ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЕВОЙ ФИКСАЦИИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА ИЗДЕЛИЯ
SUPPORT DEVICE FOR AXIAL FIXATION OF ROTATING SHAFT OF ASSEMBLY

Изобретение относится к опорам и подставкам и может быть использовано в качестве опорного устройства для осевой фиксации установленного в «плавающих» радиальных опорах вращающего вала изделия, который может иметь радиальное смещение оси вала от номинального положения оси и угол поворота сечения вала нормального к его оси относительно номинального положения.
Известны опорные устройства для осевой фиксации вала на базе радиальных и радиально-упорных подшипников качения, см. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1998, стр.121, рис.7.22. Однако эти опорные устройства не только фиксируют осевое положение вала, но и являются еще радиальными опорами. Если вал уже имеет две радиальные «плавающие» опоры, то любое из рассматриваемых опорных устройств будет третьей радиальной опорой, что недопустимо.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является опорное устройство для осевой фиксации вала на базе шарикового упорного двойного подшипника, см. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1998, стр.133-134, рис.7.47, а. Выбираем это опорное устройство в качестве прототипа. Оно устанавливается на вал с червяком, который уже имеет две радиальные «плавающие» опоры. Одна «плавающая» опора на базе шарикового радиального подшипника показана на рис.7.47, а, а другая такая же опора располагается с другой стороны от червяка. Устройство-прототип состоит из стакана и закрепленной к нему крышки, между которыми установлен компенсатор для регулировки осевого люфта устройства. В стакане установлены два крайних кольца с одним торцовым желобом и среднее кольцо, центрирующееся по валу, с двумя торцовыми желобами, в которые установлены два ряда шаров с сепараторами (сепараторы на рис.7.47, а не показаны). С противоположной стороны шары установлены в желобах крайних колец.
Опорное устройство-прототип имеет следующие основные недостатки:
1. Устройство-прототип не допускает радиального смещения консоли вала, на которой оно установлено, по следующей причине. Шары в каждом ряду с одной стороны установлены в желобе среднего кольца, которое центрируется по валу, а с дугой стороны указанные шары установлены в желобах крайних колец, которые центрируются по отверстию стакана, см. рис.7.47, а, приведенного выше учебного пособия. То есть положение шаров в радиальном направлении строго задается конструкцией опорного устройства.
2. Устройство-прототип не допускает поворота нормального к оси вала сечения по следующей причине. Правое крайнее кольцо упирается в торцовую базу стакана, которая перпендикулярна оси вала, а левое крайнее кольцо упирается в торец крышка, которая также перпендикулярна оси вала. Поэтому узел, состоящий из среднего, двух крайних колец и двух рядов шаров, не может повернуться.
Задачей изобретения является обеспечение возможности радиального смещения и поворота консоли вала, на которой установлено заявляемое опорное устройство для осевой фиксации вала, при условии установки вала в двух «плавающих» радиальных опорах, а также удобство применения.
Поставленная задача достигается тем, что опорное устройство для осевой фиксации вращающегося вала изделия снабжено уплотнением, двумя дополнительными компенсаторами и сборным корпусом, состоящим из опорной пластины, втулки, силовой крышки и крышки для герметичности, рабочая поверхность каждого крайнего кольца выполнена плоской, а на противоположной ей поверхности ближе к оси крайнего кольца выполнен участок со сферической поверхностью, центр которой расположен на пересечении средней плоскости среднего кольца и его оси. С одной стороны опорной пластины, к которой крепится уплотнение, выполнены базовые наружная цилиндрическая поверхность и торец, предназначенные для установки в изделие, с другой стороны выполнены участок сферической поверхности, взаимодействующий с участком сферической поверхности одного крайнего кольца, и базовые наружная цилиндрическая поверхность и торец для установки втулки, которая резьбовыми деталями крепится к опорной пластине, а с противоположной стороны втулка имеет базовые внутреннюю цилиндрическую поверхность и торец для установки силовой крышки, которая резьбовыми деталями крепится к втулке и имеет участок сферической поверхности, взаимодействующий с участком сферической поверхности другого крайнего кольца. Крышка для герметичности крепится резьбовыми деталями к силовой крышке, один дополнительный компенсатор устанавливается под базовый торец опорной пластины, другой дополнительный компенсатор устанавливается между базовым торцом втулки и силовой крышки, в стакане и деталях корпуса выполнены отверстия для подвода смазки и ее отвода, а в опорной пластине и втулке выполнены соосные отверстия, предназначенные для крепления к изделию.
На фиг.1 показано заявляемое устройство; на фиг.2 показана деталь компенсатора.
Корпус заявляемого устройства, см. фиг.1, состоит из опорной пластины 1, втулки 2, силовой крышки 3 и крышки 4 для герметичности. Опорная пластина 1 имеет с одной стороны базовую наружную цилиндрическую поверхность «А» и базовый торец «Б», предназначенные для установки заявляемого устройства в изделие 5, а с другой стороны - базовую наружную цилиндрическую поверхность «В» и базовый торец «Г» для установки втулки 2, которая винтами 6 крепится к опорной пластине 1. К опорной пластине 1 крепится уплотнение 7.
Втулка 2, см. фиг.1, имеет базовую внутреннюю цилиндрическую поверхность «Д» и базовый торец «Е» для установки силовой крышки 3, которая винтами 8 крепится к втулке 2. К силовой крышке 3 винтами 9 крепится крышка 4 для герметичности. Во втулке 2 выполнено отверстие «Ж» для подвода смазки внутрь корпуса, а в крышке 4 для герметичности выполнено отверстие «И» для отвода смазки. Указанные отверстия могут быть выполнены и в других деталях. Между втулкой 2 и силовой крышкой 3 установлен компенсатор 10.
В сборном корпусе заявляемого устройства, см. рис.1, установлен стакан 11, к которому винтами 12 крепится крышка 13 с базовым плоским торцом «К». Стакан 11 имеет базовое отверстие «Л» и плоский внутренний торец «М». Между стаканом 11 и крышкой 13 установлен компенсатор 14. В стакане 11 выполнено, по меньшей мере, два отверстия «Н» для подачи масла внутрь стакана 11 и отвода его.
В стакане 11, см. рис.1, установлены два одинаковых крайних кольца 15, среднее кольцо 16, имеющее симметрично расположенные относительно его средней плоскости «П» торцовые кольцевые желоба «Р», и два ряда шаров 17 в сепараторах 18. Каждое крайнее кольцо имеет плоскую рабочую поверхность «С», а с другой стороны - плоский торцовый участок «Т» и участок со сферической поверхностью «У». Шары 17 каждого ряда с одной стороны взаимодействуют с плоской рабочей поверхностью «С» соответствующего крайнего кольца 15, а с другой стороны установлены в соответствующем кольцевом желобе «Р» среднего кольца 16. Крайние кольца 15 центрируются по базовому отверстию «Л» стакана 11, одно крайнее кольцо 15 своим торцовым плоским участком «Т» упирается в плоский внутренний торец «М» стакана 11, а второе крайнее кольцо 15 своим торцовым плоским участком «Т» упирается в базовый плоский торец «К» крышки 13. Одно крайнее кольцо 15 своим участком со сферической поверхностью «У» взаимодействует с такой же сферической поверхностью, которая выполнена на опорной пластине 1, а второе крайнее кольцо 15 своим участком со сферической поверхностью «У» взаимодействует с такой же сферической поверхностью, которая выполнена на силовой крышке 3. На среднем кольце 16 выполнено базовое отверстие «Ф», предназначенное для установки на валу 19, имеющем концевой резьбовой участок.
Среднее кольцо 16, см. фиг.1, крепится на валу 19 с помощью с Г-образной втулки 20 и гаек 21. Для крепления с помощью винтов 22 собранного корпуса к изделию 5 в опорной пластине 1 выполнено отверстие «X», а во втулке 2 отверстие «Ц», которое соосно отверстию «X». При этом между изделием 5 и базовым торцом «Б» опорной пластины 1 установлен компенсатор 23.
Для удобства сборки и регулировки заявляемого устройства каждый компенсатор изготовлен сборным, состоящим из двух одинаковых деталей, одна из которых показана на фиг.2.
Особенности сборки заявляемого устройства. Сначала собирают внутренний узел. Для этого в базовое отверстие «Л» стакана 11, см. фиг.1, последовательно устанавливают первое крайнее кольцо 15, первый ряд шаров 17 в сепараторе 18, среднее кольцо 16, второй ряд шаров 17 в сепараторе 18 и второе крайнее кольцо 15. Стакан 11 скрепляется винтами 12 с компенсатором 14 и крышкой 13 - образуется внутренний узел. Толщина компенсатора 14 такова, что осевой люфт указанного узла соответствует требуемому люфту или больше его. В последнем случае затяжку винтов 12 снижают до нулевой, разбирают сепаратор, шлифуют его в меньшую толщину, устанавливают сепаратор на свое место и вновь затягивают винты 12. Указанные операции повторяют до тех пор, пока осевой люфт внутреннего узла не будет соответствовать требуемому люфту.
Затем собирается общий узел, состоящий из сборного корпуса, в который установлен внутренний узел. Для этого к опорной пластине 1, см. фиг.1, крепится уплотнение 7, на сферическую поверхность «У» опорной пластины 1 устанавливается внутренний узел, на базовые поверхности «В» и «Г» опорной пластины 1 устанавливается втулка 2, которая крепится к опорной пластине 1 винтами 6. Втулка 2 скрепляется винтами 8 с компенсатором 10 и силовой крышкой 3 - образуется общий узел, сопрягаемыми поверхностями которого являются сферические поверхности опорной пластины 1 и первого крайнего кольца 15, а также второго крайнего кольца 15 и силовой крышки 3. Толщина компенсатора 10 такова, что осевой люфт общего узла соответствует требуемому люфту или больше его. В последнем случае затяжку винтов 8 снижают до нулевой, разбирают сепаратор, шлифуют его в меньшую толщину, устанавливают сепаратор на свое место и вновь затягивают винты 8. Указанные операции повторяют до тех пор, пока осевой люфт общего узла не будет соответствовать требуемому люфту. В итоге заявляемое устройство отрегулировано и готово для установки в изделие 5.
Установка заявляемого устройства в изделие. Для этого, см. фиг.1, среднее кольцо 16 базовым отверстием «Ф» устанавливают на соответствующий участок вала 19. Этот участок вала 19 выполнен вдоль оси с двумя полями допусков так, чтобы при сборке посадка среднего кольца 16 и указанного участка вала сначала была с зазором, а затем с натягом. Это упрощает сборку указанного соединения, а также соединения отверстие изделия 5 - базовая наружная цилиндрическая поверхность «А» опорной пластины 1. Среднее кольцо 16 крепится на валу 19 с помощью Г-образной втулки 20, гайки 21 и такой же контргайки, которые затягиваются специальным ключом. К силовой крышке 3 винтами 9 крепится крышка 4 для герметичности. Между изделием и базовым торцом «Б» опорной пластины 1 устанавливается компенсатор 23, общий узел крепится к изделию 5 винтами 22. Требуемое осевое положение вала регулируется за счет подшлифовки этого компенсатора или использованием набора компенсаторов различной толщины с их возможной подшлифовкой.
Работа заявляемого устройства и подтверждение выполнения поставленной задачи изобретения. При пуске изделия вал начинает вращаться, и на него будут действовать различные по величине и направлению радиальные и осевые силы. Если вал установлен на радиальных подшипниках скольжения, имеющих значительные зазоры, то вал может перемещаться и поворачиваться в пределах этих зазоров. Если вал установлен на радиальных «плавающих» подшипниках качения, то под действием нагрузки консоль вала, на которой установлено заявляемое устройство, может перемещаться и поворачиваться. Величины указанного перемещения и поворота зависят от величины и направления нагрузки, жесткости вала и других факторов.
Осевые силы будут уравновешиваться с помощью заявляемого устройства. Оно допускает значительные радиальные смещения вала, так как шары в двух его рядах могут беспрепятственно перемещаться по плоским рабочим поверхностям крайних колец. Поворот консоли вала также практически беспрепятственно реализуется за счет поворота внутреннего узла, состоящего из стакана с крышкой и установленных в стакане деталей, по сферическим поверхностям опорной пластины и силовой крышки. Конструкция заявляемого устройства, независимая регулировка его узлов, конструкция компенсаторов и простая установка заявляемого устройства в изделие обеспечивают удобство его применения.