Узел радиального роликового подшипника качения

 

Использование: машиностроение, в узлах подшипников качения в кривошипно-шатунных механизмах поршневых машин. Сущность: узел подшипника содержит цилиндрические ролики с осями, размещенные в гнездах сепаратора в виде разрезанного кольца. Ролики установлены в подшипниковом узле корпуса на шейке вала. Наружное кольцо подшипника выполнено в виде спиральной цилиндрической пружины с прямоугольным поперечным сечением витков. Подшипниковый узел снабжен кольцевой проставкой с коническим участком у торца. Проставка выполнена из двух полуколец, соединенных штифтами, и установлена между буртом и плоским торцом пружины. Подшипниковое гнездо выполнено неразъемным в плоскости, перпендикулярной оси шейки вала. Сепаратор выполнен гофрированным с равномерно расположенными по окружности гофрами, а в открытых в сторону наружного кольца впадинах выполнены гнезда под оси роликов. Сепаратор установлен с возможностью взаимодействия гребней наружных гофр с дорожкой качения наружного кольца. На гребнях внутренних гофр выполнены сопряженные между собой выступы, распределенные по окружности сепаратора, кольцевая проставка выполнена из стали, а на плоскость, прилегающую к конусному участку, нанесен слой антифрикционного сплава. 5 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к узлам подшипников качения, и может быть использовано в кривошипно-шатунных механизмах двигателей внутреннего сгорания и других поршневых машин.

Известны узлы радиального роликового подшипника, содержащие шейку вала с дорожкой качения и тела качения в виде цилиндрических роликов, установленных в расточке корпуса, и съемной крышки с помощью кольцевого разрезного сепаратора.

Цель изобретения - повышение КПД, надежности и долговечности узла.

Это достигается тем, что узел радиального роликового подшипника снабжен наружным кольцом подшипника, выполненным в виде спиральной цилиндрической пружины с сечением витков в виде прямоугольника и установленным с натягом в расточке крышки и корпуса, выступами по краям этой расточки, снабженными конусными торцовыми поверхностями и образующими в расточке два бурта, обращенных конусными поверхностями в сторону пружины, и двумя кольцевыми проставками, каждая из которых имеет конусный участок на торце, установлена между кольцевым буртом и пружиной и обращена конусным участком к кольцевому бурту, причем проставка выполнена в виде двух полуколец, соединенных между собой штифтами, тело качения снабжено осью вращения, размещенной, преимущественно, в средней части ролика, а сепаратор установлен с возможностью взаимодействия с осями вращения роликов.

Сепаратор выполнен гофрированным с равномерно размещенными по окружностям гофрами, а во впадинах гофр, открытых в сторону наружного кольца, выполнены гнезда под оси вращения тел качения.

Сепаратор установлен с возможностью взаимодействия наружных гребней гофр с дорожкой качения наружного кольца подшипника.

Внутренние гребни гофр снабжены выступами, распределенными по окружности, причем выступы смежных гребней сопряжены между собой.

Кольцевая проставка выполнена из стали, а на плоскости, прилегающей к конусному участку, выполнен слой из антифрикционного сплава, причем проставка установлена с возможностью взаимодействия с шейкой вала.

Кроме того, сепаратор установлен с возможностью взаимодействия внутренних гребней с шейкой вала.

На фиг. 1 показан узел радиального роликового подшипника в сборе, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный ступенчатый разрез; на фиг. 3 - сепаратор подшипника в сборе с роликами (фрагмент); на фиг. 4 - поперечный разрез узла (фрагмент) с видом на сепаратор и ролик; на фиг. 5 - то же, вариант сепаратора; на фиг. 6 - кольцевая проставка, снабженная антифрикционным покрытием, вариант; на фиг. 7 - узел с сепаратором, фрагмент.

Узел радиального роликового подшипника (фиг. 1, 2) содержит шейку 1 коленчатого вала, снабженную дорожкой качения и галтелями 2, и тела качения 3 в виде цилиндрических роликов. Тела качения взаимодействуют с шейкой и дорожкой качения наружного кольца 4 подшипника. Это кольцо выполнено из стали в виде цилиндрической спиральной пружины с сечением витков в виде прямоугольника и плоскими торцами. Пружина установлена в расточке корпуса 5 и съемной крышки 6 с натягом. Каждым из торцов пружина взаимодействует с кольцевой проставкой, состоящей из полуколец 7 и 8, выполненных из стали. Проставка снабжена конусным участком 9, размещенным на торцовой поверхности.

По краям расточки корпуса 5 и крышки 6 выполнены выступы, снабженные кольцевыми поверхностями 10 и образующие в расточке бурты 11. Поскольку бурт 11 и проставка рассмотренной конструкции имеются с двух сторон от пружины, то витки пружины сжаты и кольцо 4 имеет осевой натяг и необходимую жесткость. По технологическим соображениям части 7 и 8 проставки имеют между собой штифтовое соединение (см. фиг. 2), в котором между штифтом 12 и отверстием 13 имеется небольшой натяг. Относительно шейки 1 и галтели 2 кольцевая проставка установлена с зазором.

Тела качения установлены с помощью разъемного кольцевого сепаратора 14, выполненного из стальной ленты (или проволоки) и имеющего замок 15 с отогнутыми во внутрь концами. Тело качения снабжено осью 16 вращения, образованной на ролике кольцевой проточкой, выполненной, преимущественно, в средней части. Осью и краями проточки каждый ролик взаимодействует со скольжением с сепаратором по его внутренней поверхности. Аналогично взаимодействуют с отогнутыми концами ролики, прилежащие к замку 15. Ролики взаимодействуют со скольжением между собой и с плоскими торцами кольцевых проставок. Узел имеет устройства (не показаны) для подвода смазочного масла. Крышка 6 соединена с корпусом 5 парой болтов 17, размещенных по обе стороны от подшипника.

Сборку узла радиального роликового подшипника производят в два этапа и начинают на коленчатом вале, снятом с двигателя.

Сепаратор 14 надевают на шейку 1, разводя его в замке 15. Отогнув один из концов сепаратора, под него устанавливают ось 16 ролика 3. Все остальные ролики устанавливают аналогично. За счет упругости сепаратор действует на оси 16, удерживая ролики на поверхности шейки 1. Поверх роликов и сепаратора устанавливают наружное кольцо 4 подшипника. Для этого кольцо в виде спиральной цилиндрической пружины размещают над шатунной шейкой кривошипа, а затем, упруго деформируя один из крайних витков и охватывая им щеку кривошипа и коренную шейку с роликами, вращением пружины навинчивают ее поверх роликов. Надетая пружина сжата в осевом направлении силами собственной упругости.

В зазор между пружиной и галтелью 2 вводят полукольца 7 и 8 кольцевой проставки и при небольшом радиальном сжатии их сдвигают до упора и соединения с помощью штифта 12 и отверстия 13. Аналогично устанавливают кольцевую проставку с другой стороны пружины 4. При этом проставки не соосны пружине 4 на величину зазора в сопряжении их с шейкой 1. Конструкция узла с одной проставкой и упором другого плоского торца пружины в бурт с плоским торцом возможна, но менее технологична при дальнейшей сборке.

Аналогично собирают такие узлы других опор вала. В открытый вверх картер ДВС вал устанавливают с помощью грузоподъемного средства. При плавном опускании застропленного за концы вала ему задают положение, при котором подшипники частично углублены (до первого касания) в подшипниковые гнезда. Проворотом вручную проставкам задают положение, при котором разъем полуколец 7 и 8 параллелен приблизительно плоскости разъема подшипни- кового гнезда. На подшипник устанавливают крышку 6 с болтами 17 и делают предварительную стяжку ее с корпусом 5. Аналогично комплектуют остальные опоры вала.

Далее при постепенном опускании вала лебедкой и равномерном подтягивании болтами производят посадку подшипников в подшипниковые гнезда. Скольжение конических поверхностей 10 буртов 11 по коническим поверхностям 9 полуколец 7 и 8 вызывает сдвиг проставок в осевом направлении, сближение их и дополнительное сжатие витков пружины 4 по всей окружности пружины. При этом эффект выравнивания сил трения на полукольцах 7 и 8 вызывает самоцентрирование проставок в подшипниковом гнезде. Окончательную затяжку болтов производят при отведенной лебедке с помощью динамометрического ключа, что предупреждает перетяжку болтов. При этом достигается соосность проставок и пружины, а расклинивающее действие проставок обеспечивает такое сжатие витков, при котором пружина приобретает свойства монолитного кольца. Необходимый радиальный зазор между кольцом и роликами, а также торцовые зазоры у роликов и радиальный натяг между кольцом и корпусом подшипника обеспечены допусками на размеры сопрягаемых частей.

Как видно, отличительные признаки обеспечивают достижение необходимых свойств кольца при отсутствии у него радиальных разъемов.

Разборку узла производят в обратной последовательности, причем, для разъединения полуколец 7 и 8 необходимо в стык между ними ввести жало отвертки.

Работа узла подшипника происходит следующим образом. Смазывание и охлаждение подшипника маслом происходит известным способом. Полукольца 7 и 8 взаимодействуют со скольжением с торцами роликов 3 и ограничивают их осевые смещения. Сепаратор 14 синхронизирует осевые смещения, взаимодействуя с краями проточки, образующей осью 16 ролика. Качение роликов по шейке 1 и по бесстыковой дорожке кольца 4 происходит без ударов, что служит уменьшению трения и повышению КПД, надежности и долговечности узла по сравнению с подшипником, имеющим стыки на дорожках качения.

В варианте узла сепаратор 14 (фиг. 3) равномерно гофрирован по окружности, а в открытых наружу впадинах гофр выполнены гнезда 18 осей 16 вращения роликов 3. Замок 15 сепаратора прямой и размещен, например, на наружном гребне гофр. Поверхность гнезда 18 занимает несколько больше полуокружности и взаимодействуют с осью ролика со скольжением.

Процесс сборки узла аналогичен рассмотренному с той особенностью, что надетый на шейку 1 сепаратор начиняется роликами снаружи путем вдавливания осей 16 в гнезда 18. Поскольку гнезда более, чем полуцилиндры, сепаратор хорошо удерживает ролики за счет сил упругости. Сборка узла с сепаратором такого типа упрощается.

Работа узла роликового подшипника с новым сепаратором аналогична рассмотренной, но обеспечивает более высокий КПД за счет исключения между смежными роликами. По этой же причине уменьшается износ роликов, что повышает работоспособность узла.

В варианте узла роликового подшипника (фиг. 4) сепаратор, равномерно гофрированный по окружности, взаимодействует со скольжением с дорожкой качения наружного кольца 4 наружными гребнями 19 гофр. Вследствие упора гребней 19 в кольца достигается повышение радиальной и окружной жесткостей гофрированного сепаратора, что позволяет делать его из ленты или проволоки меньшей толщины. В работе узла повышение жесткости служит уменьшению упругих колебаний частей сепаратора, стабилизации зазоров между смежными роликами и повышению КПД узла. Такой узел целесообразно использовать в качестве шатунно-кривошипного.

В варианте узла подшипника (см. фиг. 5) на внутренних гребнях гофр сепаратора выполнены выступы 20, расположенные вдоль окружности сепаратора, причем выступы смежных гребней сопряжены между собой в стыке 21.

Процесс сборки узла аналогичен рассмотренному с той особенностью, что при установке поверх роликов 3 пружины 4 сепаратор сжимается по окружности до контакта смежных выступов 20 в стыках 21.

Процесс работы узла аналогичен рассмотренному с той особенностью, что благодаря взаимодействию смежных выступов 20 в стыках 21 сепаратор имеет наиболее высокую окружную жесткость и качение роликов происходит при минимальных амплитудах колебаний вдоль окружности подшипника. При этом работа узла становится аналогичной работе при стандартном роликовом подшипнике с неразрезным сепаратором, имеющем наиболее высокий КПД.

В варианте узел роликового подшипника (см. фиг. 6) имеет упомянутую, выполненную из стали, проставку с покрытием 22 из антифрикционного материала, например, из сплава СОС6-6, размещенным на плоскости кольца, прилежащей к конусному участку 9 поверхности проставки. Толщина слоя принята как для упорного подшипника коленчатого вала. Причем проставкой с антифрикционным покрытием комплектуется один из узлов ДВС, например, средняя коренная опора, а другие опоры имеют узлы с проставками без покрытия.

Процесс сборки узла аналогичен рассмотренному, но величина осевого зазора между галтелью 2 шейки 1 и антифрикционным слоем 22 проставки задается в пределах, характерных упорным подшипникам. Величина этого зазора равна приблизительно уменьшению расстояния между проставками одной опоры в процессе затяжки болтов 17 и, следовательно, определяется конусностью поверхности 10 буртов 11 и высотой буртов.

Для достижения уменьшенной величины рассматриваемого зазора целесообразно повышение осевой упругости пружины 4, что обеспечивает, уменьшение ее податливости в процессе затяжки болтов 17.

Процесс работы узла аналогичен рассмотренному, но имеет особенность в том, что проставка взаимодействует с галтелью 2 шейки вала антифрикционным слоем 22. Это уменьшает трение, служит повышению КПД, при этом конструкция двигателя упрощается за счет исключения специального упорного подшипника.

В варианте узла (фиг. 7) сепаратор взаимодействует со скольжением с шейкой 1 вала внутренними гребнями 23 гофр. Сборка и работа узла аналогичны рассмотренным вариантам. Вследствие упора гребней 23 в шейку достигается повышение радиальной и окружной жесткостей сепаратора, что служит улучшению динамических свойств подшипника и повышению его КПД и надежности.

Во избежание заклинивания нельзя применять сепаратор, у которого гребни внутренние и внешние имеют упор в дорожки качения.

Формула изобретения

1. УЗЕЛ РАДИАЛЬНОГО РОЛИКОВОГО ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ, содержащий шейку вала с дорожками качения и тела качения в виде цилиндрических роликов, установленных в кольцевой расточке корпуса и съемной крышки с помощью кольцевого разъемного сепаратора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, надежности и долговечности, он снабжен наружным кольцом, выполненным в виде спиральной цилиндрической пружины с сечением витков в виде прямоугольника, установленным с натягом в расточке крышки и корпуса, причем по краям последних выполнены выступы с конусной поверхностью, обращенной в сторону пружины, образующие два кольцевых бурта, и двумя кольцевыми проставками с конусными участками на торцах, установленными между кольцевыми буртами и пружиной и обращенными конусными участками к кольцевому бурту, причем проставка выполнена в виде двух полуколец, соединенных между собой штифтами, тело качения снабжено осью вращения, размещенной преимущественно в средней части ролика, а сепаратор установлен с возможностью взаимодействия с осями вращения ролика .

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что сепаратор выполнен гофрированным с равномерно размещенными по окружности гофрами, а во впадинах гофр, открытых в сторону наружного кольца, выполнены гнезда под оси тел качения.

3. Узел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что сепаратор установлен с возможностью взаимодействия наружных гребней гофр с дорожкой качения наружного кольца подшипника.

4. Узел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренние гребни гофр снабжены выступами, распределенными по окружности, причем выступы смежных гребней сопряжены между собой.

5. Узел по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая проставка выполнена из стали, а на плоскости, прилегающей к конусному участку, выполнен слой из антифрикционного сплава, причем проставка установлена с возможностью взаимодействия с шейкой вала.

6. Узел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что сепаратор установлен с возможностью взаимодействия внутренних гребней с шейкой вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7