ПОДШИПНИК, ИМЕЮЩИЙ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ДВЕ ЧАСТИ, ВРАЩАЮЩИЕСЯ ОТНОСИТЕЛЬНО ДРУГ ДРУГА
BEARING HAVING AT LEAST TWO PARTS ROTATING IN RESPECT TO EACH OTHER

Изобретение относится к подшипнику, имеющему, по меньшей мере, две части, вращающиеся относительно друг друга.
Такие подшипники используются, например, в машиностроении и используются везде, где два компонента должны удерживаться один на другом таким образом, что они могут поворачиваться относительно друг друга. Типичным примером является опора вала в обойме подшипника.
Когда обойма подшипника сформирована как единый узел и закрыта, вал может быть вставлен в обойму подшипника только с одного конца, когда узел собран. Это означает, что сборка подшипника требует большего количества свободного пространства в направлении оси вращения, чем фактически необходимо, когда сборка подшипника завершена. Это часто является недостатком в ситуациях, когда подшипник должен быть собран в пределах узкого пространства.
Известно разделение обоймы подшипника на две половины обоймы таким образом, что вал сначала можно устанавливать в одну из половин обоймы, и подшипник затем может быть завершен посредством установки второй половины обоймы и соединения двух половин обоймы друг с другом. Однако в этом случае невозможно соединять две вращающиеся части впритык. Одна из двух частей, которая служит обоймой подшипника, всегда должна иметь значительно больший диаметр, чем валообразная часть. Таким образом, в этом случае необходимо дополнительное свободное пространство в радиальном направлении относительно оси вращения.
Задачей изобретения является получение подшипника, который имеет компактную конструкцию и может быть собран даже в условиях ограниченного пространства.
Для достижения этой задачи одна из двух частей имеет, по меньшей мере, один кольцеобразный паз, концентрический с осью вращения, и другая часть имеет выступ, сопрягающийся с пазом и удерживаемый в нем, и каждая из частей разделена, по меньшей мере, на два сектора на поверхностях раздела, которые проходят через паз и выступ, причем выступ проходит по всем секторам соответствующей части.
Этот подшипник может быть собран без необходимости вставки одной из двух частей в другую в направлении оси вращения. Тем не менее, обе части могут иметь равные наружные диаметры. В процессе сборки сначала берут один сектор части, имеющей паз, и один сектор части, имеющей выступ, и поворачивают эти два сектора один в другой таким образом, что выступ вставляется в паз. Затем два других сектора двух частей собирают соответствующим образом, и они примыкают к паре секторов, которые были собраны первыми. Если части разделены больше чем на два сектора, процесс продолжают соответственно, пока обе части не будут завершены. Затем части можно поворачивать относительно друг друга вокруг оси вращения с выступами, движущимися в кольцевых пазах.
В таком случае почти во всех фазах вращательного движения выступ одного сектора будет проходить по двум секторам части, имеющей пазы, таким образом, что, благодаря кривизне пазов и выступов, две части надежно удерживаются относительно друг друга в любом направлении, перпендикулярном оси вращения. Только случайно, например когда первоначальное вращательное положение было достигнуто снова, части могут теоретически разделиться в свои сектора. Однако в случае необходимости это можно исключать посредством прикрепления секторов, по меньшей мере, одной части друг к другу любыми пригодными соединительными средствами.
В документе WO 2009/062618 A2 описан подобный способ сборки для узлов и стержней несущего каркаса из стержней. Однако здесь стержни вращают относительно узлов только настолько, что выступы занимают положение, в котором они соответственно скрепляют два сектора части, имеющей пазы, таким образом, чтобы все части были уверенно соединены друг с другом. Затем стержни фиксируют в этом угловом положении таким образом, что устойчиво поддерживается непосредственное сопряжение. Идея использования такого способа сборки для формирования подшипника, в котором одна часть всегда остается свободной для вращения относительно другой части, не была раскрыта в этом документе.
Полезные детали изобретения обозначены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В подшипнике согласно изобретению количество секторов индивидуальных частей, формы этих частей и конфигурации пазов и выступов могут изменяться в пределах широкого диапазона.
В целом, каждая часть будет разделена только на два сектора (половины окружностей), но также возможно разделение на три, четыре или больше частей равного или разного размера.
Поверхности раздела между индивидуальными секторами должны проходить через паз и выступ, соответственно, и должны быть конфигурированы таким образом, что сектора могут быть состыкованы друг с другом посредством перемещений, которые имеют место только в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Однако с этой целью поверхности раздела могут не быть плоскими, и они, в случае необходимости, также могут быть изогнутыми. Поверхности раздела различных частей могут не иметь идентичные формы, но могут, например, проходить таким образом, что в каждом вращательном положении, по меньшей мере, один сектор одной части перекрывается, по меньшей мере, с двумя секторами другой части, что также может улучшать согласованность секторов.
Несущие поверхности частей, то есть те поверхности частей, на которых и в которых сформированы выступы и пазы, соответственно, также могут не быть плоскими. Достаточно того, что каждый паз и выступ являются кольцевыми, при этом выступ может не быть непрерывным, но также может быть разделен на секции с промежутками между ними. Особенно компактную конструкцию подшипника согласно изобретению можно получать, когда пазы открыты в направлении, которое формирует, самое большее, малый угол относительно направления вращения. В большинстве практических случаев несущие поверхности будут плоскими и проходят перпендикулярно оси вращения таким образом, что пазы открыты в направлении, точно совпадающем с осью вращения. В таком случае подшипник может использоваться для соединения двух частей, которые имеют приблизительно равные наружные диаметры, впритык, при этом боковые поверхности пазов и выступов служат радиальными подшипниками.
С другой стороны, две части подшипника могут не иметь форму стержней, но могут в принципе иметь произвольные формы. На практике подшипник с дискообразными частями, которые имеют особенно небольшой размер в направлении оси вращения, является особенно привлекательным.
Когда большие радиальные силы необходимо поглощать радиальным подшипником, множество колец, сформированных пазами и выступами, может быть расположено концентрически на частях, включая возможность того, что пазы и выступы сформированы попеременно на одной части и на другой. Так как выступы могут погружаться в пазы только на ограниченную глубину, подшипник также эффективен как упорный подшипник, который может поглощать усилия в осевом направлении, которые имеют тенденцию сближать две части друг с другом. Кроме того, когда должны быть поглощены растягивающие силы, то есть осевые усилия в противоположных направлениях, можно формировать пазы с подрезом и формировать выступы с соответствующей сопрягающейся формой.
Подшипник в случае необходимости может быть сформирован как подшипник скольжения, роликовый подшипник, гидростатический или воздушный подшипник, гидродинамический подшипник, магнитный подшипник или электростатический подшипник. В случае с роликовым подшипником выступы будут входить в пазы с некоторым зазором, и в промежутках между пазами и выступами могут быть размещены ролики, предпочтительно, удерживаемые в обоймах, которые проходят по длине выступов. Возможно применение смазки таким же образом, как в обычных подшипниках.
Подшипник также может использоваться в качестве гидравлически переключаемого сцепления. Когда две части смещены одна относительно другой таким образом, что несущие поверхности, имеющие пазы и выступы, прочно сцеплены друг с другом, каждая имеет эффект фрикционного сцепления. Этот эффект может быть увеличен клиновидной конфигурацией пазов и выступов. С другой стороны, когда рабочую жидкость, которая может одновременно служить смазочным материалом, вводят в промежуток между этими двумя несущими поверхностями, несущие поверхности отжимаются друг от друга против смещающей силы, воздействующей на них снаружи, таким образом, что сцепление освобождается, и две части могут поворачиваться относительно друг друга с малым трением. Когда пазы и выступы, например, сформированы как ласточкины хвосты, может быть достигнут противоположный эффект, то есть части фрикционным образом соединяются друг с другом, когда они оттягиваются друг от друга или подвергаются нажиму в направлении друг от друга гидравлическим способом, и сцепление освобождается, когда две части сжаты вдоль оси. Когда выступы упругие, эффект сцепления также может быть достигнут посредством гидравлического отклонения выступов в радиальном направлении и прижимания их к боковым поверхностям пазов.
Очевидно, что количество частей не ограничено двумя. Например, можно формировать подшипник слоистой конструкции с тремя или больше частями, в которой каждая из внутренних частей имеет две несущие поверхности, которые, соответственно, взаимодействуют с одной из двух соседних. Эти внутренние части могут тогда иметь пазы на обеих сторонах или выступы на обеих сторонах или пазы на одной стороне и выступы на другой стороне, как необходимо.
В случае с использованием трех или больше частей кольцевое расположение пазов и выступов может не быть концентрическим относительно одной оси вращения, но вместо этого оси вращения могут быть параллельными и могут быть смещены относительно друг друга или могут даже формировать угол относительно друг друга. Когда оси вращения параллельны и смещены относительно друг друга, можно, например, формировать подшипник поршневого штока.
Теперь будет более подробно описан простой пример варианта осуществления изобретения в сочетании с чертежами, на которых:
фиг.1 - осевая проекция подшипника согласно изобретению на первом этапе сборки;
фиг.2 - вид сечения по линии II-II на фиг.1;
фиг.3 - вид подшипника на последующем этапе сборки;
фиг.4 - вид сечения по линии IV-IV на фиг.3;
фиг.5 - осевая проекция подшипника на другом этапе сборки;
фиг.6 - вид в направлении стрелок VI-VI на фиг.5;
фиг.7 - осевая проекция подшипника на другом этапе сборки;
фиг.8 - вид сечения по линии VIII-VIII на фиг.7;
фиг.9 - осевая проекция полностью собранного подшипника;
фиг.10 - вид сечения по линии X-X на фиг.9; и
фиг.11 - увеличенный вид в сечении несущих поверхностей подшипника согласно изобретению.
На чертежах изобретение показано на примере подшипника, который состоит из двух частей в форме круглых дисков, которые сцепляются друг с другом в торцевой поверхности и вращаются относительно друг друга вокруг оси А вращения. Каждая из этих частей разделена на два полукруглых сектора.
На фиг.1 показан первый этап сборки, на котором первый сектор 10a первой части 10 и первый сектор 12a второй части 12 удерживают против друг друга в такой конфигурации, что их контуры совместно формируют полную окружность. Однако, как можно видеть на виде в сечении на фиг.2, части смещены относительно друг друга в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа на фиг.1. На задней стороне, которая не видима на фиг.1, часть 10 имеет два кольцеобразных паза 14, которые отцентрированы относительно оси A вращения и имеют подрезы в поперечном сечении в конфигурации ласточкиного хвоста. С этими пазами сектор 10a занимает только сегмент в форме половины окружности.
На стороне, которая обращена к первой части 10, вторая часть 12 имеет два кольцевых выступа (язычка) 16, которые имеют профиль ласточкиного хвоста, сопрягающийся с профилем пазов 14, и проходят в форме полуокружностей по поверхности первого сектора 12a.
На фиг.3 и 4 показан этап сборки, на котором сектор 12a второй части 12 вращают относительно первой части 10 вокруг оси вращения подшипника таким образом, что выступы 16 входят в пазы 14.
На фиг.5 и 6 два сектора повернуты один в другой до такой степени, что они полностью сопрягаются. В этой конфигурации сектора удерживаются с уверенным сопряжением пазами 14 и выступами 16 таким образом, что они могут только вращаться относительно друг друга, но не могут осуществлять любые другие перемещения относительно друг друга.
Затем второй сектор 10b первой части 10 и второй сектор 12b второй части 12 вращают один в другой соответствующим образом, и они стыкуются с секторами 10a и 12a, как показано на фиг.7 и 8. Как можно видеть на фиг.8, пазы 14 и выступы 16 проходят по половинам окружностей также по секторам 10b и 12b таким образом, что они дополняют друг друга до полных окружностей, как показано на фиг.7.
Две части 10, 12 теперь собраны и находятся в зацеплении друг с другом на несущих поверхностях 18 (фиг.8), которые проходят перпендикулярно оси A вращения. Кроме того, каждая часть 10, 12 разделена на два сектора 10a, 10b и 12a, 12b, соответственно, вдоль разделительной поверхности 20, которая проходит через ось А вращения. В этом состоянии сектора 10a, 10b первой части и, соответственно, сектора 12a, 12b второй части 12 могут быть механически связаны друг с другом, например, посредством склеивания, сварки или любым другим пригодным способом. В показанном примере каждая из частей 10, 12 имеет сквозное отверстие 22, которое проходит под прямым углом к разделительной поверхности 20 и в которое может быть вставлен стяжной болт, которым эти два сектора притянуты друг к другу. В случае необходимости, два сквозных отверстия могут быть выполнены для удерживания секторов в конфигурации заподлицо друг с другом. Для этой же цели соединения с пазом и выступом могут быть выполнены на разделительных поверхностях 20.
Подшипник теперь завершен, и две части 10 и 12 можно поворачивать относительно друг друга вокруг оси А вращения.
На фиг.9 и 10 показаны две части 10, 12, повернутые относительно друг друга на угол 90° таким образом, что оба сектора 12a и 12b части 12 можно видеть на фиг.10. Здесь плоскость вида в сечении проходит вдоль разделительной поверхности 20 части 10. Таким образом, сквозное отверстие 22 части 12 показано в продольном сечении на фиг.10.
Для уменьшения трения подшипник также может быть конфигурирован как роликовый подшипник, как показано на фиг.11. Здесь обойма 24 с роликами 26 расположена на основании одного из пазов 14 части 10. Обойма может иметь форму половины окружности, соответствующую траектории паза 14 в соответствующем секторе части 10, и может вращаться в паз 14, когда подшипник собирают. Например, обоймы сначала могут быть вставлены в пазы 14 сектора 10a на этапе сборки, показанном на фиг.3-6, и могут затем поворачиваться на угол 90° перед тем, как выступы 16 будут поворачиваться в пазы. Когда ролики катятся по основанию паза и вершине выступа, скорость обоймы 24 составляет половину частоты вращения сектора 12a таким образом, что когда достигнуто состояние, показанное на фиг.5 и 6, обойма 24 будет находиться утопленной в этих секторах.
Обойма 24 эффективна как упорный подшипник против осевых сил, которые имеют тенденцию прижимать две части 10 и 12 друг к другу.
Напротив, в другом пазу 14 части 10 обоймы 28 с роликами 30 расположены на боковых поверхностях паза. Эти обоймы и ролики формируют радиальный подшипник, и, благодаря профилю ласточкиного хвоста выступа 16, натяжной подшипник противодействует осевым силам, которые имеют тенденцию тянуть части 10 и 12 друг от друга. Обоймы 28 также проходят в форме полуокружностей в соответствующем секторе, но имеют коническую конфигурацию, соответствующую уклону боковых поверхностей пазов 14. В высоконагруженных подшипниках с большими диаметрами может давать отрицательный эффект то, что ролики 30, которые удерживаются в одной обойме 28, должны двигаться на разные расстояния из-за немного отличающихся радиусов их траекторий, когда они катятся по несущим поверхностям без проскальзывания. В случае необходимости это может быть компенсировано посредством использования роликов с немного отличающимися диаметрами и приспособления ширины промежутка между боковыми поверхностями паза 14 и стенками выступов 16 соответственно.