САМОСМАЗЫВАЮЩЕЕСЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ШТИФТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
SELF-LUBRICATING OSCILLATING PIN CONNECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к штифтовому соединению для машинного оборудования. Более конкретно, настоящее изобретение относится к колебательным штифтовым соединениям машинного оборудования, например, строительных машин, горного оборудования и т.п.
Уровень техники
Штифтовые соединения для машинного оборудования в целом делятся на две категории. Подвижные соединения, где конструктивные элементы перемещаются относительно друг друга, и неподвижные соединения, где конструктивные элементы не перемещаются. Когда предусмотрены подвижные соединения, они могут перемещаться назад и вперед, совершая колебательное движение. Как можно себе представить, это создает трение и износ, которые могут ограничить срок службы штифтового соединения. Поэтому, в известном уровне техники разработаны схемы для ограничения данного трения и продления срока службы штифтового соединения.
Колебательные штифтовые соединения в строительных машинах и горном оборудовании обычно содержат штифт и сопряженный подшипник, который запрессован в окружающую конструкцию. Штифт обычно закаляют для обеспечения прочности материала, необходимой для выдерживания рабочих нагрузок, а также для обеспечения твердой поверхности наружного диаметра для повышенной износостойкости и стойкости к истиранию. Штифты часто плакируют для улучшения износостойкости и коррозионной стойкости, особенно, в несмазываемых «неподвижных» отверстиях, которые поддерживают каждый конец штифта. Для большинства распространенных материалов подшипников поверхность контакта штифта с подшипником необходимо периодически смазывать, чтобы обеспечить необходимые эффективное функционирование и долговечность.
В таких применениях были разработаны смазочные манжетные уплотнения, которые содержат стальную оболочку или основу, которые поддерживают единственную уретановую манжету для защиты поверхности контакта штифта с подшипником. Однако эти уплотнения не рассчитаны на эффективное функционирование и долгий срок службы при отсутствии смазки, поэтому регулярное техническое обслуживание имеет жизненно важное значение для поддержания долговечности соединения.
Как можно представить, операции закаливания и плакирования увеличивают начальную стоимость штифтового соединения, и необходимость периодической смазки снижает доступность машины и увеличивает стоимость содержания и эксплуатации. Поэтому желательно разработать подвижное штифтовое соединение для машинного оборудования, которое являются менее дорогостоящим или более надежным, чем уже разработанные.
Сущность настоящего изобретения
Предусмотрен штифт для применения в подвижном штифтовом соединении, который может содержать внутреннюю часть, которая определяет продольную ось и наружный диаметр, и верхний слой из самосмазывающегося материала, который расположен вокруг наружного диаметра внутренней части вдоль по меньшей мере части продольной оси внутренней части.
Предусмотрено штифтовое соединение для машины, которое может содержать первый конструкционный элемент, который определяет отверстие для приема штифта, корпус, который определяет отверстие для приема штифта, и штифт, который расположен в отверстиях корпуса и первого конструкционного элемента. Штифт может содержать внутреннюю часть, которая определяет продольную ось и наружный диаметр, и верхний слой из самосмазывающегося материала, который расположен вокруг наружного диаметра внутренней части вдоль по меньшей мере части продольной оси внутренней части.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 показан вид в перспективе штифта, имеющего самосмазывающийся материал, окружающий внутреннюю часть в виде трубки или вала.
На фиг. 2 показан вид в разрезе штифта с самосмазывающимся материалом, окружающим внутреннюю часть в виде трубки по фиг. 1, выполненном вдоль линии 2—2 на ней.
На фиг. 3 показан вид в перспективе подшипника скольжения, который выполнен с возможностью окружения штифта с самосмазывающимся материалом, окружающим внутреннюю часть в виде трубки, как показано на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 4 показан вид в разрезе штифтового соединения для машины, в котором применены штифт по фиг. 1 и фиг. 2 и подшипник скольжения по фиг. 3.
На фиг. 5 и фиг. 6 показаны виды сбоку и спереди другого штифтового соединения, в котором применен штифт, подобный показанному на фиг. 1 и фиг. 2.
Подробное описание
Для некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения обычный закаленный и в высшей степени механически обработанный штифт заменен штифтом, состоящим из самосмазывающегося материала, который выполнен на или обернут вокруг внутренней части, содержащей цельнотянутую стальную трубку, которая обеспечивает уменьшенный вес, или стальной стержень, который может обеспечивать дополнительную прочность по сравнению со стальной трубкой, или что-то среднее между сплошным стальным стержнем и тонкой стальной трубкой. В некоторых вариантах осуществления может быть использована трубка, которая не является цельнотянутой.
Сопряженный подшипник может быть из любого материала, который обеспечивает твердость и качество обработки поверхности, требуемые для приемлемого эффективного функционирования вместе с самосмазывающимся материалом. Подшипник может быть исключен в чувствительных к стоимости применениях с более низкими требованиями к долговечности. Стальная внутренняя часть штифта может быть выполнена из деформируемого вхолодную или предварительно упрочненного материала (в зависимости от прочности, требуемой для применения), тем самым устраняя затраты на предварительную обработку и последующее закаливание штифта перед окончательной обработкой. Самосмазывающийся материал, который образует НД (наружный диаметр) штифта, может быть стойким к коррозии по своей природе, исключая затраты на плакирование НД. НД самосмазывающегося штифта также исключает потребность в периодическом смазывании штифтового соединения и предотвращает разъедающую коррозию между штифтом и несмазываемыми «неподвижными» отверстиями в машине.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, соединительный штифт 100 содержит внутреннюю часть 102, которая может быть выполнена из трубки из нержавеющей стали и может быть окружена верхним слоем 104 из политетрафторэтилена (PTFE) или другого подобного самосмазывающегося материала, который расположен вокруг периферии трубки из стали, создавая конечный наружный диаметр 106 штифта. Самосмазывающийся материал может быть обернут вокруг внутренней части 102, отлит на внутреннюю часть 102, напрессован на внутреннюю часть 102 с использованием посадки с легким прессованием и т.д. Материал для верхнего слоя 104 может обеспечивать как износостойкость, так и самосмазывающие свойства. Внутренняя часть может быть выполнена из других материалов, отличных от нержавеющей стали.
Иначе говоря, предусмотрен штифт 100 для применения в подвижном штифтовом соединении, например, скользящем штифтовом соединении, поворотном штифтовом соединение, колебательном штифтовом соединении и т.д. Штифт 100 может содержать внутреннюю часть 102, которая определяет продольную ось A, радиальное направление R и наружный диаметр 106, и верхний слой 104 из самосмазывающегося материала, который расположен вокруг наружного диаметра 106 внутренней части 102 вдоль по меньшей мере части продольной оси A внутренней части 102. В некоторых вариантах осуществления штифт 100 является по меньшей мере частично полым вдоль продольной оси A внутренней части 102, определяя внутренний диаметр 108. В других вариантах осуществления штифт 100 является полым вдоль всей продольной оси A внутренней части 102, как показано на фиг. 1 и фиг. 2. В других вариантах осуществления внутренняя часть 102 может быть сплошной вдоль всей продольной оси A внутренней части 102.
В некоторых, но не во всех вариантах осуществления стальная трубка, применяемая для внутренней части 102, может быть цельнотянутой, и обеспечивает достаточную прочность на сдвиг и прочность на изгиб, чтобы выдерживать нагрузки при применении, и имеет меньший вес, чем сплошной штифт. В некоторых вариантах осуществления размер внутреннего диаметра 108 внутренней части 102 при необходимости или желании может быть уменьшен до требуемого для достижения прочности сплошного штифта.
Штифт 100 может содержать первый конец 110 и второй конец 112, которые расположены на противоположных концах вдоль продольной оси A, при этом первый конец 110 содержит направляющую часть 114, которая расположена вокруг продольной оси A, и второй конец 112 содержит непокрытую часть 116, которая расположена вокруг продольной оси A. В некоторых вариантах осуществления направляющая часть 114 представляет собой фаску, но может быть использована и другая переходная геометрия, например, смешанная. Фаска направляющей части может быть большой, и непокрытая часть трубки, которая не имеет верхнего слоя, может обеспечивать прикрепление ограничительной пластины, как будет описано далее в настоящем документе.
В некоторых вариантах осуществления верхний слой 104 обернут вокруг наружного диаметра 118 внутренней части 102 вдоль по меньшей мере части продольной оси A внутренней части 102. В некоторых вариантах осуществления, например, показанных на фиг. 1 и фиг. 2, верхний слой 104 расположен вокруг наружного диаметра 118 внутренней части 102 вдоль большей части продольной оси A внутренней части без зазоров. В других вариантах осуществления верхний слой может покрывать наружный диаметр внутренней части прерывисто, чтобы покрывать только те части, которые имеют подвижный контакт с другими компонентами штифтового соединения.
Кроме того, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, верхний слой 104 определяет наружный диаметр 106 штифта 100, который является по существу постоянным вдоль по меньшей мере части продольной оси A, и внутренний диаметр 120, который имеет по существу одинаковый размер с наружным диаметром 118 внутренней части 102 вдоль по меньшей мере части продольной оси A внутренней части 102. То есть внутренний диаметр верхнего слоя и наружный диаметр верхнего слоя не изменяются значительно по большей части длины штифта вдоль продольной оси.
Как показано на фиг. 3, может быть предусмотрен простой подшипник 200 скольжения, который может окружать штифт 100 посредством отверстия 201 для приема штифта. Он может соответствовать твердости для стандартного штифта для удовлетворения требований, обычно требуемых для поверхности, образующей наружный диаметр штифта. Этот материал может представлять собой нержавеющую сталь, обеспечивая коррозионную стойкость. Альтернативно подшипник 200 скольжения может быть выполнен из некоторого другого нежелезного материала. Для некоторых применений подшипник скольжения может не требоваться. Обычно существует некоторый промежуток между внутренним диаметром 202 подшипника 200 и наружным диаметром 106 штифта 100, в то время как наружный диаметр 204 подшипника 200 может быть слегка запрессован в отверстие для приема подшипника штифтового соединения, как будет коротко описано со ссылкой на фиг. 4. Подшипник 200 определяет продольную ось A, радиальное направление R и первый и второй концы 206, 208, которые диаметрально противоположны друг другу вдоль продольной оси A.
Для штифта, показанного и описанного со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 2, может быть использована традиционная ограничительная пластина, или он может удерживаться относительно конструкционных элементов штифтового соединения с использованием других способов, включающих другую конфигурацию ограничительной пластины и альтернативный механизм удерживания штифта, как будет обсуждено далее в настоящем документе со ссылкой на фиг. 4-6.
Другие примеры самосмазывающихся материалов, которые могут использоваться для верхнего слоя, включают стеклонаполненный PTFE, ненаполненный PTFE, смазочный нейлон (PA), POM (полиоксиметилен), PEEK, PAI, PPS, PI, PPA, стеклокомпозит, углеволокнистый композит, промасленный порошковый металл, графит, пропитанный дисульфидом молибдена, и т.д. Также может быть использован любой другой подходящий самосмазывающийся материал.
Промышленная применимость
Штифт и подшипник по фиг. 1-3 являются подходящими для применения в штифтовых соединительных узлах или соединениях, например, используемых для перемещения стрел и рукоятей, или гусениц в сборе, или других механизмов, которые используются на строительных или горных машинах, и т.п. Специалистам в данной области техники будет понятно, что другие типы машин могут также иметь преимущества от этих штифтовых соединений. Машинное оборудование может быть продано со штифтом и/или вкладышем, уже установленными в одном или более штифтовых соединениях. Альтернативно штифт и/или вкладыш могут быть проданы в качестве запасных частей для обслуживания или модернизации таких соединений в полевых условиях. Кроме того, этот тип штифта можно восстановить, не жертвуя усталостной прочностью, поскольку закалка не требуется.
На фиг. 4 показано такое штифтовое соединение 300 для машины. Штифтовое соединение 300 содержит первый конструкционный элемент 302, который определяет отверстие 304 для приема штифта, корпус 306, который определяет отверстие 308 для приема штифта, штифт 100, который расположен в отверстиях 308, 304 корпуса 306 и первого конструкционного элемента 302, при этом штифт 100 содержит внутреннюю часть 102, которая определяет продольную ось A и наружный диаметр 106, и верхний слой 104 из самосмазывающегося материала, который расположен вокруг наружного диаметра 118 внутренней части 102 вдоль по меньшей мере части продольной оси A внутренней части 102.
Для данного варианта осуществления, как показано на фиг. 4, корпус 306 дополнительно определяет отверстие 310 для приема подшипника, которое имеет одинаковый размер с отверстием 308 для приема штифта корпуса 310. Штифтовое соединение 300 дополнительно содержит подшипник 200, который расположен в отверстии 310 для приема подшипника. Подшипник 200 определяет отверстие 201 для приема штифта, и штифт 100 расположен в отверстии 201 для приема штифта подшипника 200. Штифтовое соединение может содержать второй конструкционный элемент 302’, который определяет отверстие 304’ для приема штифта, и штифт 100 может быть расположен в отверстии 304’ для приема штифта второго конструкционного элемента 302’.
На фиг. 3 и фиг. 4 показано, что подшипник 200 определяет продольную ось A и первый и второй концы 206, 208, которые являются диаметрально противоположными друг другу вдоль продольной оси A. Штифтовое соединение 300 дополнительно содержит первое уплотнение в сборе 314, которое расположено в отверстии 310 для приема подшипника корпуса 306 смежно с первым концом 206 подшипника 200, и второе уплотнение в сборе 314’, которое также расположено в отверстии 310 для приема подшипника корпуса 306 смежно со вторым концом 208 подшипника 200.
Уплотнение в сборе может представлять собой любой тип уплотнения, известного или такого, которое будет разработано в данной области техники, которое способно способствовать предотвращению попадания мусора между штифтом и подшипником, и т.д. Предполагается, что такие уплотнения в сборе могут не требоваться для соединений, применяемых в менее агрессивных средах, и для соединений, в которых отсутствуют подшипники. Следовательно, эти другие варианты осуществления также включены в настоящее изобретение.
Уплотнение в сборе 314 содержит внутренний уплотнительный элемент 322, который напрессован вокруг штифта 100, и наружный уплотнительный элемент 324, который запрессован в отверстие 308 для приема подшипника и находится в контакте с корпусом 306 подшипника. Тугая посадка может быть обеспечена на боковой стороне для удержания уплотнения в сборе 314 на месте. Альтернативно может быть предусмотрена скользящая посадка между внутренним диаметром внутреннего уплотнительного элемента и наружным диаметром штифта, в то время как тугая посадка может быть предусмотрена между наружным диаметром наружного уплотнительного элемента и корпусом. Внутренний и наружный уплотнительные элементы 322, 324 могут иметь поджимающий элемент 326, размещенный между ними в уплотнении в сборе 314.
Как показано, штифтовой соединительный узел 300 является по существу симметричным относительно средней плоскости M. Следовательно, два конструкционных элемента 302, 302’ и уплотнения в сборе 314, 314’ находятся по обе стороны средней плоскости M. Это может не являться обязательным для других вариантов осуществления. Предусмотрена ограничительная пластина 316, которая неподвижно прикреплена к конструкционному элементу 302’ и непокрытой части штифта 314, способствуя предотвращению любого перемещения штифта. Неподвижное прикрепление ограничительной пластины 316 к штифту 100 может быть получено с применением сварки, в то время как неподвижное прикрепление пластины 316 к конструкционному элементу может быть получено посредством крепежного элемента. Возможны другие способы удерживания штифта и предотвращения поворота штифта. Предполагаются и другие варианты осуществления, в которых предусмотрено некоторое перемещение штифта 100 во время поворота штифтового соединительного узла 300.
Во время сборки направляющая часть 114 на штифте 100 обеспечивает направление, когда штифт вставляют в отверстие 304’ для приема штифта второго конструкционного элемента 302’, и сталкивается с подшипником 200, первым конструкционным элементом 302 и т.д., когда штифт перемещается справа налево согласно фиг. 4. Поскольку первый конец 110 штифта 100 находится приблизительно заподлицо с боковой поверхностью первого конструкционного элемента 302, следовательно, непокрытая часть 116 остается выступающей от боковой стороны второго конструкционного элемента 302’, упрощая прикрепление ограничительной пластины 316. Как показано, штифт 100 проходит в отверстие 317 ограничительной пластины 316, таким образом, второй конец 112 штифта находится заподлицо с ограничительной пластиной 316, обеспечивая прикрепление ограничительной пластины и штифта друг к другу.
В данном варианте осуществления конструкционный элемент 302 неподвижно закреплен, и корпус 306 выполнен с возможностью перемещения относительно конструкционного элемента, обеспечивая колебательное движение. Обратное может быть предусмотрено в других вариантах осуществления, или могут обеспечиваться другие типы движения, такие как колебательное движение между конструкционным элементом и корпусом. Также уплотнения в сборе 314, 314’ находятся заподлицо или углублены по сравнению с боковыми стенками 318 корпуса 306 подшипника вдоль продольной оси A, способствуя защите уплотнений в сборе 314, 314’ от повреждений. Ограничивается попадание мусора, воды, пыли и т.д. в отверстие 201 для приема штифта подшипника 200 и отверстие 308 для приема подшипника корпуса 306, способствуя увеличенному сроку службы штифтового соединительного узла 300 без необходимости технического обслуживания.
На фиг. 5 и фиг. 6 показано другое штифтовое соединение 400, в котором может применяться конструкция штифта, которая подобна показанной на фиг. 1 и фиг. 2. Штифтовое соединение 400 имеет конструкцию, подобную показанной на фиг. 4, и содержит корпус 402, первый и второй конструкционные элементы 404, 404’ на обеих боковых сторонах корпуса 402 вдоль продольной оси 406 штифта 408, один или более подшипников 410 скольжения, которые окружают штифт 408, и конструкцию 412 для удерживания штифта. Первый и второй конструкционные элементы 404, 404’ определяют зазоры 414 между ними и корпусом 402. Уплотнения 416 могут быть размещены на концах подшипника или подшипников 410, которые, тем самым, являются смежными с данными зазорами 414 для предотвращения попадания пыли, мусора и т.д. Данные уплотнения 416 и/или подшипники 410 могут быть исключены в других применениях, где среда является менее агрессивной.
В данном варианте осуществления штифт 408 имеет верхний слой 418 из самосмазывающегося материала, который покрывает внутреннюю часть 420 вдоль всей длины штифта 408 вдоль продольной оси 406. Внутренняя часть 420 в данном варианте осуществления является сплошной. Фаски 422 направляющей части предусмотрены для упрощения вставки штифта в отверстия конструкционных элементов, корпуса, подшипников, уплотнений и т.д.
Подробности конструкции 412 для удерживания штифта будут более подробно обсуждены далее. Кольцевой выступ 424 приварен или иным образом прикреплен к боковой стороне конструкционного элемента 404. Кольцевой выступ 424 определяет отверстие 426, которое полностью проходит через диаметр кольцевого выступа 424 от одной стороны к другой. Данное отверстие 426 может быть совмещено с поперечным отверстием 428 штифта 408, которое проходит в направлении, которое является перпендикулярным продольной оси 406 штифта 408, посредством поворота штифта 408 вокруг оси надлежащим образом. Болт 430 вставляют через отверстие 426 в кольцевом выступе 424 и поперечное отверстие 428 штифта 408, предотвращая поворотное перемещение вокруг оси 406 и поступательное перемещение штифта 408 вдоль оси 406. Две гайки 432 затем навинчивают на резьбу свободного конца 434 болта 432 до тех пор, пока гайки и головка 436 болта не нажимают плотно на кольцевой выступ, блокируя все на месте. Выпадение болта из конструкции для удерживания штифта предотвращается посредством прижимного усилия, обеспечиваемого гайками.
В штифтовых соединениях могут применяться другие компоненты, такие как упорное кольцо, которое может предотвратить притирание корпуса к конструкционному элементу при перемещении соединения. В таком случае, упорное кольцо может проходить в зазоры или области 320, 414 промежутков, расположенные между корпусом и конструкционным элементом.
Несмотря на то, что большинство вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, являются так называемыми применениями с сухой смазкой, поскольку часто не требуется внешняя смазочная система, например, масло или смазка, которые закачиваются в штифтовое соединение, предполагается, что другие промышленные применения могут быть подходящими для применения со штифтом, который имеет верхний слой из самосмазывающегося материала, как обсуждено в настоящем документе, и, следовательно, находятся в рамках объема настоящего изобретения, даже если они конкретно не указаны.
Следует понимать, что в вышеприведенном описании представлены примеры раскрытых конструкции и функции. Однако, предполагается, что другие реализации настоящего изобретения в деталях могут отличаться от вышеприведенных примеров. Все ссылки на настоящее изобретение или его примеры предназначены для ссылки на конкретный пример, обсуждаемый в данный момент, и не предполагают каких-либо ограничений в отношении объема настоящего изобретения в более общем виде. Все формулировки ограничения и пренебрежения в отношении определенных признаков призваны указывать на отсутствие предпочтения для данных признаков, но не исключать их из объема настоящего изобретения полностью, если не указано иное.
Изложение диапазонов значений в настоящем документе просто предназначено для использования в качестве краткого способа индивидуальной ссылки на каждое отдельное значение, попадающее в диапазон, если не указано иное, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было отдельно изложено в настоящем документе.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные модификации и изменения могут быть выполнены в отношении вариантов осуществления устройства и способов сборки, рассмотренных в настоящем документе, без отступления от объема или сущности настоящего изобретения (настоящих изобретений). Другие варианты осуществления настоящего изобретения будут понятны специалистам в данной области техники после рассмотрения описания и осуществления на практике различных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе. Например, некоторые из устройств могут иметь конструкции и функции, отличные от описанных в настоящем документе, и некоторые этапы любого способа могут быть пропущены, выполнены в порядке, который отличается от конкретно упомянутого, или в некоторых случаях выполнены одновременно или в виде подэтапов. Кроме того, изменения или модификации относительно определенных аспектов или признаков различных вариантов осуществления могут быть выполнены для создания дополнительных вариантов осуществления, и признаки и аспекты различных вариантов осуществления могут быть добавлены к другим признакам или аспектам других вариантов осуществления или заменены ими для предоставления еще одних дополнительных вариантов осуществления.
Соответственно настоящее изобретение включает все модификации и эквиваленты объекта, изложенного в прилагаемой формуле изобретения, как это разрешено применимым законодательством. Более того, настоящее изобретение охватывает любую комбинацию вышеописанных элементов во всех возможных их вариациях, если иное не указано в настоящем документе или иначе явно не противоречит контексту.