Встроенное щелевое бесконтактное уплотнение для радиального шарикоподшипника с вращающимся наружным кольцом

 

Изобретение относится преимущественно к подшипниковой отрасли машиностроения и предназначено для использования в конструкции шариковых радиальных подшипников, у которых наружное кольцо вращающееся, а внутреннее неподвижно. Сущность изобретения заключается в том, что известное встроенное щелевое бесконтактное уплотнение в виде армированного металлической шайбой резинового уплотнительного кольца с радиально направленными кольцевыми уплотнительными губами снабжено специальной кольцевой канавкой, к которой при вращении подшипника под действием центробежных сил и сил трения смазки об элементы конструкции подшипника возникает эффект гидродинамического масляного затвора, запирающего щелевой участок уплотнения и тем самым повышающего эффективность уплотнения в целом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к общему машиностроению и предназначено для использования преимущественно в шариковых радиальных подшипниках с вращающимся наружным кольцом и высокой частотой вращения, например: уплотнение для подшипника натяжного ролика механизма газораспределения автомобильного двигателя.

Известен шарикоподшипник с вращающимся наружным кольцом (1), применяемый в ступицах колес автомобилей. Его уплотнение содержит армированное металлической шайбой резиновое кольцо с гибкими уплотняющими кромками (далее губами), прижимающимися к неподвижному кольцу, запрессованному на внутреннее кольцо шарикоподшипника. Данное уплотнение работоспособно в диапазоне относительно низких частот вращения (предположительно до 1500 - 2000 об/мин), т. к. на более высоких частотах под воздействием центробежных сил происходит отгиб уплотнительных губ от поверхности контакта, что соответственно ухудшает уплотняющий эффект. Кроме того, контактный тип уплотнения требует дополнительных затрат энергии на вращение подшипника, повышает его температурный режим работы и менее долговечен.

Известен подшипник качения с контактно-щелевым уплотнительным элементом (2) в виде зафиксированных в наружном кольце шарикоподшипника уплотнительных резиновых колец, армированных металлическими шайбами и имеющих на внутренней стороне кольцевой выступ - далее губу, расположенную над поверхностью вращающегося внутреннего кольца подшипника с гарантированным зазором, и эластичную внутрипериферийную кольцевую поверхность (радиально направленную губу), имеющую скользящий контакт с поверхностью специальной канавки внутреннего кольца подшипника. В данной конструкции уплотнения из-за наличия элемента со скользящим контактом имеются определенные энергозатраты на трение. В случае использования этой конструкции уплотнения в подшипниках с вращающимся наружным кольцом под воздействием центробежных сил будет происходить увеличение щелевого зазора и силы прижатия радиально направленного выступа уплотнительного кольца к внутреннему кольцу подшипника, что повлечет за собой увеличение энергозатрат на вращение, ухудшение теплового режима работы подшипника и повышенный износ поверхности контакта уплотнения.

Известно безконтактное щелевое уплотнение для радиальных шарикоподшипников с вращающимся внутренним кольцом (3). В нем при наличии тех же основных элементов конструкции, т.е. встроенных уплотнительных резиновых колец, армированных металлической шайбой, с кольцевой губой, расположенной над поверхностью внутреннего кольца подшипника и радиально направленного в сторону оси вращения выступа, более полно использован эффект лабиринта и исключены элементы со скользящим контактом.

Это достигнуто тем, что радиально направленный выступ уплотнительного кольца входит без контакта в канавку на бортике внутреннего кольца подшипника, форма которой повторяет форму выступа, создавая полноценный уплотнительный элемент лабиринтного типа, а вытянутая в осевом направлении кольцевая губа сделана более жесткой за счет ее армирования, обеспечивая тем самым уверенное безконтактное сопряжение элементов уплотнительного кольца с поверхностями внутреннего кольца подшипника.

Из известных технических решений данный вариант наиболее приемлем для использования в безконтактных уплотнениях радиального шарикоподшипника с вращающимся наружным кольцом, т.к. отрицательный эффект воздействия центробежных сил на элементы уплотнения, проявление которых неизбежно при вращающемся наружном кольце подшипника, в данном случае будет минимальный. К недостаткам же этой конструкции уплотнения, применительно к условиям вращения наружного кольца подшипника, относим тот факт, что при выходе такого подшипника на режимную частоту вращения в его рабочей полости, в зоне внутреннего кольца будет возникать разряжение, что повлечет за собой всасывание внутрь подшипника из лабиринтной щели уплотнения находящегося в ней содержимого, т.е. грязевых, пылевых и других отложений.

Поставленная задача - создать уплотнение, способное увеличить работоспособность шарикоподшипника.

Сущность изобретения заключается в том, что встроенное щелевое бесконтактное уплотнение, преимущественно для радиального шарикоподшипника с вращающимся наружным кольцом, выполнено в виде зафиксированного в наружном кольце подшипника армированного металлической шайбой резинового уплотнительного кольца с двумя кольцевыми губами, одна из которых аксиально направлена внутрь подшипника и расположена с гарантированным зазором над поверхностью его внутреннего кольца, другая радиально направлена в сторону оси вращения подшипника и бесконтактно расположена в кольцевой канавке того же кольца подшипника. В стыке между поверхностью кольцевых губ уплотнения выполнено углубление в виде кольцевой канавки, образующее полуокружность в поперечном сечении. Одна из стенок канавки по касательной совмещена с внутренней поверхностью радиально направленной губы, а другая расположена под углом к аксиально направленной внутрь подшипника рабочей поверхности другой губы с возможностью создания при вращении подшипника эффекта гидродинамического масляного затвора.

Кроме того, аксиально направленная внутрь подшипника кольцевая губа выполнена массивной и вытянутой в аксиальном направлении, а ее сечение выполнено в форме усеченного клина, узкая часть которого обращена во внутрь подшипника.

Новым в конструкции уплотнения является то, что в стыке между поверхностями кольцевых губ уплотнения выполнено углубление в виде кольцевой канавки, образующее полуокружность в поперечном сечении, одна из сторон которой по касательной совмещена с внутренней поверхностью радиально направленной губы, а другая расположена под прямым углом к аксиально направленной внутрь подшипника рабочей поверхности другой губы с возможностью создания при вращении подшипника гидродинамического масляного затвора. Аксиально направленная внутрь подшипника кольцевая губа выполнена массивной и вытянутой в аксиальном направлении, а ее сечение выполнено в форме усеченного клина, узкая часть которого обращена во внутрь подшипника.

В канавке при вращении уплотнительного кольца относительно внутреннего кольца подшипника под действием сил трения и центробежных сил возникает замкнутый вихревой поток из вещества среды, заполняющей эту полость, создающий эффект гидродинамического затвора, запирающего щелевой участок.

Данное дополнение в сочетании с использованием в конструкции уплотнительного кольца массивной с плоским, развитым по площади торцом аксиально направленной губы, обеспечивающей стабильность величины зазоров между уплотнительным кольцом и внутренним кольцом подшипника, определяет существенное отличие предлагаемого конструкторского решения от известных ранее и создает требуемый технический результат, т.е. обеспечивает для радиального высокооборотного шарикоподшипника с вращающимся наружным и неподвижным внутренним кольцом достаточно эффективную с большим ресурсом работоспособности и минимальными энергозатратами, не влияющими на температурный режим работы подшипника, конструкцию уплотнения его рабочей полости.

Предлагаемое уплотнение (фиг. 1) содержит резиновое (или из другого, близкого по свойствам материала) уплотнительное кольцо (1), армированное металлической профилированной шайбой (2), которое герметично запрессовывается в специальную профилированную кольцевую канавку наружного кольца (3) подшипника и фиксируется строго в радиальной плоскости, т.е. перпендикулярно оси вращения подшипника.

На внутреннем участке уплотнительного кольца (фиг. 2) имеется армированная отгибом (5) шайба (2), кольцевая губа (6), аксиально направленная внутрь подшипника, и эластичная губа (7), направленная радиально в сторону оси вращения подшипника.

Поверхность (А) губы (6) с наружной поверхностью внутреннего кольца подшипника образует кольцевую щель (Х), выполняющую функцию основного щелевого участка уплотнения. Чтобы под воздействием центробежных сил величина зазора между губой и кольцом подшипника изменялась незначительно, губа (6) сделана прочной. Это достигается тем, что она сделана массивной, кроме того, армирована участком (5) шайбы (2), имеет со стороны внутренней полости подшипника плоский, развитый по площади торец, а в разрезе представляет из себя усеченный клин с мощным основанием.

Клинообразная, радиально направленная губа (7) входит в кольцевое углубление (С) внутреннего кольца подшипника, образуя с его поверхностями участок уплотнения лабиринтного типа с гарантированным зазором во всех направлениях. При этом радиальное направление губы (7) практически исключает негативное влияние центробежных сил на постоянство ее месторасположения и величину создаваемого ею щелевого зазора. Кроме того, в начальный момент вращения наружная плоскость (Д) губы (7) обеспечивает за счет центробежного эффекта очистку полости (С) от проникших в нее за период покоя загрязнений, а при вращении подшипника отражает стремящиеся проникнуть в нее загрязнения.

В стыке между аксиально направленной поверхностью (А) губы (6) и внутренней поверхностью (Е) радиально направленной губы (7) имеется кольцевая канавка (F). Поперечное сечение этой канавки представляет фигуру, ограниченную кривой линией (фиг. 3), имеющей в полуокружности участок "a-b", касательно совмещающийся с линией сечения поверхности (E) радиально направленной губы (участок "a-d") и пересекающий под прямым углом поверхность "А" аксиально направленной губы.

Кольцевая полость "H" поперечного сечения (H) с периметром a-b-c-d-a выполняет функцию вихревой камеры, в которой при вращении подшипника частицы среды в полости "H", соприкасаясь с перемещающейся по окружности поверхностью "E", приобретают кольцевое движение с одновременным перемещением под воздействием центросил в направлении от центра вращения подшипника. Приобретя тем самым определенный скоростной и энергетический потенциал, частицы под воздействием искривленной поверхности (участок "a-b") кольцевой канавки (F) изменяют направление своего движения (в проекции на плоскость направление движения становится противоположным) и по инерции, проскочив участок щелевого зазора "b-с", соприкасаются с неподвижной поверхностью "G". Далее происходит ее торможение о поверхность "G" на участке "c-d" и возврат в исходное положение.

Таким образом, в кольцевой полости "H" уплотнения возникает замкнутый вихревой поток, перекрывающий проходное сечение щелевого участка уплотнения и создающий эффект гидродинамического затвора.

Кольцевая канавка "F", кроме отмеченных функций, облегчает при сборке подшипника ввод губы "7" уплотнительного кольца в кольцевую канавку внутреннего кольца подшипника.

Перечень фигур, чертежей: На фиг. 1 изображен разрез части подшипника с установленным уплотняющим кольцом.

На фиг. 2 представлен разрез участка уплотнения в увеличенном масштабе, между уплотняющим кольцом и внутренним кольцом.

На фиг. 3 изображена вихревая камера кольцевой полости уплотнения.

Источники информации: 1. Заявка N 2505951, 1982, Франция, МКИ F 16 C 33/78.

2. А.С. N 213477, МКИ F 16 C 33/76, СССР.

3. Патент N 3113814, 1963 г., США.

Формула изобретения

1. Встроенное щелевое бесконтактное уплотнение преимущественно для радиального шарикоподшипника с вращающимся наружным кольцом, выполненное в виде зафиксированного в наружном кольце подшипника армированного металлической шайбой резинового уплотнительного кольца с двумя кольцевыми губами, одна из которых аксиально направлена внутрь подшипника и расположена с гарантированным зазором над поверхностью его внутреннего кольца, другая радиально направлена в сторону оси вращения подшипника и бесконтактно расположена в кольцевой канавке того же кольца подшипника, отличающееся тем, что в стыке между поверхностями кольцевых губ уплотнения выполнено углубление в виде кольцевой канавки, образующее полуокружность в поперечном сечении, одна из стенок которой по касательной совмещена с внутренней поверхностью радиально направленной губы, а другая расположена под прямым углом к аксиально направленной внутрь подшипника рабочей поверхности другой губы с возможностью создания при вращении подшипника эффекта гидродинамического масляного затвора.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что аксимально направленная внутрь подшипника кольцевая губа выполнена массивной и вытянутой в аксиальном направлении, а ее сечение имеет форму усеченного клина, узкая часть которого обращена во внутрь подшипника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3