Опорный узел

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к узлам, воспринимающим повышенные осевые нагрузки. Опорный узел содержит корпус 1, вал 2, вдоль оси которого расположены по крайней мере две опорные секции 7. Каждая опорная секция содержит упругий элемент 14, закрепленный на валу упор 8 и закрепленную в корпусе опору 9. На торцевых поверхностях упоров 8 выполнены проточки 12, 13 для размещения с наружной поверхности упора упругого элемента, а на внутренней торцевой поверхности упора - антифрикционного кольца 17, контактирующего с антифрикционным кольцом 21, установленным в держателе 20 основания опоры. На конце вала размещена секция предварительного поджатия упругих элементов, выполненная так же, как опорная секция, и размещенная на конце вала с возможностью соприкасания наружной торцевой поверхности ее основания и наружной торцевой поверхности основания последней опорной секции. На валу установлены верхняя и нижняя головки с подшипниками и распорные втулки с компенсирующими шайбами для фиксации неподвижных опор в корпусе. Изобретение увеличивает грузоподъемность опоры. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к узлам, воспринимающим повышенные осевые нагрузки, действующие на вал в процессе работы быстроходных механизмов.

Известно, что для увеличения несущей способности опорного узла и уменьшения нагрузки на элементы опоры, например на каждый подшипник, в быстроходных опорах используется многорядная установка подшипников [1].

Однако в таких конструктивных решениях равномерное распределение осевой нагрузки между подшипниками может быть достигнуто только при выполнении жестких условий точности изготовления опорных деталей и размерных цепей между ними, а это приводит к увеличению трудоемкости при изготовлении и монтаже опорного узла. Неравномерное же распределение нагрузки между опорными элементами приводит к снижению несущей способности опоры в целом.

Известны также опоры с использованием гребенчатых подшипников, представляющие собой ряд дисков, выполненных как одно целое с валом либо расположенных на насадной втулке и входящих в кольцевые выточки корпуса, изготовленного из антифрикционного материала (см., например, [1], с. 385).

Основным условием правильной работы опоры этой конструкции является одновременное прилегание всех дисков к опорным поверхностям, что может быть достигнуто только при соблюдении высоких требований к точности изготовления, что также приводит к большим трудозатратам при изготовлении и сборке опорного узла.

Ближайшим техническим решением является упорный узел (подшипник) [2], содержащий корпус, в котором размещен в радиальных подшипниках вал с расположенными вдоль оси вала по крайней мере двумя опорными секциями, выполненными с упругими элементами, каждая из секций содержит упор, закрепленный на валу с возможностью взаимодействия с опорой, связанной с корпусом.

В известном упорном подшипнике для распределения нагрузки опора каждой секции выполнена с устройством регулировки осевой нагрузки, которое требует тщательной и точной настройки для обеспечения разного предварительного напряжения в ступенях и создания различных противодействующих сил, а также установки точных зазоров между отдельными элементами опорного узла. Все это приводит к значительным трудозатратам при изготовлении и монтаже опорного узла.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в увеличении грузоподъемности опоры за счет равномерного распределения нагрузки между упорными элементами и снижении трудоемкости при изготовлении и монтаже опорного узла.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в опорном узле, содержащем корпус, вал, расположенные вдоль оси вала по крайней мере две опорные секции, каждая из которых содержит упругий элемент, закрепленный на валу упор и закрепленную в корпусе опору, согласно изобретению на торцевых поверхностях упора каждой опорной секции выполнены проточки, в одной из которых, выполненной со стороны наружной торцевой поверхности упора, размещен упругий элемент, закрепленный на валу с помощью упорного кольца с запорными сегментами, расположенными в проточке вала, а в кольцевой проточке, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора, закреплено антифрикционное кольцо, контактирующее с антифрикционным кольцом, установленным в держателе, который закреплен от проворота на основании опоры. При этом упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, держатель с антифрикционным кольцом закреплен на основании опоры с возможностью смещения, а контактирующие поверхности основания опоры и держателя антифрикционного кольца выполнены сферическими. Кроме того, опорный узел снабжен секцией предварительного поджатия упругих элементов, выполненной так же, как опорная секция, и размещенной на конце вала с возможностью соприкасания наружной торцевой поверхности ее основания и наружной торцевой поверхности основания последней опорной секции. Кроме того, опорный узел снабжен верхней и нижней головками с подшипниками для вала и распорными втулками с компенсирующими шайбами для фиксации неподвижных опор в корпусе, расположенных так, что основание опоры первой секции закреплено в корпусе опорного узла между верхней головкой и распорной втулкой, основания опор последующих секций закреплены между распорными втулками, а основание опоры секции предварительного поджатия упругих элементов закреплено между нижней головкой опорного узла и основанием последней опорной секции.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на фиг.1 представлен общий вид опорного узла, а на фиг.2 представлена секция опорного узла.

Опорный узел состоит из корпуса 1, вала 2, установленного в самоустанавливающихся подшипниках 3 и 4, один из которых размещен в верхней головке 5, а другой в нижней головке 6 опорного узла. В корпусе 1 последовательно установлены опорные секции 7 в количестве не менее двух (на чертеже представлены три секции). Каждая опорная секция включает в себя подвижный упор 8, установленный на валу 2 с возможностью продольного перемещения, и неподвижную опору 9, зафиксированную в корпусе 1 распорными втулками 10 и компенсирующими шайбами 11. На торцевых поверхностях упора 8 выполнены кольцевые проточки 12 и 13 (фиг.2). В проточке 12, выполненной на наружной торцевой поверхности упора 8, установлен упругий элемент 14, представляющий собой тарельчатую пружину, которая продольно закреплена на валу с помощью упорного кольца 15 с запорными сегментами, расположенными в проточке вала 2, и упорных втулок 16. В проточке 13, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора 8, запрессовано или приклеено антифрикционное кольцо 17. На основании 18 неподвижной опоры 9 закреплен от проворота с помощью штифтов 19 держатель 20, в котором также запрессовано или приклеено антифрикционное кольцо 21. Для обеспечения возможности перемещения держателя 20 с антифрикционным кольцом 21 относительно контактирующей поверхности основания 18 неподвижной опоры 9 в процессе самоустановки опорного узла отверстия под штифты 19 в держателе выполнены с большим диаметром, а контактирующие поверхности держателя и основания 18 неподвижной опоры 9 выполнены сферическими.

Сборку опорного узла производят следующим образом. Сначала собирают первую опорную секцию 7. Для этого на валу 2 в кольцевой проточке устанавливают упорное кольцо 15 с запорными сегментами, упорную втулку 16 и упор 8 с размещенными в кольцевых проточках 12, 13 упругим элементом 14 и антифрикционным кольцом 17. Затем устанавливают опору 9 с заранее смонтированным на основании 18 держателем 20 с антифрикционным кольцом 21, которое совмещают по опорным поверхностям с антифрикционным кольцом 17 на упоре 8, и устанавливают распорную втулку 10 с компенсирующей шайбой 11. Аналогичным образом производят сборку последующих опорных секций, количество которых обусловлено грузоподъемностью опорного узла.

После сборки всех опорных секций на валу 2 размещают секцию 22 предварительного поджатия упругих элементов, которая, так же как и опорная секция 7, состоит из упора 23 с антифрикционным кольцом 24, опоры 25 с антифрикционным кольцом 26, закрепленным в держателе 27, установленном на основании 28. Размещение секции 22 производят на конце вала 2 так, чтобы наружная торцевая поверхность 29 ее основания и наружная торцевая поверхность 30 основания последней опорной секции 7 соприкасались друг с другом. Далее все секции скрепляют винтом с гайкой 31, устанавливают головку 5 с самоустанавливающимся подшипником 3 и подсоединяют к ней корпус 1, собранный заранее с головкой 6, скрепляя все собранные на валу секции опорного узла.

При вращении вала 2, связанного с работающим механизмом, осевая нагрузка через упорные кольца 15 с запорными сегментами и упорные втулки 16 действует одновременно на все секции 7 опорного узла. Упругие элементы 14 всех секций воспринимают нагрузку, распределяя ее, и передают на упоры 8. Возможная неравномерность в распределении нагрузки, обусловленная разностью размерных цепей из-за погрешностей при изготовлении, компенсируется шайбами 11, которые обеспечивают одновременный контакт упоров 8 с опорами 9 и одновременное восприятие нагрузки антифрикционными кольцами 17 и 21. Далее распределенная нагрузка передается на основания 18 самоустанавливающихся неподвижных опор 9, где происходит устранение перекосов, возникающих в каждой секции опорного узла в процессе работы механизма. Пульсирующие нагрузки, которые также возникают в процессе работы механизма, гасятся упругими элементами 14, выполняющими в этом случае дополнительно функцию демпфирующего устройства.

Таким образом, предложенный опорный узел позволяет обеспечить равномерное распределение нагрузки между секциями и за счет этого увеличить грузоподъемность. Кроме того, применение антифрикционных колец позволяет использовать опорный узел в агрессивных средах с механическими примесями, что особенно актуально, например, для погружных скважинных насосов.

Источники информации

1. П.И. Орлов. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. М.: Машиностроение, 1988, с. 460-461, 385.

2. Патент США №4856914, кл. F 16 17/06, 15.08.1989.

Формула изобретения

1. Опорный узел, содержащий корпус, вал, расположенные вдоль оси вала, по крайней мере, две опорные секции, каждая из которых содержит упругий элемент, закрепленный на валу упор и закрепленную в корпусе опору, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях упора каждой опорной секции выполнены проточки, в одной из которых, выполненной со стороны наружной торцевой поверхности упора, размещен упругий элемент, закрепленный на валу с помощью упорного кольца с запорными сегментами, расположенными в проточке вала, а в кольцевой проточке, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора, закреплено антифрикционное кольцо, контактирующее с антифрикционным кольцом, установленным в держателе, который закреплен на основании опоры.

2. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины.

3. Опорный узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что держатель с антифрикционным кольцом закреплен на основании опоры с возможностью смещения, при этом контактирующие поверхности основания опоры и держателя антифрикционного кольца выполнены сферическими.

4. Опорный узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен секцией предварительного поджатия упругих элементов, выполненной так же, как опорная секция и размещенной на конце вала с возможностью соприкасания наружной торцевой поверхности ее основания и наружной торцевой поверхности основания последней опорной секции.

5. Опорный узел по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что он снабжен верхней и нижней головками с подшипниками для вала и распорными втулками с компенсирующими шайбами для фиксации неподвижных опор в корпусе, расположенных так, что основание опоры первой секции закреплено в корпусе опорного узла между верхней головкой и опорной втулкой, основания опор последующих секций закреплены между распорными втулками, а основание опоры секции предварительного поджатия упругих элементов закреплено между нижней головкой опорного узла и основанием последней опорной секции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2