СБОРНЫЙ УСТАНОВОЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) И ПОДШИПНИКОВАЯ ОПОРА ВАЛА
ASSEMBLED INSTALLATION ELEMENT (OPTIONS) AND SHAFT BEARING SUPPORT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к стопорной прецизионной гайке и стопорному резьбовому кольцу, которые используются, в частности, при монтаже шпинделей или валов в корпусах. Особенно важными областями применения гаек и резьбовых колец согласно изобретению являются шпиндели приводных держателей инструментов. К подшипниковым опорам этих шпинделей предъявляются чрезвычайно высокие требования в отношении вращения без радиального биения, вращения без торцевого биения, предварительного натяжения и жесткости. Для вращения без радиального и торцевого биения это означает, например, периодическое колебание, составляющее менее 4 мкм.
Уровень техники
Давно известно, что для выполнения этих требований следует монтировать подшипники (как правило, подшипники качения, а в случае шпинделей для приводных инструментов - предпочтительно шпиндельные подшипники или высокоточные конические роликовые подшипники) вала с известным предварительным натяжением. Для того чтобы обеспечить необходимую жесткость, следует точно соблюдать значения предварительного натяжения, задаваемые изготовителем подшипников. Благодаря подшипникам с предварительным натяжением (например, шпиндельным подшипникам), в подшипниковой опоре не возникает зазор, и подшипниковая опора является очень жесткой. В случае высокоточных конических роликовых подшипников в зависимости от расположения опор может потребоваться установка точного базового зазора, чтобы обеспечить требуемое предварительное натяжение во время эксплуатации при достижении рабочей температуры. Установка этого предварительного натяжения или требуемого базового зазора требует большой тщательности и высокой точности вследствие высокой жесткости вала, корпуса и подшипников. Если предварительное натяжение выбрано слишком большим, подшипники перегружаются, и срок их эксплуатации существенно сокращается. Если предварительное натяжение является слишком малым или базовый зазор слишком большим, жесткость подшипниковой опоры оказывается слишком малой. В предельном случае в шпиндельных подшипниках может даже возникать зазор в опоре.
По этой причине подшипники при помощи гаек с внутренней резьбой, которые навинчивают на сопряженную резьбу вала, точно устанавливают в требуемом положении и закрепляют. При этом важно, чтобы гайку можно было закрепить или зафиксировать в любом угловом положении относительно вала. Это относится также к резьбовым кольцам с наружной резьбой. Они завинчиваются для установки подшипника во внутреннюю резьбу корпуса, в который вводится и устанавливается подшипниковая опора шпинделя, и после надлежащей установки подшипниковой опоры закрепляются и стопорятся в этом точном угловом положении или позиции.
Чтобы обеспечить установку подшипниковых опор, необходимо застопорить установочный элемент (гайку или резьбовое кольцо) относительно вала или корпуса, не изменяя установку подшипниковой опоры. Это означает, что путем стопорения или закрепления установочного элемента исключается его перемещение в осевом направлении и его наклон. То и другое негативно влияет на подшипниковые опоры.
На гайках и резьбовых кольцах, как правило, предусмотрена резьба с мелким шагом, чтобы облегчить точную установку подшипниковой опоры. В контексте настоящего изобретения гайки и резьбовые кольца объединяются общим термином "установочный элемент". Изобретение может быть использовано, как для гаек, так и для резьбовых колец. Гайка и резьбовое кольцо отличаются только тем, что гайка содержит внутреннюю резьбу, в то время как резьбовое кольцо - наружную резьбу.
Из DE 19944131 А1 известна гайка, называемая "зажимным кольцом", в соответствующие резьбовые отверстия которой радиально снаружи ввинчены резьбовые шпильки. Для того чтобы эти резьбовые шпильки не прижимались непосредственно к наружной резьбе приводного вала или другого конструктивного элемента, на внутреннем диаметре, т.е. в области внутренней резьбы гайки, предусмотрены пружинные язычки, на которые нажимают концы резьбовых шпилек. Пружинные язычки, в свою очередь, нажимают на наружную резьбу шпинделя или вала и обеспечивают, таким образом, зажим и защиту от проворачивания гайки относительно вала. Однако затягивание резьбовых шпилек приводит к нежелательному относительному перемещению между гайкой и шпинделем.
Другое решение известно из DE 69406652 Т2. В этом варианте осуществления радиально проходящие резьбовые отверстия выполнены в виде глухих отверстий с такой глубиной, чтобы они оканчивались в непосредственной близости от внутренней резьбы. При этом внутренняя резьба в радиальном направлении является такой мягкой, что она в результате затягивания резьбовых шпилек упруго деформируется внутрь. Эта деформация обеспечивает зажим гайки на наружной резьбе вала. Аналогичные решения известны из GB 2177178 и WO 03/036104 А1.
Недостаток этих решений, известных из уровня техники, заключается в том, что зажимные усилия резьбовых шпилек действуют между гайкой и валом, поэтому они оказывают влияние на предварительно установленное положение гайки относительно вала и, таким образом, относительно подшипниковой опоры.
Кроме того, может возникнуть ситуация, при которой в результате затягивания резьбовых шпилек плоская поверхность гайки относительно вала будет иметь некоторый наклон, при этом внутреннее или наружное кольцо подшипника будет иметь неравномерную нагрузку. Это, в свою очередь, приводит к локальной перегрузке подшипниковой опоры и уменьшению ее жесткости. Кроме того, этот дефект проявляется в ухудшении точности по торцевому и радиальному биению всего вала.
Специалистам в данной области техники известны также, так называемые, "пазовые гайки" согласно DIN 981 и стопорные шайбы согласно DIN 5406. Эти стопорные шайбы на внутреннем диаметре содержат выступ, который взаимодействует с геометрическим замыканием с продольным пазом вала и, таким образом, препятствует проворачиванию стопорной шайбы относительно вала. Если подшипниковая опора установлена при помощи затягивания пазовой гайки, выступ, расположенный на наружном диаметре стопорной шайбы, изгибается таким образом, чтобы он входил в зацепление с одним из пазов, предусмотренных на наружном диаметре соответственно установленной пазовой гайки.
В такой системе защита с геометрическим замыканием от проворачивания пазовой гайки осуществляется в два этапа или в два шага. Шаг 1: стопорная шайба при помощи внутренних выступов соединяется с геометрическим замыканием с валом. Шаг 2: стопорная шайба при помощи одного из наружных выступов соединяется с геометрическим замыканием с гайкой. Недостаток этой системы состоит в том, что пазовая гайка может закрепляться не во всех угловых положениях относительно шпинделя, поскольку всегда должна быть установлена совпадающая угловая позиция выступа и паза. Поэтому базовый зазор или предварительное натяжение подшипниковой опоры может быть установлено только с относительно большими дискретными шагами, а не непрерывно и с достаточной точностью.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение установочного элемента, который может быть защищен от проворачивания без оказания влияния на ранее установленное предварительное натяжение подшипниковой опоры.
Эта задача решена согласно изобретению при помощи сборного установочного элемента, содержащего кольцеобразное базовое тело, стопорное кольцо и по меньшей мере один зажимной элемент (зажимной винт или резьбовую шпильку), при этом базовое тело содержит плоскую поверхность и резьбу, и при этом защита от проворачивания между стопорным кольцом и валом или корпусом (шаг 1) выполнена с помощью геометрического замыкания, а защита от проворачивания между стопорным кольцом и гайкой или резьбовым кольцом (шаг 2) - с помощью разъемного силового замыкания.
Принцип изобретения может быть также использован таким образом, чтобы защита от проворачивания между стопорным кольцом и валом или корпусом (шаг 1) осуществлялась с помощью разъемного силового замыкания, а защита от проворачивания между стопорным кольцом и гайкой или резьбовым кольцом (шаг 2) - с помощью геометрического замыкания.
Согласно изобретению с помощью разъемного силового замыкания между стопорным кольцом и базовым телом или стопорным кольцом и валом или корпусом можно предотвратить проворачивание этих конструктивных элементов после установки подшипника в любом угловом положении, при этом вследствие геометрического замыкания между стопорным кольцом и валом или стопорным кольцом и корпусом согласно изобретению силовой поток при создании силового замыкания не проходит через гайку и вал или резьбовое кольцо и корпус и поэтому не оказывает влияния на их относительное положение. Во многих случаях достаточно одного или нескольких дугообразных сегментов, чтобы реализовать достоинства изобретения. Поэтому такой сегмент также является стопорным кольцом в смысле настоящего изобретения.
Силовое замыкание предпочтительно создается одним или несколькими зажимными винтами, которые взаимодействуют с резьбовыми отверстиями в базовом теле, при этом обе части притягиваются друг к другу. Необходимое для этого усилие прижима может быть подведено при помощи зажимных винтов без деформации базового тела. Зажимные винты и соответствующие резьбовые отверстия могут быть расположены параллельно центральной оси базового тела или под углом между 10°, 20° или 30°. Они могут быть также расположены радиально.
Для получения разъемного силового замыкания между стопорным кольцом и валом или корпусом могут быть также использованы резьбовые шпильки.
Согласно изобретению, силовой поток при прижатии стопорного кольца к базовому телу при помощи зажимных винтов проходит исключительно внутри трех конструктивных элементов: стопорного кольца, базового тела и зажимных винтов. Корпус, вал или шпиндель и их подшипниковая опора не испытывают влияния или ухудшения со стороны замкнутого силового потока согласно изобретению. То же самое справедливо и в случае, если базовое тело выполнено в виде резьбового кольца и содержит наружную резьбу. Иными словами, создание силового замыкания согласно изобретению не изменяет ранее выполненной установки подшипниковой опоры.
Благодаря конструкции зажима согласно изобретению, стопорное кольцо можно в любой позиции соединять с базовым телом с защитой от проворота, не изменяя позицию установочного элемента на валу или в корпусе. Зажим согласно изобретению также не оказывает влияния на ориентацию плоской поверхности установочного элемента. В результате, таким образом можно обеспечить чрезвычайно точную установку зазора в подшипнике или предварительного натяжения подшипниковой опоры вала. После выполнения установки затягивание зажимных винтов больше не оказывает влияния на нее. Поэтому, благодаря применению установочных элементов согласно изобретению, можно безопасно, воспроизводимо и надежно осуществлять установку зазора в подшипнике или предварительного натяжения подшипниковой опоры. Конструктивные изменения устанавливаемого вала или шпинделя или корпуса, в котором размещаются подшипники, не требуются.
Кроме того, защита от проворачивания согласно изобретению легко демонтируется и может снова использоваться, например, после замены подшипника.
Диаметр окружности центров отверстий, на которой расположено по меньшей мере одно резьбовое отверстие по меньшей мере для одного зажимного винта, находится внутри следующих границ. Он больше, чем наружный диаметр стопорного кольца с прибавлением номинального диаметра резьбового отверстия. С другой стороны, диаметр окружности центров отверстий меньше, чем наружный диаметр стопорного кольца с прибавлением диаметра головки зажимного винта, ввинчиваемого в резьбовое отверстие.
В результате ввинчивания зажимных винтов в резьбовые отверстия и последующего затягивания стопорное кольцо прижимается или зажимается в осевом направлении к базовому телу установочного элемента. При этом возникает фрикционная защита от проворачивания. Это зажатие может быть осуществлено в любой (угловой) позиции стопорного кольца относительно базового тела установочного элемента.
Соответствующим образом это можно также осуществлять для установочных элементов с наружной резьбой (резьбовых колец). В этом случае указанная резьба представляет собой наружную резьбу.
Поскольку зажимные винты в обоих вариантах осуществления ориентированы параллельно или даже под углом к продольной оси внутренней резьбы или наружной резьбы, затягивание зажимных винтов и, таким образом, защиту от проворачивания установочного элемента, можно легко осуществить с торцевой стороны вала или шпинделя. При монтаже или при установке подшипниковых опор шпинделя это является достоинством, которое нельзя недооценивать.
Для крепления стопорного кольца предпочтительно предусмотрено два, три или даже более резьбовых отверстий и зажимных винтов или резьбовых шпилек. При этом обеспечивается еще более надежная защита от проворачивания, а силы, создаваемые за счет зажатия в стопорном кольце и в базовом теле, равномерно распределяются по периметру. Путем надлежащей последовательности и регулирования моментов затягивания зажимных винтов можно получить зажатие стопорного кольца, абсолютно исключающее проворот, поскольку при этом моменты сил трения под головками винтов всегда значительно меньше, чем моменты сил трения между валом и базовым телом.
Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, чтобы на зажимных винтах была установлена зажимная пластина. Когда зажимные винты затягиваются, зажимные пластины прижимают стопорное кольцо к базовому телу установочного элемента и обеспечивают, таким образом, защиту от проворачивания с силовым замыканием. Для того чтобы исключить любое обратное воздействие затягивания зажимных винтов на ранее установленный зазор в подшипнике или предварительное натяжение подшипниковой опоры, в другом варианте осуществления зажимные пластины закрепляются на базовом теле с геометрическим замыканием от проворачивания. Такое геометрическое замыкание можно получить, например, при помощи одного или двух выступов на зажимных пластинах, которые входят в ответные углубления, предусмотренные в базовом теле установочных элементов. Таким образом, обеспечивается защита от проворачивания с геометрическим замыканием зажимных пластин относительно базового тела и, следовательно, также относительно стопорного кольца.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один зажимной винт содержит головку с контактной поверхностью в форме усеченного конуса (винт с потайной головкой). При этом контактная поверхность в форме усеченного конуса при затягивании зажимного винта создает точечную пластическую деформацию стопорного кольца, и, таким образом, дополнительно к фрикционному зажатию возникает также защита от проворачивания с геометрическим замыканием между базовым телом и стопорным кольцом. Кроме того, при этом обеспечивается закрепление зажимных винтов от нежелательного отвинчивания. Эта дополнительная защита может быть реализована в виде тщательного конструктивного исполнения без дополнительных затрат.
Чтобы обеспечить максимально возможное хорошее центрирование стопорного кольца относительно базового тела, на торцевой поверхности базового тела предусмотрена выемка. Диаметр этой выемки согласован с наружным диаметром стопорного кольца. Эта выемка расположена соосно с внутренней или наружной резьбой установочного элемента. Она центрирует стопорное кольцо по всему его периметру.
В качестве альтернативы центрирование может быть также осуществлено при помощи стержней зажимных винтов. При этом выемка может быть исключена. Если стопорное кольцо имеет достаточную толщину, центрирование может быть также осуществлено при помощи наружной резьбы вала или внутренней резьбы корпуса. В этом случае предпочтительно, чтобы толщина стопорного кольца по меньшей мере в 1,5 раза превышала шаг резьбы установочного элемента или вала.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, чтобы по меньшей мере одно из резьбовых отверстий проходило радиально, чтобы стопорное кольцо содержало цилиндрический участок по меньшей мере с одним удлиненным отверстием, проходящим в окружном направлении, и чтобы по меньшей мере один зажимной винт ввинчивался через удлиненное отверстие в радиально проходящее резьбовое отверстие. Такой доступ к одному или более зажимным винтам во многих вариантах применения является более подходящим, чем доступность с торцевой стороны. В этом варианте осуществления достоинства изобретения могут быть также реализованы в полном объеме.
Установочный элемент может быть выполнен в виде пазовой гайки, гайки с радиальными отверстиями, гайки с торцевыми отверстиями или шестигранной гайки. Все известные из уровня техники возможности ключа для передачи вращающего момента от инструмента к гайке или к резьбовому кольцу могут быть использованы в установочных элементах согласно изобретению.
Чтобы исключить проворачивание установочного элемента со стопорным кольцом относительно вала/корпуса, на внутреннем диаметре или в случае резьбового кольца - на наружном диаметре стопорного кольца предусмотрен геометрически замыкающий элемент. Этот геометрически замыкающий элемент предпочтительно представляет собой выступ, который вместе с продольным пазом устанавливаемого вала или корпуса обеспечивает геометрическое замыкание, препятствующее проворачиванию. Поскольку стопорное кольцо и базовое тело в любом угловом положении относительно друг друга могут быть закреплены с силовым замыканием для предотвращения проворачивания, установочный элемент согласно изобретению может быть закреплен в любой осевой позиции, чтобы препятствовать проворачиванию относительно вала или корпуса. При затягивании зажимных винтов ранее осуществленная установка подшипниковой опоры вала в корпусе не изменяется.
Геометрически замыкающий элемент или выступ может проходить от внутреннего диаметра радиально внутрь или от наружного диаметра радиально наружу. Эти выступы известны, как таковые, и используются для стопорных шайб согласно DIN 5406.
Защита от проворачивания согласно изобретению осуществляется, как известно, в два этапа. Защита от проворачивания с геометрическим замыканием между стопорным кольцом и валом реализуется при помощи выступа и продольного паза, выполненного на валу. Защита от проворачивания с силовым замыканием между стопорным кольцом и базовым телом установочного элемента реализуется при помощи зажимных винтов согласно изобретению.
Если на наружном диаметре вала нет места для нанесения продольного паза, на торцевой стороне вала можно предусмотреть одно или несколько углублений. В эти торцевые углубления могут быть введены с геометрическим замыканием выступы стопорного кольца, если один или более выступов будут изогнуты таким образом, чтобы они проходили в осевом направлении.
Указанные выступы обычно имеют две параллельные боковые стороны, которые с небольшим зазором вводятся в продольный паз вала. В результате обеспечивается незначительный боковой зазор и, благодаря обычно применяемой резьбе с мелким шагом, очень небольшое осевое воздействие. Этот боковой зазор и, следовательно, осевое воздействие, могут быть устранены, если один или более указанных выступов содержат две клинообразные боковые стороны, которые имеют такие размеры, чтобы они приводили к небольшому распружиниванию стопорного кольца, когда выступы вводятся в продольные пазы вала. Вследствие этого такая защита от проворачивания с геометрическим замыканием обеспечивает абсолютное отсутствие зазора. Пружинящие силы, действующие при этом между валом и стопорным кольцом, оказывают лишь очень малое влияние на положение базового тела.
Один или более выступов могут также содержать вырез, который вместе со штифтом или выступом вала (например, на торцевой стороне) обеспечивает защиту от проворачивания с геометрическим замыканием между валом и стопорным кольцом. В этом случае также может быть реализована защита от проворачивания между установочным элементом и валом с очень небольшим зазором.
Стопорное кольцо может быть также выполнено в виде кругового сегмента.
Другие достоинства и предпочтительные варианты осуществления следуют из прилагаемых чертежей, их описания и формулы изобретения. Все признаки, раскрытые на чертежах, в их описании и в формуле изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации, могут представлять собой существенные признаки изобретения.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1-22 - варианты осуществления установочных элементов согласно изобретению и
ФИГ. 23 - приводной держатель инструмента с установочным элементом согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На всех чертежах для одинаковых конструктивных элементов использованы одинаковые ссылочные номера. Для наглядности не на всех чертежах и видах указаны все ссылочные номера.
На ФИГ. 1а показан вид спереди варианта осуществления установочного элемента согласно изобретению и вид сбоку в разрезе в качестве изображения на разнесенном виде. При помощи этой ФИГ. 1а поясняются важнейшие конструктивные элементы и функциональные поверхности сборного установочного элемента согласно изобретению.
Установочный элемент, представленный на ФИГ. 1а, выполнен в виде гайки 1. Точнее, речь идет о пазовой гайке с четырьмя пазами 3, расположенными по ее периметру. При помощи крючкового ключа (не показан), который вставляется в пазы 3, гайку 1 можно поворачивать.
Гайка 1 или установочный элемент содержит базовое тело 21, которое имеет плоскую поверхность 5, противоположную ей торцевую поверхность 7, внутреннюю резьбу 9, наружный диаметр 11, выемку 13 и несколько резьбовых отверстий 23. Если установочный элемент представляет собой резьбовое кольцо, то оно имеет наружную резьбу 80 (см. ФИГ. 1b).
В области торцевой поверхности 7 находится выемка 13. Указанная выемка 13 расположена концентрично относительно внутренней резьбы 9 и служит для установки стопорного кольца 15 согласно изобретению.
С базовым телом 21 взаимодействует стопорное кольцо 15, которое содержит выступ 17, внутренний диаметр 19 и наружный диаметр 25. Стопорное кольцо 15 в данном варианте осуществления имеет круговой наружный диаметр 25, т.е. не содержащий выступов и углублений. На внутреннем диаметре 19 стопорного кольца 15 выполнен выступ 17. Этот выступ 17 в смонтированном состоянии входит в продольный паз вала. В результате возникает соединение с геометрическим замыканием без возможности поворота между стопорным кольцом 15 и указанным валом. Гайка 1, т.е. установочный элемент, в свою очередь, навинчивается на вал.
Диаметр вспомогательной выемки 13 выбран таким образом, чтобы наружный диаметр 25 стопорного кольца 15 мог входить в выемку 13.
Внутренний диаметр 19 стопорного кольца 15 несколько больше, чем номинальный диаметр наружной резьбы не показанного вала. Стопорное кольцо 15 в этом варианте осуществления не центрируется по резьбе вала; центрирование стопорного кольца 15 осуществляется при помощи выемки 13 в базовом теле 21 гайки 1 или установочного элемента. В этом варианте осуществления глубина выемки 13 меньше или равна толщине стопорного кольца 15.
На торцевой поверхности базового тела 21 в этом варианте осуществления распределены четыре резьбовых отверстия 23, продольные оси которых проходят параллельно продольной оси внутренней резьбы 9.
Lk
Диаметр D окружности LK центров отверстий предпочтительно расположен внутри следующих границ.
Lk
Центральные оси резьбовых отверстий 23 расположены на окружности LK центров отверстий, диаметр D которой больше, чем наружный диаметр 25 стопорного кольца 15 с прибавлением номинального диаметра 27 зажимного винта 29.
Lk
Диаметр D окружности LK центров резьбовых отверстий 23 меньше, чем наружный диаметр 25 стопорного кольца 15 с прибавлением диаметра 31 головки 33 зажимных винтов 29. При этом стопорное кольцо 15 удерживается в осевом направлении зажимными винтами 29, когда они не затянуты и позволяют осуществлять свободное вращение стопорного кольца 15.
Кроме того, путем затягивания зажимных винтов 29 обеспечивается прижатие стопорного кольца 15 к базовому телу 21, поскольку внутренние части головок 33 зажимных винтов 29 прижимаются к стопорному кольцу 15, когда затягиваются зажимные винты 29. Это показано на виде спереди гайки 1 с установленным стопорным кольцом 15.
В этом варианте осуществления задача выемки 13 заключается в том, чтобы установить стопорное кольцо 15 концентрично относительно внутренней резьбы 9 базового тела 21. Выемка 13 может быть также исключена. Тогда центрирование стопорного кольца 15 обеспечивают стержни зажимных винтов 29 (см. также ФИГ. 7 и 8). При этом диаметр DLK окружности LK центров отверстий лишь незначительно больше, чем наружный диаметр 25 стопорного кольца 15 плюс номинальный диаметр 27 зажимных винтов 29. В этом случае стержни зажимных винтов 29 центрируют стопорное кольцо 15 относительно резьбы 9 базового тела 21.
На ФИГ. 1а в качестве примера установочный элемент показан в виде гайки 1 с внутренней резьбой 9. Однако защиту от проворачивания согласно изобретению можно также реализовать с резьбовым кольцом 79, которое содержит наружную резьбу 80 на наружном диаметре 11 базового тела 21. На ФИГ. 1b показано резьбовое кольцо 79 с наружной резьбой 80. Из сравнения ФИГ. 1а и 1b очевидным является сходство установочных элементов согласно изобретению.
В этой конфигурации выступ 17 расположен на наружном диаметре. На переходе между торцевой поверхностью 7 и наружным диаметром имеется вспомогательная выемка 13, которая центрирует стопорное кольцо 15 по его внутреннему диаметру.
Резьбовое кольцо 79 на торцевой поверхности 7 содержит захватные элементы, которые выполнены здесь в виде отверстий 75. В эти захватные элементы может быть вставлен соответствующий инструмент для того, чтобы поворачивать резьбовое кольцо 79 и, таким образом, осуществлять установку подшипниковой опоры.
Конструктивные детали и достоинства изобретения поясняются далее, в основном, применительно к различным вариантам осуществления гайки 1 с внутренней резьбой 9. Однако специалисты в данной области техники могут просто перенести их на резьбовое кольцо 79 с наружной резьбой 80, аналогичное ФИГ. 1b.
На ФИГ. 2 в качестве примера показаны различные виды гайки 1 со стопорным кольцом 15 согласно изобретению в установочном положении. Как наиболее наглядно показано в увеличенном масштабе на фрагменте Z, базовое тело 21 гайки 1 внутренней резьбой 9 навинчено на наружную резьбу шпинделя или вала 35. Для наглядности ссылочные номера для наружной резьбы вала 35 и внутренней резьбы 9 базового тела 21 не указаны.
Как следует далее из фрагмента Z, плоская поверхность 5 гайки 1 прилегает к внутреннему кольцу 37 подшипника 39 качения. Гайка 1 прижимает внутреннее кольцо 37 к буртику или заплечику 41 вала 35. Иными словами, подшипник 39 качения в этом варианте осуществления закреплен на валу в качестве неподвижной опоры.
В этом варианте осуществления зажимной винт 29 выполнен в виде винта с потайной головкой. Поэтому резьбовые отверстия 23 в базовом теле 21 снабжены соответствующей конической раззенковкой. Стопорное кольцо 15 не содержит таких конических фасок. Более того, потайные головки зажимных винтов 29 при затягивании локально и пластически деформируют стопорное кольцо 15. Эта деформация представлена на фрагменте Z. Она образует дополнительное соединение с геометрическим замыканием и защиту от проворачивания между стопорным кольцом 15 и зажимным винтом 29. Кроме того, она препятствует самопроизвольному отвинчиванию зажимных винтов 29, т.е. действует также в качестве резьбового фиксатора.
Как можно видеть из изометрии и разреза на ФИГ. 2, выступ 17 стопорного кольца 15 входит в продольный паз 43 вала 35 без возможности поворота, но с возможностью перемещения в осевом направлении, поэтому в результате затягивания зажимных винтов 29 возникает защита с геометрическим замыканием и фрикционная защита от проворачивания гайки 1 относительно вала 35.
Прижатие стопорного кольца 15 к базовому телу 21 при помощи зажимных винтов 29 приводит к возникновению замкнутого силового потока между базовым телом 21, стопорным кольцом 15 и зажимными винтами 29. Этот силовой поток условно показан на фрагменте Z штрихпунктирной линией.
Это зажимное действие не оказывает влияния на внутреннюю резьбу 9 гайки 1 и наружную резьбу вала 35. Поэтому осевая сила, прикладываемая гайкой 1 через плоскую поверхность 5 к внутреннему кольцу 37 подшипника 39 качения, не изменяется вследствие зажимного действия. Иными словами, затягивание зажимных винтов 29 не оказывает влияния на позицию гайки 1 относительно вала 35 или внутреннего кольца 37 подшипника 39 качения. Это является достоинством установочного элемента согласно изобретению.
Еще одно достоинство состоит в том, что прижатие между внутренним кольцом 15 и базовым телом 21 может быть прекращено в любой момент путем отвинчивания зажимных винтов 29. При этом ослабляется фрикционное замыкание между стопорным кольцом 15 и базовым телом 21 гайки 1, а также вспомогательное геометрическое замыкание между потайными головками зажимных винтов 29 и стопорным кольцом 15.
Как правило, стопорное кольцо 15 с пластической деформацией, создаваемой зажимными винтами 29, заменяют после употребления.
В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 2, на валу 35 выточен продольный паз 43, который обеспечивает соединение с геометрическим замыканием с выступом 17 стопорного кольца 15. Стопорное кольцо 15 сохраняет возможность перемещения в осевом направлении, однако, проворачиванию стопорного кольца 15 относительно вала 35 препятствует геометрическое замыкание.
На ФИГ. 2 также можно видеть, что продольный паз 43 заканчивается до конца вала 35. Для того чтобы надвинуть стопорное кольцо на вал, необходимо устанавливать его путем соосного перемещения. Это означает, что диаметр вписанной окружности между выступом 17 и внутренним диаметром 19 стопорного кольца должен быть больше или по меньшей мере равен диаметру вала. В этом случае стопорное кольцо можно соосно надвигать на вал до тех пор, пока выступ 17 не войдет в продольный паз 43. Затем стопорное кольцо можно соосно переместить в выемку 13 базового тела 21. После этого при таком монтаже, как правило, устанавливают зажимные винты. При этом в зависимости от геометрической формы конструктивных элементов можно частично или даже по всему периметру установить радиальный монтажный зазор при слегка ослабленных зажимных винтах 29.
На ФИГ. 3 показан несколько упрощенный вариант осуществления, в котором вместо продольного паза 43 на валу 35 имеется радиальное углубление 45 или коническая фаска. Это углубление 45 может быть выполнено, например, при помощи спирального сверла.
На ФИГ. 4 продольный паз 43 является открытым до торцевой стороны вала 35. Этот вариант является особенно простым с технологической точки зрения. В вариантах осуществления, показанных на ФИГ. 2, 3 и 4, не требуется каких-либо изменений установочного элемента согласно изобретению. Отличия относятся к валу 35.
На ФИГ. 5 показан другой вариант осуществления, в котором выступ 17 вначале проходит радиально внутрь, а затем - в осевом направлении, т.е. загибается примерно на 90°. Конец выступа 17, проходящий в осевом направлении, входит в углубление 45, предусмотренное на торцевой стороне вала 45, и образует при этом требуемое геометрическое замыкание, таким образом, стопорное кольцо 15 закрепляется, чтобы предотвратить проворачивание относительно вала 35. Этот вариант осуществления является особенно предпочтительным, если выполнение пазов или отверстий на периметре вала нежелательно или невозможно.
Выступ 17 предпочтительно является упругим, поэтому через него может передаваться лишь пренебрежимо малое усилие в радиальном направлении от вала к стопорному кольцу. Таким образом, в данном варианте осуществления все достоинства изобретения также реализуются в полном объеме.
На ФИГ. 6 показан другой вариант осуществления, в котором геометрическое замыкание между валом 35 и стопорным кольцом 15 также осуществляется при помощи торцевой стороны вала 35. В этом варианте осуществления на торцевой стороне вала 35 запрессован штифт 47, который выступает над торцевой стороной вала 35 в осевом направлении. Этот штифт 47 вместе с вырезом 49 в выступе 17 образует соединение с геометрическим замыканием, которое препятствует проворачиванию стопорного кольца 15 относительно вала 35.
Ширина выреза 49 согласована с диаметром штифта 47 таким образом, чтобы обеспечить, по возможности, беззазорное геометрическое замыкание в тангенциальном направлении стопорного кольца 15. Вырез 49 предпочтительно выполнен таким образом, что его длина в радиальном направлении превышает диаметр штифта 47. В результате этого в радиальном направлении имеется зазор между штифтом 47 и вырезом 49, поэтому между стопорным кольцом 15 и валом 35 не может возникнуть натяжение и передача сил.
На ФИГ. 7 представлен вариант осуществления, в котором стопорное кольцо 15 центрируется при помощи стержней зажимных винтов 29. Задание направления или центрирование может также осуществляться при помощи потайной головки 33 зажимных винтов 29. В этом варианте осуществления три или более зажимных винтов 29 должны быть распределены по периметру, чтобы обеспечить достаточно точное центрирование стопорного кольца 15 относительно базового тела 21 гайки 1.
На ФИГ. 8 представлен вариант осуществления, в котором центрирование стопорного кольца 15 осуществляется при помощи выступа 17. Выступы 17 входят в зацепление с ответными формованными выемками 51 на торцевой стороне вала 35. При этом происходит центрирование стопорного кольца 15. В этом варианте осуществления достаточно, чтобы по меньшей мере два выступа 17, расположенных со смещением на 180°, входили в две выемки 51. Разумеется, возможны также варианты осуществления более чем с двумя выступами 17, и более чем с двумя выемками 51, которые осуществляют центрирование стопорного кольца 15.
Таким образом, обеспечивается позиционирование/центрирование стопорного кольца 15 относительно вала 35 при отсутствии прямого контакта между наружным диаметром вала 35 и внутренним диаметром стопорного кольца 35. Кроме того, от стопорного кольца на базовое тело 21 не передается радиальное усилие, которое приводит к перемещению базового тела 21 на валу 35.
В этом варианте осуществления зажимные винты 29 выполнены в виде "обычных" винтов, т.е. без потайной головки. При затягивании зажимных винтов 29 возникает фрикционное осевое сжатие между стопорным кольцом 15 и базовым телом 21 гайки 1.
На ФИГ. 9а представлен вариант осуществления, в котором стопорное кольцо 15 центрируется при помощи его внутреннего диаметра на наружной резьбе 53 вала 35. В этом варианте осуществления целесообразно, чтобы толщина стопорного кольца 15, т.е. его размер в осевом направлении вала 35, был больше, чем шаг наружной резьбы вала 35. В этом случае исключается заедание стопорного кольца 15 на наружной резьбе 53. На фрагменте Z наружная резьба вала 35 обозначена ссылочным номером 53.
На ФИГ. 9b показана ситуация, где стопорное кольцо 15 находится на участке вала 35, на котором отсутствует наружная резьба 53, но который имеет несколько уменьшенный диаметр, и поэтому образована цилиндрическая опорная поверхность для центрирования стопорного кольца 15.
На ФИГ. 10, 11 и 12 представлены различные варианты осуществления выступа 17. На ФИГ. 10 между боковыми сторонами продольного паза 43 и боковыми сторонами выступа 17 в окружном направлении имеется небольшой зазор. Во многих областях применения этот незначительный круговой зазор является допустимым.
На ФИГ. 11 представлен вариант осуществления, в котором боковые стороны выступа 17 имеют клинообразную форму. Размеры клинообразных боковых сторон выбраны таким образом, чтобы эти боковые стороны, подпружиненные в определенной степени, прилегали сверху на углах продольного паза 43 к диаметру вала. При этом обеспечивается беззазорное геометрическое замыкание в тангенциальном направлении между выступом 17 и продольным пазом 43 вала.
Такой же эффект, однако, с увеличенной контактной поверхностью между выступом 17 и продольным пазом 43 получается, если боковые стороны продольного паза 43 также расположены клинообразно относительно друг друга и параллельно клинообразным боковым сторонам выступа 17. Этот вариант осуществления представлен на ФИГ. 12.
На ФИГ. 13 на фрагменте X показана уже многократно описанная пластическая деформация 57 на наружной кромке стопорного кольца 15, возникающая в результате затягивания зажимных винтов 29 с потайной головкой. При этом образуется дополнительное геометрическое замыкание между зажимными винтами 29 и стопорным кольцом 15.
На ФИГ. 14 представлен вариант осуществления, в котором под головкой 33 зажимных винтов 29 предусмотрена зажимная пластина 59. Зажимная пластина 59 функционирует аналогично зажимной лапке и прижимает стопорное кольцо 15 в осевом направлении к ответной опорной поверхности базового тела 21 гайки 1.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения зажимные пластины 59 на стороне, обращенной к базовому телу 21, содержат один или два выступа 61. Эти выступы 6 входят в ответные углубления 63, предусмотренные на торцевой стороне базового тела 21. Таким образом, обеспечивается защита от проворачивания зажимных пластин 59, и зажимные пластины 59 не проворачиваются при затягивании зажимных винтов 29.
На ФИГ. 15 представлен еще один вариант осуществления, в котором стопорное кольцо 15 проходит в осевом направлении. Стопорное кольцо 15 содержит кольцеобразную площадку с примыкающей к ней цилиндрической частью 65. Цилиндрическая часть 65 окружает базовое тело 21 гайки 1.
В цилиндрической части 65 имеется окружной паз 67. Через этот окружной паз 67 проходит зажимной винт 29, который ввинчен в радиальное резьбовое отверстие, предусмотренное в базовом теле 21 гайки 1. На ФИГ. 15 представлен только сегмент (с дугой примерно 45°) стопорного кольца 15 и цилиндрической части 65.
Во многих вариантах осуществления достаточно установить такой сегмент в качестве стопорного кольца. Однако возможно также, использование стопорного кольца, как и в других вариантах осуществления, в виде замкнутого круга, как показано на ФИГ. 16.
Если по периметру базового тела 21 имеется множество радиально проходящих резьбовых отверстий 69 и расстояние между ними меньше, чем тангенциальное протяжение окружного паза 67, стопорное кольцо 15 в этом варианте осуществления также может быть закреплено при помощи зажимных винтов 29 в любой угловой позиции на базовом теле 21.
В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 16, стопорное кольцо 15 с цилиндрической частью 65 представлено в виде замкнутого тела.
В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 17, цилиндрическое базовое тело 21 гайки на наружном диаметре не имеет пазов или отверстий, поэтому наружный диаметр базового тела 21 может быть использован в качестве уплотняющей поверхности, которая взаимодействует, например, с радиальным уплотнением 71 вала или также с не показанным щелевым уплотнением.
Для того чтобы создать в базовом теле 21 крутящий момент, необходимый для установки гайки 1, на торцевой стороне базового тела могут быть предусмотрены захватные элементы, выполненные в данном случае в виде отверстий 75. В этих захватных элементах может быть установлен соответствующий инструмент, который позволяет проворачивать гайку 1 относительно вала 35.
Благодаря варианту осуществления закрепления установочного элемента и вала/корпуса без поперечных усилий, при закреплении не происходит также радиального перемещения обоих конструктивных элементов относительно друг друга. Это является особым достоинством для уплотнения, поскольку позволяет ориентировать уплотняющие элементы соосно друг другу. Проблемы не герметичности, возникающие вследствие известной несоосной ориентации уплотнения и рабочей поверхности, в значительной степени уменьшаются.
На ФИГ. 18 показан еще один вариант осуществления на примере резьбового кольца 79 и корпуса 83, в котором базовое тело 21 установочного элемента на наружном диаметре содержит внешний зубчатый венец 77 с мелкими зубцами, который взаимодействует с ответным внутренним зубчатым венцом 81 стопорного кольца 15. В стопорном кольце 15 выполнен дугообразный окружной паз 67, через который зажимные винты 29 ввинчиваются в корпус 83. Стопорное кольцо 15 показано ФИГ. 18 сборным, однако, разумеется, оно может быть также, выполнено в виде цельного или/и замкнутого стопорного кольца 15.
В этом варианте осуществления установочный элемент выполнен в виде резьбового кольца 79 с наружной резьбой 80. Поэтому защита от проворачивания должна осуществляться между установочным элементом и корпусом 83, окружающим установочный элемент.
На ФИГ. 19 показан другой вариант осуществления, в котором стопорное кольцо 15 также имеет внутреннюю резьбу. Оба элемента навинчиваются на резьбу вала 35. Базовое тело 21 и стопорное кольцо 15 соединены друг с другом при помощи одного или нескольких элементов соединения с геометрическим замыканием. На ФИГ. 19 элементы соединения с геометрическим замыканием представлены в виде штифтов 84, которые запрессованы в отверстие стопорного кольца 15. Базовое тело 21 служит для точной установки подшипника 39, в то время как стопорное кольцо 15, соединенное штифтами 84 с базовым телом 21, обеспечивает защиту от проворачивания, например, при помощи радиально расположенных резьбовых шпилек 85. При этом, разумеется, могут быть использованы все возможные резьбовые фиксаторы, например, описанные в вышеуказанных патентах.
В этом варианте осуществления важно, чтобы стопорное кольцо и базовое тело согласно изобретению не прикладывали друг к другу сил при стопорении.
На фрагменте Z наглядно показано, что штифт 84 входит в карман 86 базового тела 21, длина которого в радиальном направлении больше, чем диаметр штифта 84. В тангенциальном направлении длина кармана 86 равна диаметру штифта 84. Штифты 84 соединяют стопорное кольцо 15 и базовое тело 21, образуя соединение с крутильной жесткостью. С другой стороны, соединение в радиальном и осевом направлении является настолько гибким, что изменение положения стопорного кольца 15 относительно вала 35, возникающее при затягивании резьбовых шпилек 85, не передается на базовое тело 21.
Вместо внутренней резьбы в стопорном кольце 15 может быть также предусмотрено простое цилиндрическое отверстие. При этом вал 35 вместо резьбы в области стопорного кольца 15 может также иметь только цилиндрическую часть.
На ФИГ. 20а представлен еще один вариант осуществления, в котором стопорное кольцо 15 и базовое тело 21 соединены друг с другом без возможности поворота. Это соединение осуществляется при помощи штифта 84, который проходит примерно параллельно продольной оси вала 35. Штифт 84 может быть запрессован в базовое тело 21 и с небольшим зазором вводиться в отверстие 87 стопорного кольца 15.
В этом варианте осуществления наиболее предпочтительно использовать только один штифт 84 в качестве элемента соединения с геометрическим замыканием. Зажимные винты 29 ввинчены в вал 35; между зажимными винтами 29 и внутренним диаметром стопорного кольца 15 имеется относительно большой люфт, поэтому радиальные усилия не передаются базовому телу 21 через зажимные винты 29 и стопорное кольцо 15. При этом осевые усилия, передаваемые через штифт 84 от стопорного кольца 15 базовому телу 21, являются настолько малыми, что не могут оказывать негативного влияния на его вращение без торцевого биения.
На ФИГ. 20b представлен аналогично функционирующий вариант осуществления, в котором, однако, установочный элемент выполнен в виде резьбового кольца 79. Зажимные винты 29 ввинчиваются в корпус 83.
На ФИГ. 21 представлен еще один вариант осуществления, в котором стопорное кольцо 15 устанавливается или центрируется в выемке 13, предусмотренной в базовом теле 21. Зажимные винты 29 расположены во внутренней части стопорного кольца 15 и позволяют вначале осуществлять частичный поворот в базовом теле 21. Однако, благодаря наличию в базовом теле 21 дополнительных резьбовых отверстий 23, возможно любое позиционирование, при этом для зажатия используются соответствующие свободные резьбовые отверстия 23.
На ФИГ. 22 представлен вариант осуществления, в котором зажимные винты 29 установлены наклонно относительно продольной оси базового тела 21, чтобы обеспечить удобство доступа к ним. Во многих случаях применения, например, если перед зажимным винтом 29 расположено относительно большое зубчатое колесо, доступ к головкам зажимных винтов, параллельных оси, отсутствует. Угол наклона зажимных винтов 29 может составлять, например, 20°, 30° или 45°.
Кроме того, в соединении с потайными головками, благодаря наклонному расположению зажимных винтов, можно оптимизировать локальную деформацию между головкой винта и стопорным кольцом 15.
На ФИГ. 23 в качестве примера применения установочных элементов согласно изобретению показан инструмент 100 прямого привода с корпусом 83 и шпинделем 102.
Шпиндель 102 содержит на левом конце инструментное гнездо для обычного цангового патрона согласно ISO 15488, а на правом конце - муфту, которая является совместимой с приводом не показанного станка. Шпиндель 102 установлен с возможностью вращения в корпусе 83 при помощи двух радиально-упорных шариковых подшипников. О-образная схема установки подшипников шпинделя поддерживается при помощи установочного элемента согласно изобретению, в данном случае - гайки 1, без зазора в осевом направлении с целевым предварительным натяжением и закреплением в требуемой позиции при помощи стопорного кольца 15 с выступом 17 согласно изобретению. Детали установочного элемента согласно изобретению на этом чертеже не показаны. В этой связи следует обратиться к ФИГ. 1-2.
Если вместо радиально-упорных шариковых подшипников используются конические роликовые подшипники, то осевой зазор подшипниковой опоры может быть точно установлен и закреплен в требуемой позиции.