кольца, отличающаяся тем, что:
1.1) эластичные и ограничительные кольца устанавливают у внутренней и наружной обойм и располагают у каждой обоймы, по меньшей мере, с одного из торцов обоймы,
1.2) эластичные и ограничительные кольца выполняют за одно целое, например, в виде пружины, или разрезного пружинного кольца, или любой другой технически выполнимой детали, совмещающей в себе упругие и эластичные свойства,
1.3) жесткость эластичных и ограничительных колец, выполняемых за одно целое, устанавливают или одинаковой, или разной для разных ПУ,
2. МОК по п.1, отличающаяся тем, что:
2.1) в разные ПУ устанавливают одинаковые по размерам и по конструкции или разные по размерам и/или по конструкции ПК.
3. МОК, содержащая, по меньшей мере, последовательно расположенных два ПУ, каждый из которых состоит из ПК, установленного на внутреннюю и в наружную обоймы, эластичные и ограничительные кольца, отличающаяся тем, что:
3.1) эластичные и ограничительные кольца выполняют за одно целое с обоймами в виде элементов обойм и располагают на каждой обойме, по меньшей мере, с одного из торцов обоймы,
3.2) внутреннюю и наружную обоймы в радиальном сечении выполняют Г-образными и/или П-образными,
3.3) внутреннюю и наружную обоймы каждого ПУ устанавливают друг относительно друга с образованием полости для ПК,
3.4) осевые размеры внутренней и наружной обойм выполняют такими, чтобы выступание или утопание их сопряженных торцов относительно друг друга в собранном ПУ не превышало 0,01 мм.
4. МОК по п.3, отличающаяся тем, что:
4.1) в разные ПУ устанавливают одинаковые по размерам и по конструкции или разные по размерам и/или по конструкции ПК.
Указанные выше отличия заявленного устройства от конструкции прототипа необходимы для достижения поставленной цели и объясняются следующим:
1.1. Эластичные и ограничительные кольца устанавливают у внутренней и наружной обойм и располагают у каждой обоймы, по меньшей мере, с одного из торцов обоймы, для того, чтобы обеспечить требуемое распределение нагрузок между ПК. Кроме того, при расположении эластичных и ограничительных колец только с одного из торцов обоймы уменьшаются осевые размеры.
1.2. и 3.1. Эластичные и ограничительные кольца выполняют за одно целое, или эластичные и ограничительные кольца выполняют за одно целое с обоймами в виде элементов обойм и располагают на каждой обойме, по меньшей мере, с одного из торцов обоймы для того, чтобы уменьшить количество деталей и осевые размеры МОК. Эластичные и ограничительные кольца выполняют, например, в виде пружины, или разрезного пружинного кольца, или любой другой технически выполнимой детали совмещающей в себе упругие и эластичные свойства. При этом конкретная форма детали не имеет значения. Важно, чтобы деталь обладала определенными упругими и эластичными свойствами. Конкретные значения величин упругости и эластичности задаются конструктором при проектировании.
1.3. Жесткость эластичных и ограничительных колец, выполняемых за одно целое, устанавливают или одинаковой, или разной для разных ПУ для того, чтобы распределить нагрузку между ПК требуемым образом, а именно - равномерно между ними, или пропорционально их грузоподъемности, или по определенному закону. При одинаковой жесткости эластичных и ограничительных колец нагрузка между ПК распределится равномерно, а при необходимости распределить нагрузку неравномерно жесткость эластичных и ограничительных колец каждого ПУ устанавливают в зависимости от технического задания на проектирование.
2.1. и 4.1. С одной стороны в разные ПУ устанавливают одинаковые по размерам и по конструкции ПК для того, чтобы как можно больше унифицировать ПУ и тем самым упростить конструкцию МОК. С другой стороны в разные ПУ устанавливают разные по размерам и/или по конструкции ПК для того, чтобы была возможность управлять осевой и радиальной жесткостью МОК. При этом возможны любые варианты как по сочетанию тех или иных конструкций ПК, так и по применению ПК конкретных размеров. Любой из возможных вариантов работает на достижение поставленной цели - увеличение долговечности МОК за счет обеспечения требуемого распределения нагрузки между подшипниками. Например, при наличии в МОК радиального и упорного ПК подбором жесткости эластичных и ограничительных колец можно распределить осевую нагрузку на упорный ПК, а радиальную на радиальный ПК. Решение о том, какие конструкции ПК и каких размеров установить в ПУ, решает конструктор в процессе проектирования МОК.
3.2. и 3.3. Внутреннюю и наружную обоймы в радиальном сечении выполняют Г-образными и/или П-образными и в каждом ПУ устанавливают друг относительно друга с образованием полости для ПК, для того, чтобы обеспечить возможность восприятия как односторонней, так и двухсторонней осевой нагрузки. А также для уменьшения осевых размеров и возможности управлять жесткостью за счет размеров внутренней и наружной обойм. При этом какую форму радиального сечения обойм применить в том или ином ПУ, решает конструктор при проектировании МОК исходя из поставленных задач. Любые варианты приемлемы, так как все они одинаково работают на достижение поставленной цели - увеличение долговечности МОК за счет обеспечения требуемого распределения нагрузки между подшипниками.
3.4. Осевые размеры внутренней и наружной обойм выполняют такими, чтобы выступание или утопание их сопряженных торцов относительно друг друга в собранном ПУ не превышало 0,01 мм для того, чтобы как можно более точно обеспечить требуемое распределение нагрузки между ПК. Чем больше выступание или утопание внутренней и наружной обойм относительно друг друга, тем больше несоответствие распределения нагрузки требуемому распределению. При величинах выступания или утопания менее 0,01 мм распределение нагрузки практически соответствует требуемой. Это объясняется тем, что эта величина сравнима с упругими деформациями, возникающими при работе под нагрузкой, в ПК от контакта тел качения с кольцами.
Все это, в конечном счете, позволяет распределить нагрузку между подшипниками требуемым образом и тем самым увеличить долговечность МОК.
На чертеже представлена двухступенчатая МОК с элементами.
МОК содержит два ПУ 1. Каждый ПУ 1 состоит из ПК 2, внутренней обоймы 3 и наружной обоймы 4. Каждая из обойм 3 и 4 выполнена Г-образной формы поперечного сечения. Эластичные кольца 5 и ограничительные кольца 6 выполнены за одно целое с каждой из обойм 3 и 4 и являются элементами этих обойм 3 и 4. При этом эластичные и ограничительные кольца 5 и 6 установлены на каждой из обойм 3 и 4 только с одного из торцов этих обойм 3 и 4. Конструкция МОК содержит разные по конструкции ПК 2.
Работа МОК заключается в передаче вращательного движения и восприятии радиальной и/или осевой нагрузок. МОК может работать только в составе узла машины или механизма после установки ее внутренними обоймами на вал и наружными обоймами в корпус механизма. После начала вращения, например, вала механизма приходят во вращательное движение внутренние обоймы и ПК. При этом через ПК передается нагрузка, воспринимаемая деталями узла механизма. Благодаря своей конструкции МОК позволяет распределить нагрузку между ПК в требуемом соотношении. Это достигается приданием определенной жесткости эластичным и ограничительным кольцам и/или обоймам и установке определенного, но не превышающего 0,01 мм выступания или утопания сопряженных торцов обойм друг относительно друга в каждом из ПУ.
Источники информации
1. А.с. СССР №191964, кл. 47b, 12. А.В.Кольченко, А.И.Титаренко и М.П.Кривов. Осевая многоступенчатая опора качения. БИ №4, 1967.
4
2. SU №1418528, МКИ F16C 25/06, 41/02. С.В.Коцюбинский. Опора вала. БИ №31, 1988.
5
3. SU №1794211, МКИ F16C 25/06. А.П.Попов, И.В.Дорогань и И.И.Добринов. Подшипниковый узел с телами качения. БИ №5, 1993.
5
4. RU №2018033, МКИ F04B 1/20 и F16C 25/06. С.П.Елизаров и А.С.Потолов. Аксиально-поршневая гидромашина, 1994.08.15.
5. А.с. СССР №394596, М. кл. F16C 25/06. М.Т.Гусман и др. Осевая многоступенчатая опора. БИ №4, 1967. Прототип.