УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ С БЕСКОНТАКТНЫМ ЛАБИРИНТОМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SEALING ASSEMBLY WITH NON-CONTACT LABYRINTH (VERSIONS), AND ITS MANUFACTURING METHOD

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет на основании временной патентной заявки US 60/989190, поданной 20 ноября 2007 г., которая полностью вводится здесь ссылкой.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение относится в общем к узлам уплотнений и, более конкретно, к узлам бесконтактных уплотнений для роликовых подшипников.
2. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Известны уплотнения для необслуживаемых подшипниковых узлов с заданными зазорами и закладной смазкой. Такие подшипники могут быть установлены на шейке вала и внутри корпуса для обеспечения относительного вращения вала и корпуса. Такие подшипники получили широкое распространение в узлах осей железнодорожных вагонов, однако они используются и в других применениях, таких как, например, оси колес кранов, ролики рольгангов и даже рабочие валки прокатных станов. При использовании в конструкциях железнодорожных вагонов подшипники подвергаются сильному действию загрязнений, таких влага, грязь и обломочный материал. Для того чтобы обеспечить достаточно продолжительный срок службы подшипника, загрязнения должны быть отделены от смазки внутри подшипника. Соответственно, уплотнения в таких подшипниках имеют большое значение в продлении их срока службы.
[0004] Как известно, уплотнения для подшипников железнодорожных вагонов имеют внешний корпус, предназначенный для крепления к внешней обойме подшипника, и эластомерный уплотнительный элемент, соединенный с корпусом уплотнения. Уплотнительный элемент обычно проходит внутрь в радиальном направлении от внешнего корпуса возле части подшипника, в которой находится смазка, к первичной кромке, которая прижимается к проходящей в продольном направлении поверхности промежуточного (противоизносного) кольца, примыкающего к внутренней обойме подшипника. Уплотнительный элемент иногда содержит вторичные кромки, проходящие в продольном направлении возле внешней части подшипника, так что они опираются на проходящую в радиальном направлении часть промежуточного кольца. Для поддержания уплотняющего взаимодействия между первичной кромкой и промежуточным кольцом обычно используется пружинное кольцо, охватывающее первичную кромку для обеспечения плотного прилегания кромки к промежуточному кольцу. Вторичная кромка обычно поддерживается в контакте с промежуточным кольцом за счет упругости эластомерного материала, из которого изготовлен уплотнительный элемент. Поскольку первичная кромка прижата к промежуточному кольцу, то она в общем случае обеспечивает такую эффективную преграду, предотвращающую выход смазки изнутри подшипника по компенсационному кольцу, что вторичная кромка не получает достаточной смазки и перегревается. При этом вторичная кромка может затвердевать, в результате чего снижается общая эффективность уплотнения. Кроме того, трение, возникающее между первичной и вторичной уплотняющими кромками, с одной стороны, и промежуточным кольцом, с другой стороны, создает определенное сопротивление вращению, приводящее к нежелательному износу уплотнения и, соответственно, требующее дополнительной энергии для преодоления этого сопротивления, в результате чего снижается эффективность использования двигателя, приводящего вагон в движение.
[0005] Предлагаемое в настоящем изобретении уплотнение, обеспечивающее среди прочего экономический эффект от применения различных вариантов конструкции уплотнения, требует при работе гораздо меньшего момента по сравнению с традиционными уплотнениями, используемыми в железнодорожных подшипниках. Кроме того, предлагаемое уплотнение обеспечивает создание лабиринта постоянной ширины от внешней стороны уплотнения к внутренней стороне уплотнения для предотвращения проникновения загрязнений внутрь подшипника.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Одним из объектов изобретения является уплотнительный узел с бесконтактным лабиринтом, который содержит внешний жесткий держатель с внешней полкой, имеющей в целом цилиндрическую форму и проходящей в продольном направлении относительно центральной оси узла, и со стойкой, отходящей радиально внутрь от внешней полки в направлении центральной оси. К стойке прикрепляется объемный элемент с внешним в радиальном направлении выступом и внутренним в радиальном направлении выступом. Указанные выступы отходят в продольном направлении от стойки в сторону внешнего пространства узла, причем внешний в радиальном направлении выступ отходит наружу в сторону от центральной оси, в результате чего формируется первый кольцевой канал между указанными выступами и второй кольцевой канал между внешним в радиальном направлении выступом и стойкой. Первый кольцевой канал обращен в продольном направлении в сторону внешнего пространства узла, и второй кольцевой канал обращен в радиальном направлении наружу, в сторону от центральной оси. В состав узла также входит муфта с цилиндрической стенкой, проходящей в продольном направлении, и первым кольцевым фланцем, отходящим наружу в радиальном направлении от указанной стенки. Первый фланец имеет кольцевой выступ, входящий в продольном направлении в первый кольцевой канал, в результате чего формируется бесконтактный лабиринт, проходящий по извилистому пути между выступами объемного элемента и кольцевым выступом.
[0007] Другим объектом изобретения является узел бесконтактного лабиринтного уплотнения железнодорожного роликового подшипника, который содержит внешний жесткий держатель с внешней полкой, имеющей в целом цилиндрическую форму и проходящей в продольном направлении относительно центральной оси узла, и со стойкой, отходящей радиально внутрь от внешней полки в направлении центральной оси. К стойке прикрепляется объемный уплотнительный элемент. Объемный уплотнительный элемент имеет внешний в радиальном направлении выступ и внутренний в радиальном направлении выступ, отходящие в продольном направлении от стойки наружу от уплотняемого пространства (в сторону внешнего пространства узла) и отходящие в сторону друг от друга с формированием первого кольцевого канала между указанными выступами и второго кольцевого канала между внешним в радиальном направлении выступом и стойкой. В состав узла также входит муфта с цилиндрической стенкой и первым кольцевым фланцем, отходящим наружу в радиальном направлении от указанной стенки. Первый фланец имеет кольцевой выступ, входящий в продольном направлении в первый кольцевой канал между выступами уплотнительного объемного элемента, не касаясь стенок этих выступов, с формированием бесконтактного лабиринта, имеющего в целом -образную форму и проходящего по извилистому пути между этими выступами и кольцевым выступом.
[0008] Еще одним объектом изобретения является узел бесконтактного лабиринтного уплотнения железнодорожного роликового подшипника. Узел уплотнения содержит внешний жесткий держатель с внешней полкой, имеющей в целом цилиндрическую форму и проходящей в продольном направлении относительно центральной оси узла, и со стойкой, отходящей радиально внутрь от внешней полки в направлении центральной оси. В состав узла также входит муфта с цилиндрической стенкой и кольцевым выступом, отходящим наружу в радиальном направлении от указанной стенки. Кроме того, в состав узла входит объемный уплотнительный элемент, прикрепленный к одной из двух частей, которыми являются стойка и кольцевой выступ, и отходящий в направлении другой части, причем указанный элемент не касается этой другой части, чтобы формировался бесконтактный уплотнительный лабиринт между уплотняемым пространством и внешним пространством узла уплотнения.
[0009] Еще одним объектом изобретения является способ изготовления уплотнительного узла с полностью бесконтактным лабиринтом. Способ включает формирование внешнего жесткого держателя с внешней полкой, имеющей в целом цилиндрическую форму и проходящей в продольном направлении относительно центральной оси узла, и со стойкой, отходящей радиально внутрь от внешней полки в направлении центральной оси. Способ включает также формирование муфты, имеющей цилиндрическую стенку с кольцевым выступом, отходящим наружу в радиальном направлении от этой стенки. Способ включает также прикрепление объемного уплотнительного элемента по меньшей мере к одной из двух частей, которыми являются стойка и кольцевой выступ, чтобы он отходил в направлении другой части, причем указанный элемент не касается этой другой части, чтобы формировался бесконтактный уплотнительный лабиринт между уплотняемым пространством и внешним пространством уплотнительного узла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00010] Эти и другие объекты, признаки, достоинства и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после ознакомления с нижеприведенным подробным описанием предпочтительных вариантов осуществления изобретения, с нижеприведенной формулой и прилагаемыми чертежами, на которых показано:
[00011] фигура 1 - частичный вид продольного сечения вала и узла роликового подшипника с узлом бесконтактного лабиринтного уплотнения, выполненного в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения;
[00012] фигура 2 - увеличенный вид сечения узла бесконтактного лабиринтного уплотнения фигуры 1;
[00013] фигура 3 - частичный вид продольного сечения вала и узла роликового подшипника с узлом бесконтактного лабиринтного уплотнения, выполненного в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения;
[00014] фигура 4 - вид продольного сечения подшипникового узла с узлом бесконтактного лабиринтного уплотнения, выполненного в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения;
[00015] фигура 4A - увеличенный вид сечения узла бесконтактного лабиринтного уплотнения фигуры 4;
[00016] фигура 4B - увеличенный вид сечения узла бесконтактного лабиринтного уплотнения, выполненного в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения;
[00017] фигура 4C - увеличенный вид сечения узла бесконтактного лабиринтного уплотнения, устроенного в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00018] На фигуре 1 приведен вид узла 10 необслуживаемого подшипника с заданным зазором и закладной смазкой, установленного на шейке 12 вала или оси 14 внутри корпуса 16, для обеспечения вращения вала 14 относительно корпуса 16 вокруг центральной оси 17 вала 14 и узла 10. В рассматриваемом применении изобретения для подшипника оси железнодорожного вагона подшипниковый узел 10 имеет одну внешнюю обойму 18, установленную в корпусе, и две внутренние обоймы 20, между которыми расположен разделитель 21, причем подшипниковый узел 10 зажат между кольцевой подкладкой 22 и торцевой крышкой 20, и между внешней обоймой 18 и внутренними обоймами 20 удерживаются ролики 26. Кольцевая подкладка 22 и торцевая крышка 24 прижимаются к промежуточным кольцам 28, которые иногда называются компенсационными (противоизносными) кольцами и, в свою очередь, прижимаются к внутренним обоймам 20. Подшипниковый узел 10 снабжен двумя узлами 30 бесконтактного лабиринтного уплотнения, показанными на фигурах 1 и 2, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, причем эти узлы 30 расположены на противолежащих сторонах подшипникового узла для удерживания смазки на внутренней стороне 31 уплотнительных узлов 30 и во внутреннем пространстве подшипникового узла 10 и для предотвращения попадания загрязнений, таких как грязь и обломочный материал, с внешней стороны 33 уплотнительных узлов 30 внутрь подшипникового узла 10. Соответственно, уплотнительные узлы 30, имеющие полностью бесконтактную лабиринтную конструкцию, описанную ниже более подробно, создают при работе минимальное трение и в то же время эффективно предотвращают вытекание смазки и поступление внутрь загрязнений, в результате чего улучшаются характеристики работы и увеличивается срок службы подшипникового узла 10.
[00019] Как лучше всего показано на фигуре 2, каждый узел 30 бесконтактного лабиринтного уплотнения содержит внешний жесткий держатель 32, предпочтительно выполненный из металла, например из стали, с помощью штамповки, эластомерный объемный уплотнительный элемент 34, прикрепленный к этому держателю 32, и внутреннюю металлическую муфту 36. Держатель 32 имеет внешнюю полку 38, имеющую в целом цилиндрическую форму, которая проходит в продольном направлении относительно центральной оси 17 узла 30 и от которой отходит внутрь радиально в направлении центральной оси 17 кольцевая стойка 40. Внешняя полка 38 проходит в продольном направлении к свободному концу 42, который предпочтительно имеет такое устройство, которое обеспечивает его прикрепление непосредственно к внешней обойме 18 подшипникового узла 10, хотя он может иметь такое устройство, которое обеспечивает его прикрепление к корпусу 16, или иное устройство. Стойка 40 имеет противолежащие внутреннюю 44 и внешнюю 45 поверхности, соответствующие внутренней 31 и внешней 33 сторонам подшипникового узла 10, соответственно, и заканчивается свободным концом 46. Одна из поверхностей 44, 45 или обе эти поверхности могут быть обработаны при необходимости для улучшения соединения с объемным уплотнительным элементом 34, например, с использованием травления или пескоструйной/дробеструйной обработки.
[00020] Объемный эластомерный уплотнительный элемент 34 уплотнения прикрепляется к стойке 40 с использованием подходящего клеящего состава или литьем непосредственно на стойке 40. Объемный элемент 34 в рассматриваемом варианте отлит вокруг свободного конца 46 стойки 40, так что он соединен со стойкой и покрывает в основном внешнюю поверхность стойки 40, хотя возможны и другие технические решения. Объемный элемент 34 имеет внешний в радиальном направлении выступ 48 и внутренний в радиальном направлении выступ 50. Выступы 48, 50 отходят вбок от стойки 40 во внешнюю сторону 33 узла 30. Внешний выступ 48 отходит наружу в сторону от внутреннего выступа 50 и от центральной оси 17, формируя первый кольцевой канал 54 между выступами 48, 50 и второй кольцевой желоб, указываемый здесь как канал 56, между внешним выступом 48 и стойкой 40 держателя 32. Соответственно, первый кольцевой канал 54 обращен в направлении внешней стороны 33 узла 30, и второй кольцевой канал 56 обращен радиально в сторону от центральной оси 17 и предотвращает попадание загрязнений в подшипниковый узел 10. Объемный элемент 34 имеет также волнистую поверхность 58, обращенную радиально внутрь в направлении центральной оси 17. Эта волнистая поверхность 58 проходит в продольном направлении по внутренней нижней поверхности объемного элемента 34, и, как показано на фигуре 2, ее продолжением является внутренний выступ 50. Выступ 50 имеет обращенную внутрь в радиальном направлении поверхность 51, которая отходит в сторону от центральной оси 17 в направлении внешней стороны 33 узла 30, так что при относительном перемещении держателя 32 и внутренней муфты 36 поверхность 51 отбрасывает загрязнения и предотвращает их поступление внутрь подшипникового узла 10. Волнистая поверхность 50 имеет обращенные радиально внутрь поверхности 53, которые отходят внутрь в продольном направлении от поверхности 51. Поверхности 53 отходят в сторону от центральной оси 17 в направлении внутренней стороны 31 узла 30, так что при относительном перемещении держателя 32 и внутренней муфты 36 поверхности 53 отбрасывают смазку и предотвращают ее выход из подшипникового узла 10. Объемный элемент 34 содержит также закрывающий выступ 60, отходящий в продольном направлении от стойки 40 во внешнюю сторону 33 узла 30. Закрывающий выступ 60 отстоит радиально дальше от центральной оси 17, чем второй кольцевой канал 56, и частично его перекрывает. Объемный элемент 34 содержит также защитный выступ 61, отходящий продольно в направлении внутренней стороны 31 узла 30. В рассматриваемом варианте защитный выступ 61 отходит в целом от свободного конца 46 стойки 40 продольно в направлении внутренней стороны 31 узла 30, хотя возможны и другие варианты конструкции.
[00021] Внутренняя металлическая муфта 36 предпочтительно изготавливается из стали путем штамповки, хотя возможно использование и других металлических материалов и способов изготовления. Внутренняя муфта 36 имеет отходящую в продольном направлении цилиндрическую стенку 62 с внутренней поверхностью 64, охватывающую вал 14 и опирающуюся на промежуточные кольца 28 (фигуры 1 и 2), причем такое устройство является одним из возможных вариантов. Внутренняя муфта 36 имеет также внешнюю поверхность 65, противолежащую внутренней поверхности 64. Муфта 36 имеет кольцевую стенку, указываемую также как фланец или выступ 66, отходящий радиально наружу от стенки 62 в направлении закрывающей полки 68. Закрывающая полка 68 отходит продольно от фланца 66 в направлении свободного конца 69, причем она перекрывается с цилиндрической стенкой 62 и находится в радиальном направлении дальше от центральной оси 17, чем цилиндрическая стенка 62, и при этом стенка 62 и закрывающая полка 68 в рассматриваемом варианте примерно параллельны друг другу. Выступ 66 имеет кольцевой выступ 70, отходящий продольно между цилиндрической стенкой 62 и закрывающей полкой 68, причем выступ 70 сформирован путем пластической деформации материала фланца 66. Как показано на фигуре 2, выступ 70 имеет примерно -образную форму с нижней кольцевой частью 72, которая перекрывается с цилиндрической стенкой 62 и смещена от нее на некоторое расстояние наружу в радиальном направлении, формируя кольцевой карман 74 между выступом 70 и цилиндрической стенкой 62. Выступ 70 имеет верхнюю кольцевую часть 76, отходящую радиально от нижней части 72 в направлении внешней стороны 33, причем верхняя часть 76 действует в качестве отражающего кольца, отбрасывающего загрязнения в радиальном направлении наружу от уплотнительного узла 30. Верхняя часть 76 переходит в закрывающую полку 68 на части 77 обратного сгиба. Соответственно, между верхней частью 76 и закрывающей полкой 68 формируется другой кольцевой карман 78, который в радиальном направлении выровнен с кольцевым карманом 74, который находится ближе к центральной оси 17, чем карман 78. Кроме того, муфта 36 снабжена защитным фланцем 80, отходящим наружу в радиальном направлении от цилиндрической стенки 62. Защитный фланец 80 в дополнение к тому, что он удерживает узел 30 в собранном состоянии, помогает предотвращать выход смазки из подшипникового узла 10 и в то же время предотвращает попадание загрязнений внутрь подшипникового узла 10.
[00022] Когда держатель 32 установлен во внешней обойме 18 и муфта 36 установлена на валу 14, подшипниковый узел 10 удерживается в заданном положении и узел 30 уплотнения поддерживается в конфигурации полностью бесконтактного лабиринтного уплотнения. Соответственно, объемный уплотнительный элемент 34 и его выступающие части остаются на некотором расстоянии от муфты 36. Например, когда узел уплотнения полностью собран, кольцевой выступ 70 муфты 36 входит в продольном направлении в первый кольцевой канал 54 с формированием части 82 бесконтактного лабиринта, которая представляет собой извилистый проход между соответствующими внешним 48 и внутренним 50 выступами и кольцевым выступом 70. Далее, внутренний выступ 50 входит в карман 74, не касаясь стенок муфты 36, с формированием части 83 бесконтактного лабиринта, сообщающейся с частью 82 лабиринта, причем часть 83 лабиринта представляет собой извилистый проход, имеющий примерно U-образную форму, внутри кармана 74. Как уже указывалось, волнистая поверхность 58 объемного уплотнительного элемента 34 проходит в продольном направлении на некотором расстоянии от внешней поверхности 65 стенки 62 муфты с формированием части 84 бесконтактного лабиринта, проходящей в продольном направлении и сообщающейся с частью 83 лабиринта. Кроме того, закрывающая полка 68 муфты 36 проходит над вторым кольцевым каналом 56, перекрывая его, причем закрывающая полка 68 отстоит на некотором расстоянии от внешнего выступа 48. Вместе с этим закрывающий выступ 60 объемного уплотнительного элемента 34 перекрывает свободный конец 69 закрывающей полки 68 и отстоит от него на некотором расстоянии со смещением в радиальном направлении наружу, так что образующийся между ними зазор формирует проходящую примерно горизонтально часть 81 бесконтактного лабиринта, сообщающуюся со вторым кольцевым каналом 56. Соответственно, желоб или канал 56 может удерживать загрязнения на обращенной радиально вверх части узла 30 уплотнения и отводить или отбрасывать загрязнения по части 81 лабиринта на обращенной радиально вниз части узла 30 уплотнения с помощью центростремительной силы и силы тяжести. Кроме того, защитный фланец 80 отходит в радиальном направлении наружу от цилиндрической стенки 62 вдоль по меньшей мере части объемного уплотнительного элемента 34, проходящей, как показано на фигуре 2, в радиальном направлении наружу от волнистой поверхности 58 и при этом отстоящей на некотором расстоянии в продольном направлении от волнистой поверхности 58 с формированием части 85 бесконтактного лабиринта, проходящей от части 84 лабиринта. Защитный выступ 61 отходит в продольном направлении во внутреннюю сторону 31, перекрывая в радиальном направлении снаружи защитный фланец 80. Защитный выступ 61 отстоит на некотором расстоянии снаружи в радиальном направлении от защитного фланца 80 для обеспечения сообщения части 85 бесконтактного лабиринта с внутренней стороной 31 узла 30 уплотнения. Соответственно, узел 30 уплотнения устроен таким образом, чтобы обеспечивалась полностью бесконтактная конструкция, в которой части 81, 82, 83, 84, 85 лабиринта постоянно открыты, в результате чего обеспечивается минимальное трение при работе подшипника и в то же время предотвращается попадание внутрь загрязнений и выход смазки наружу. Как можно видеть, части 82, 83, 84 и 85 лабиринта имеют большей частью постоянную ширину (W), например, от примерно 0,01 дюйма до примерно 0,100 дюйма и проходят вдоль внешнего выступа 48, внутреннего выступа 50 и волнистой поверхности 58. Необходимо понимать, что возможны некоторые изменения ширины W в частях 82, 83, 84, 85 лабиринта, например, они принципиально должны возникать вдоль волнистой поверхности 58.
[00023] На фигуре 3 приведен вид необслуживаемого подшипникового узла 110 с заданным зазором и закладной смазкой в соответствии с другим предпочтительным вариантом, причем для указания одинаковых компонентов используются те же ссылочные номера, что и в предыдущем варианте, но увеличенные на 100. Подшипниковый узел 110 имеет в целом такую же конструкцию, что и уже рассмотренный подшипниковый узел 10, с узлом 130 лабиринтного уплотнения, функционально соединенным с подшипниковым узлом 110, то есть обеспечивается конструкция полностью бесконтактного лабиринтного уплотнения, однако внутренняя муфта 136 узла 130 уплотнения опирается не на промежуточное кольцо, а устанавливается непосредственно на внешней поверхности опорной площадки 21 внутренней обоймы 120. В результате, конструкция держателя 132 узла 130 уплотнения изменена с учетом изменения конфигурации внутренней муфты 136. В рассматриваемом варианте держатель 132 имеет в целом L-образный профиль со стойкой 140 держателя 132, отходящей непосредственно внутрь в радиальном направлении от внешней цилиндрической полки 138 узла 110. В других отношениях узел 130 уплотнения аналогичен уже описанному узлу 30 уплотнения, и, соответственно, дополнительного описания не требуется.
[00024] На фигуре 4 приведен вид необслуживаемого подшипникового узла 210 с заданным зазором и закладной смазкой, в котором используется узел 230 бесконтактного лабиринтного уплотнения в соответствии с другим предпочтительным вариантом конструкции, причем для указания одинаковых компонентов используются те же ссылочные номера, что и в предыдущих вариантах, но вместо первой цифры “1” или “0” указывается цифра “2”. Как лучше всего показано на фигуре 4A, узел 230 уплотнения содержит внешний жесткий держатель 232, предпочтительно выполненный из металла, например, из стали, с помощью штамповки, объемный уплотнительный элемент 234, прикрепленный к этому держателю 232, металлическую внутреннюю муфту 236 и объемный эластомерный уплотнительный элемент, указываемый далее как эластомерный элемент или просто элемент 87, прикрепленный к внутренней муфте 236, в результате чего формируется единый подузел внутренней муфты. Держатель 232 имеет внешнюю полку 238, имеющую в целом цилиндрическую форму, которая проходит в продольном направлении относительно центральной оси 217 узла 230, и стойку 240, отходящую от внешней полки 238 радиально внутрь в направлении центральной оси 217. Внешняя полка 238 проходит в продольном направлении к свободному концу 242, который предпочтительно имеет такое устройство, которое обеспечивает его прикрепление непосредственно к внешней обойме подшипникового узла, хотя он может иметь такое устройство, которое обеспечивает его прикрепление не к подшипниковому узлу, а к другой конструкции. Стойка 240 имеет противолежащие внутреннюю 244 и внешнюю 245 поверхности, обращенные к внутренней 231 и внешней 233 сторонам узла 230, соответственно, причем стойка 240 заканчивается свободным концом 246.
[00025] Объемный эластомерный уплотнительный элемент 234 прикреплен к свободному концу 246 стойки 240 и имеет примерно такую же форму, что и вышеописанный объемный уплотнительный элемент 34. Соответственно, объемный уплотнительный элемент 234 имеет два выступа 248, 250, причем внешний в радиальном направлении выступ 248 отходит в сторону от внутреннего в радиальном направлении выступа 250 и наружу от центральной оси 217 с формированием первого кольцевого канала 254 между выступами 248 и 250 и второго кольцевого канала 256 между внешним выступом 248 и стойкой 240 держателя 232. Кроме того, объемный элемент 234 имеет волнистую поверхность 258, обращенную радиально внутрь в направлении центральной оси 217 и проходящую в продольном направлении вдоль внутренней нижней части объемного элемента 234 от внутреннего выступа 250. Объемный элемент 234 содержит также закрывающий выступ 260, отходящий в продольном направлении от стойки 240 во внешнюю сторону 233 узла 230. Закрывающий выступ 260 отстоит радиально дальше от центральной оси 17, чем второй кольцевой канал 256, и частично его перекрывает. Объемный элемент 234 содержит также защитный выступ 261, отходящий продольно в направлении внутренней стороны 231 узла 230. В рассматриваемом варианте защитный выступ 261 отходит в целом от свободного конца 246 стойки 240 и смещен радиально наружу относительно волнистой поверхности 258, хотя возможны и другие варианты конструкции.
[00026] Внутренняя металлическая муфта 236 и объемный эластомерный элемент 87 имеют примерно такой же профиль, что и вышеописанная внутренняя муфта 36. Соответственно, подузел внутренней муфты 236 и объемного эластомерного элемента 84 взаимодействует с внешним металлическим держателем 232 и объемным уплотнительным элементом 234, обеспечивая формирование узла бесконтактного лабиринтного уплотнения, описанного выше в связи с уплотнительным узлом 30. Однако объемный эластомерный элемент 87 исключает необходимость в производственных процессах, используемых с формированием вышеописанного кольцевого выступа 70 и закрывающей полки 68 муфты 36. Внутренняя муфта 236 предпочтительно изготавливается из стали с использованием штамповки, хотя возможны и другие производственные процессы. Внутренняя муфта 236 имеет отходящую в продольном направлении цилиндрическую стенку 262 с внутренней поверхностью 264 и внешней поверхностью 265, охватывающей вал и опирающейся на внутреннюю обойму подшипника или на промежуточное кольцо 228 (фигура 4), причем такое устройство является одним из возможных вариантов. Муфта 236 в целом имеет U-образный профиль с кольцевой стенкой, указываемой также как фланец, преграда или выступ 266, проходящей радиально наружу от цилиндрической стенки 262. Кроме того, муфта 236 снабжена защитным фланцем 280, отходящим наружу в радиальном направлении от цилиндрической стенки 262. Защитный фланец 280 действует примерно так же, как и вышеописанный защитный фланец 80.
[00027] Объемный эластомерный элемент 87 предпочтительно отливается на выступе 266 внутренней муфты 236 и формируется из эластомерного или полимерного материала, хотя способ крепления может быть и другим, например, приклеиванием с использованием клеящего состава. Объемный эластомерный элемент 87 формирует закрывающую полку 268, которая проходит продольно от металлического выступа 266 в направлении свободного конца 269, причем она перекрывается с цилиндрической стенкой 262 и находится в радиальном направлении дальше от центральной оси 17, чем эта цилиндрическая стенка 262, и при этом стенка 262 и закрывающая полка 268 в рассматриваемом варианте примерно параллельны друг другу. Объемный элемент 87 имеет кольцевой выступ 270, отходящий в продольном направлении внутрь от выступа 266 между цилиндрической стенкой 262 и закрывающей полкой 268. Выступ 270 в целом имеет такую же форму и такой же контур поверхности, что и вышеописанный выступ 70. В таком варианте выступ имеет нижнюю кольцевую внутреннюю поверхность 272, находящуюся на некотором расстоянии в радиальном направлении от цилиндрической стенки 262 и перекрывающуюся с ней, в результате чего формируется кольцевой карман 274 между выступом 270 и цилиндрической стенкой 262. Выступ 270 имеет верхнюю кольцевую внутреннюю поверхность 276, отходящую радиально вверх от нижней внутренней поверхности 272 в направлении внешней стороны 233, причем верхняя внутренняя поверхность 276 переходит в закрывающую полку 268 на части 277 обратного сгиба. Соответственно, между верхней поверхностью 276 и закрывающей полкой 268 формируется другой кольцевой карман 278, который в радиальном направлении выровнен с кольцевым карманом 274, находящимся ближе к центральной оси 217, чем карман 274.
[00028] Как показано на фигуре 4, когда держатель 232 установлен во внешней обойме 218 и муфта 236 установлена на валу 214, подшипниковый узел 210 удерживается в заданном положении и узел 230 уплотнения поддерживается в конфигурации полностью бесконтактного лабиринтного уплотнения. Соответственно, объемный уплотнительный элемент 234 и его выступающие части остаются на некотором расстоянии от муфты 236 и объемного эластомерного элемента 87. Например, когда уплотнительный узел полностью собран, кольцевой выступ 270 эластомерного элемента 87 входит в продольном направлении в первый кольцевой канал 254 для обеспечения части 282 бесконтактного лабиринта, которая представляет собой извилистый проход между внешним 248 и внутренним 250 выступами и кольцевым выступом 270. Далее, внутренний выступ 250 входит в карман 274, не соприкасаясь с муфтой 236 и объемным эластомерным элементом 87, с формированием части 283 бесконтактного лабиринта, сообщающейся с частью 282 лабиринта, причем часть 283 лабиринта представляет собой извилистый проход, имеющий примерно U-образную форму, внутри кармана 74. Как уже указывалось, волнистая поверхность 258 уплотнительного элемента 234 проходит в продольном направлении на некотором расстоянии от внешней поверхности 265 стенки 262 муфты с формированием части 284 бесконтактного лабиринта, проходящей в продольном направлении и сообщающейся с частью 283 лабиринта. Кроме того, закрывающая полка 268 объемного эластомерного элемента 87 проходит над вторым кольцевым каналом 256, перекрывая его, причем закрывающая полка 268 отстоит на некотором расстоянии от внешнего выступа 248. Вместе с этим закрывающий выступ 260 объемного уплотнительного элемента 234 перекрывает свободный конец 269 закрывающей полки 268 и отстоит от него на некотором расстоянии со смещением наружу в радиальном направлении, так что образующийся между ними зазор формирует проходящую примерно горизонтально часть 281 бесконтактного лабиринта, открывающуюся во второй кольцевой канал 256. Кроме того, защитный фланец 280 отходит наружу в радиальном направлении от цилиндрической стенки 262 вдоль по меньшей мере части объемного уплотнительного элемента 234, проходящей, как показано на фигуре 4A, в радиальном направлении наружу от волнистой поверхности 258 и при этом отстоящей на некотором расстоянии в продольном направлении от волнистой поверхности 258 с формированием части 285 бесконтактного лабиринта, проходящей от части 284 лабиринта. Защитный выступ 261 отходит в продольном направлении во внутреннюю сторону 231, перекрывая в радиальном направлении снаружи защитный фланец 280. Защитный выступ 261 отстоит на некотором расстоянии снаружи в радиальном направлении от защитного фланца 280 с формированием части 285 бесконтактного лабиринта, сообщающейся с внутренней стороной 231 узла 230. Соответственно, уплотнительный узел 230 устроен таким образом, чтобы обеспечивалась полностью бесконтактная конструкция, в которой части 281, 282, 283, 284, 285 лабиринта остаются открытыми, в результате чего обеспечивается минимальное трение при работе подшипника и в то же время предотвращается попадание внутрь загрязнений и утечка смазки наружу. Как можно видеть, части 282, 283, 284 и 285 лабиринта имеют большей частью постоянную ширину (W) и проходят вдоль внешнего выступа 248, внутреннего выступа 250 и волнистой поверхности 258. Необходимо понимать, что возможны некоторые изменения ширины W в частях 282, 283, 284, 285 лабиринта, например, они принципиально должны возникать вдоль волнистой поверхности 258.
[00029] На фигуре 4B приведен вид узла 330 бесконтактного лабиринтного уплотнения в соответствии с другим предпочтительным вариантом конструкции, причем для указания одинаковых компонентов используются те же ссылочные номера, что и в предыдущем варианте, но отличающиеся тем, что в них указывается первая цифра “3” вместо “2”. Уплотнительный узел 330 имеет в целом примерно такую же форму поперечного сечения, как и рассмотренные выше уплотнительные узлы 30, 130, 230, и содержит внешний жесткий держатель 332, объемный уплотнительный элемент 334, прикрепленный к держателю 332, и внутреннюю муфту 336. Однако в отличие от предыдущих вариантов, в которых держатель и уплотнительный элемент состояли из разных материалов, в рассматриваемом варианте держатель 332 и объемный уплотнительный элемент представляют собой цельную часть, изготовленную из одного материала, например, с использованием литья. Предпочтительно держатель 332 и объемный уплотнительный элемент 334 отливаются из достаточно жесткого полимерного материала, обеспечивающего возможность прикрепления к корпусу, например, к наружному кольцу подшипникового узла железнодорожного вагона. Кроме того, внутренняя муфта 336 отливается из достаточно жесткого полимерного материала, обеспечивающего возможность ее установки на вал.
[00030] Держатель 332 имеет внешнюю полку 338, имеющую в целом цилиндрическую форму и проходящую в продольном направлении относительно оси 317, и стойку 340, отходящую внутрь в радиальном направлении от внешней полки 338. Стойка 340 имеет противолежащие поверхности 344, 345, обращенные во внутреннюю 331 и внешнюю 333 стороны, соответственно, уплотнительного узла 330.
[00031] Объемный уплотнительный элемент 334 имеет два выступа 348, 350, отходящие друг от друга, как было описано выше, с формированием первого кольцевого канала 354 между ними и второго кольцевого канала 356 между внешним в радиальном направлении выступом 348 и стойкой 340. Кроме того, объемный уплотнительный элемент имеет волнистую поверхность 358, обращенную радиально внутрь в направлении центральной оси 317, закрывающий выступ 360 и защитный выступ 361, описанные выше в отношении предыдущих вариантов конструкции уплотнительного узла.
[00032] Внутренняя муфта 336 имеет отходящую в продольном направлении цилиндрическую стенку 362 с внутренней поверхностью 364 и внешней поверхностью 365, причем внутренняя поверхность имеет такую форму, которая обеспечивает возможность установки на вал, на внутреннюю обойму подшипника или промежуточное кольцо. Муфта 336 имеет защитный фланец 380, отходящий наружу в радиальном направлении от цилиндрической стенки 362, функции которого аналогичны уже описанным функциям защитного фланца предыдущих вариантов конструкции уплотнительного узла. Муфта 336 содержит также закрывающую полку 368 и кольцевой выступ 370, проходящий внутрь в продольном направлении между цилиндрической стенкой 362 и закрывающей полкой 368. Выступ 370 в целом имеет такую же форму и такой же контур поверхности, что и вышеописанный выступ 270. В таком варианте выступ 370 имеет нижнюю кольцевую внутреннюю поверхность 372, находящуюся на некотором расстоянии в радиальном направлении от цилиндрической стенки 362 и перекрывающуюся с ней, в результате чего формируется кольцевой карман 374 между выступом 370 и цилиндрической стенкой 362. Выступ 370 имеет верхнюю кольцевую внутреннюю поверхность 376, отходящую радиально вверх от нижней внутренней поверхности 372 в направлении внешней стороны 333, причем верхняя внутренняя поверхность 376 переходит в закрывающую полку 368 на части 377 обратного сгиба. Соответственно, между верхней внутренней поверхностью 376 и закрывающей полкой 368 формируется еще один кольцевой карман 378.
[00033] Когда узел уплотнения полностью собран, кольцевой выступ 370 входит в продольном направлении в первый кольцевой канал 354 с формированием части 382 бесконтактного лабиринта, которая представляет собой извилистый проход между соответствующими внешним 348 и внутренним 350 выступами и кольцевым выступом 370. Далее, внутренний выступ 350 входит в карман 374 без контакта с его стенками с формированием части 383 бесконтактного лабиринта, сообщающейся с частью 382 лабиринта, причем часть 383 лабиринта представляет собой извилистый проход, имеющий примерно U-образную форму, внутри кармана 374. Как уже указывалось, волнистая поверхность 358 проходит в продольном направлении на некотором расстоянии от внешней поверхности 365 стенки 362 муфты с формированием части 384 бесконтактного лабиринта, проходящей в продольном направлении и сообщающейся с частью 383 лабиринта. Кроме того, закрывающая полка 368 проходит наружу в радиальном направлении над вторым кольцевым каналом 356, перекрывая его, и закрывающий выступ 360 перекрывает закрывающую полку 368 и отстоит от нее на некотором расстоянии, так что образующийся между ними зазор формирует проходящую примерно горизонтально часть 381 бесконтактного лабиринта, открывающуюся во второй кольцевой канал 356. Кроме того, как и в предыдущих вариантах, защитный фланец 80 отходит наружу в радиальном направлении от цилиндрической стенки 362 за волнистой поверхностью 358, и при этом он отстоит на некотором расстоянии в продольном направлении от волнистой поверхности 358 для поддержания сообщения части 385 бесконтактного лабиринта с частью 384 лабиринта.
[00034] На фигуре 4C приведен вид узла 430 бесконтактного лабиринтного уплотнения в соответствии с другим предпочтительным вариантом конструкции, причем для указания одинаковых компонентов используются те же ссылочные номера, что и в предыдущем варианте, но отличающиеся тем, что в них указывается первая цифра “4” вместо цифры “3”. Уплотнительный узел 430 имеет в целом примерно такую же форму сечения по оси 417, как и рассмотренные выше уплотнительные узлы 30, 130, 230, 330, и содержит внешний жесткий держатель 432, объемный уплотнительный элемент 434, прикрепленный к держателю 432, внутреннюю муфту 436 и объемный полимерный элемент 487, прикрепленный к внутренней муфте 436. Так же, как и узел 330, уплотнительный узел 430 отливается из полимерных материалов, однако в отличие от предыдущего варианта, в котором держатель 432 и объемный уплотнительный элемент 434 выполнены из одного и того же материала, они изготавливаются из разных полимерных материалов с использованием другого способа производства и, соответственно, представляют собой отдельные части, прикрепленные друг к другу. Соответственно, держатель 432 может быть сформирован с использованием литья из одного жесткого полимерного материала, в то время как объемный уплотнительный элемент 434 может быть сформирован литьем из второго, эластичного, материала, например из резины. Аналогично, внутренняя муфта 436 может быть отлита из достаточно жесткого полимерного материала, обеспечивающего ее установку на вал, в то время как полимерный элемент 487 может быть отлит из второго, эластичного, полимерного материала, например из резины.
[00035] Когда уплотнительный узел собран, части 482, 483, 484 и 485 лабиринта имеют большей частью постоянную ширину (W) и проходят вдоль внешнего выступа 448, внутреннего выступа 450 и волнистой поверхности 458. Кроме того, часть 481 бесконтактного лабиринта сообщается с кольцевым каналом 456, который, в свою очередь, сообщается с частью 482 лабиринта. И последнее, в части 484 лабиринта между волнистой поверхностью 458 и внутренней муфтой 436 может быть заложен смазочный материал, такой как смазка 89 подходящего веса, в качестве дополнительной преграды попаданию внутрь загрязнений и утечки смазки изнутри.
[0036] Очевидно, что возможны различные модификации настоящего изобретения, не выходящие за рамки его существа, раскрытого в описании. Поэтому необходимо понимать, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения оно может быть реализовано в таких формах, которые отличаются от описанных выше конкретных вариантов реализации.