Опорный подшипник и узел упорных вкладышей
Изобретение относится к работающим в тяжелом режиме зубчатым передачам, которые используют в механизмах привода прокатных станов. Устройство, предназначенное для установки на валу с возможностью вращения и осевой фиксации зубчатого колеса, содержит вкладыш, зафиксированный в отверстии зубчатого колеса. Втулка установлена на валу и зафиксирована относительно него. Втулка установлена на поверхности скольжения для вращения внутри вкладыша. Упорное кольцо зафиксировано относительно вала и выступает радиально от него на одной стороне зубчатого колеса. Держатель на одной стороне зубчатого колеса формирует круговой канал, внутри которого кольцевое упорное кольцо расположено по оси. Технический результат заключается в устранении образования зазоров. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.
Настоящее изобретение относится к работающим в тяжелом режиме зубчатым передачам такого типа, которые используют в механизмах привода прокатных станов, в которых для переменного включения и отключения зубчатых колес от соответствующих опорных валов используют муфты сцепления, и в частности, относится к узлам подшипников, предназначенных для установки зубчатых колес на валах.
В компоновке вышеуказанного типа, при отключении зубчатого колеса оно выполнено с возможностью свободного вращения, как "обгонная муфта", по отношению к своему опорному валу. Однако во включенном режиме зубчатое колесо зафиксировано относительно своего опорного вала и помимо усилия привода, передаваемого на другие зубчатые колеса или принимаемого с них, на него воздействует дополнительная осевая нагрузка.
Раньше для установки зубчатых колес на соответствующие опорные валы использовались упорные подшипники валков. Упорные подшипники валков идеально работают с зубчатыми колесами в выключенном состоянии, когда они находятся в режиме свободного вращения. Однако потом было определено, что когда зубчатые колеса зафиксированы относительно своего опорного вала во включенном режиме, и подшипники, таким образом, находятся в неподвижном положении, осевая нагрузка на зубчатые колеса воздействует на элементы валков и дорожки качения на кольцах подшипников, приводя к ускоренному местному износу в областях, где они находятся во фрикционном контакте друг с другом. Такой местный износ, в конце концов, приводит к образованию зазоров, которые увеличивают приемлемые допуски, вызывают вибрацию и необходимость остановки оборудования и преждевременной замены изношенных подшипников.
В соответствии с настоящим изобретением, вместо обычных опорных подшипников валка используется комбинация подшипников скольжения и узлов опорных колец. Подшипники скольжения обеспечивают радиальный упор для зубчатых колес как во включенном, так и в отключенном режимах работы. Узлы опорных колец поглощают осевые нагрузки в статических условиях, когда зубчатые колеса зафиксированы относительно своего опорного вала.
Эти и другие свойства и преимущества настоящего изобретения будут более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан вид в разрезе зубчатых колес, рассчитанных на работу в тяжелом режиме, такого типа, который используется в прокатных станах;
на фиг.2 показан с увеличением частичный вид зубчатых колес, представленных на фиг.1;
на фиг.3А и 3В показан частичный вид в разрезе по линиям 3А-3А и 3В-3В, обозначенным на фиг.2;
на фиг.4 показан вид спереди, изображающий опорную поверхность одной из опорных пластин;
на фиг.5 показан частичный вид сбоку с увеличением опорной пластины, показанной на фиг.4;
на фиг.6 и 7 показаны виды, соответственно аналогичные фиг.4 и 5, изображающие альтернативный вариант выполнения опорной пластины; и
на фиг.8 схематично показан вид с увеличенными размерами, изображающий разделенную на доли конфигурацию втулок.
Рассмотрим вначале фиг.1, 2, 3А и 3В, на которых зубчатая передача прокатного стана обозначена позицией 10. Зубчатая передача имеет корпус с основной секцией 12 и крышкой 16. Вал 18 установлен в корпусе между подшипниками 20, 22 для вращения вокруг оси "А". Один торец вала выступает из корпуса, где он соединяется с приводом прокатного стана (не показан).
Зубчатые колеса 24, 26 установлены на валу с противоположных сторон кольцевого выступа 28 с увеличенным диаметром. Зубчатые колеса имеют различный диаметр и разное количество зубьев и при этом могут входить в зацепление с другими соответствующими зубчатыми колесами в коробке передач (не показано), для обеспечения различных передаточных коэффициентов.
Зубчатые колеса 24, 26 оснащены выступами 30 с зубьями 32, которые могут соединяться с возможностью вращения с внешними шлицами 34 на кольцевом выступе 28 вала. Муфта 36, внутри которой выполнены шлицы, обозначенные позицией 37, установлена на кольцевом выступе 28 вала. Муфта 36 выполнена с возможностью перемещения вдоль оси между нейтральным положением, которое показано на фиг.1, в верхней части фиг.2 и на фиг.3А, и положением зацепления, при котором ее внутренние шлицы 37 соединяются с зубьями 32 одним или другим выступом 30 зубчатых колес 24, 26. В нижней части фиг.2 и на фиг.3В показана муфта 36 во включенном положении.
Таким образом, когда муфта сцепления находится в нейтральном положении, оба зубчатых колеса 24 и 26 отключены от вала 18 и находятся в режиме свободного вращения. Когда муфта 36 сдвинута так, что она входит в зацепление с зубьями 32 одного из зубчатых колес, это зубчатое колесо соединяется с валом, и при этом второе зубчатое колесо остается в режиме свободного вращения.
Зубчатые колеса 24, 26 установлены на валу 18 с зеркальной комбинацией подшипников скольжения и узлов упорных колец. Поэтому ниже приведено описание в отношении компоновки зубчатого колеса 26, при этом следует понимать, что то же описание относится к компоновке другого зубчатого колеса 24.
Как лучше всего показано на фиг.2, зубчатое колесо 26 установлено на валу 18 и вращается с использованием подшипника скольжения, который обозначен позицией 40. Кроме того, положение зубчатого колеса 26 вдоль оси по отношению к валу зафиксировано с помощью узла упорных колец, который обозначен позицией 42.
Подшипник 40 скольжения содержит втулку 44, установленную на валу 18. Втулка имеет две несущие поверхности 44а, 44b, разделенные центральной канавкой 44с, и установлена с возможностью вращения внутри вкладышей 46а, 46b, установленных внутри отверстия с уступом зубчатого колеса 26.
Предпочтительно, как схематично показано на фиг.8, внутренние поверхности вкладышей 46а, 46b выполнены в виде долей на интервалах, обозначенных позициями 45, расположенных через некоторые промежутки по окружности. Когда зубчатое колесо работает в режиме свободного вращения, такая дольчатая конфигурация вкладышей обеспечивает формирование разнесенных по углам зон с повышенным давлением смазки, которые способствуют улучшению стабильности подшипника.
Один торец втулки 44 примыкает к буртику 48 на валу, а к другому торцу втулки прижато упорное кольцо 50 с помощью гайки 52, которая навинчена на вал.
Узел 42 упорного кольца содержит упорное кольцо 50 и обойму 54, закрепленную на фланце зубчатого колеса 26 винтами 56. Упорное кольцо 50 зафиксировано между кольцевыми несущими пластинами 58а, 58b, закрепленными винтами 60, соответственно, на внешнем фланце зубчатого колеса 26 и на внутренней фаске обоймы 54. Противоположные плоскости упорного кольца 50 определяют первые кольцевые несущие поверхности, и расположенные напротив них поверхности пластин 58а, 58b определяют вторые кольцевые несущие поверхности.
Жидкую смазку подают через канал 62, проходящий по центру вала 18. Каналы 64 ответвлений в валу и радиальные отверстия 66 во втулке 44 позволяют подавать смазку в канавку 44с. Смазка выходит из канавки 44с и смазывает поверхность раздела между поверхностями 44а, 44b подшипника скольжения и вкладышами 46а, 46b и затем выходит в одном направлении к буртику 48 вала, и в противоположном направлении в круглый канал 68 на одной стороне упорного кольца 50.
Другие каналы 70 ответвления в валу направляют смазку к внутренним канавкам 72 втулки 44. Канавки 72 выходят к круговому каналу 74 внутри упорного кольца. Отсюда смазка поступает по канавкам 76 на противоположную сторону упорного кольца 50.
Смазка, поступающая на противоположные стороны упорного кольца, смазывает поверхности раздела между первыми несущими поверхностями, определенными противоположными сторонами упорного кольца 50 и вторыми несущими поверхностями, определенными противоположными поверхностями несущих пластин 58а, 58b.
Вторые несущие поверхности кольцевых несущих пластин 58а, 58b представляют собой зеркальное отображение друг друга. Как дополнительно показано на фиг.4 и 5, каждая вторая несущая поверхность сконфигурирована со множеством разнесенных вдоль окружности скосов 78, выполненных таким образом, чтобы они взаимодействовали с расположенной рядом с ними первой несущей поверхностью упорного кольца 50, таким образом, между ними формируются клинообразные карманы 80. Каждый скос 78 проходит по окружности от выемки 82 на одном конце до плоской площадки 84 на противоположном конце. При такой компоновке относительное вращение в направлении, которое схематично показано стрелками на фиг.5 между упорным кольцом 50 и кольцевыми пластинами 58а, 58b в режиме свободного вращения приведет к образованию разнесенных по углу зон повышенного давления смазки, которые, предпочтительно, снижают фрикционный износ. Аналогичное условие существует, даже когда зубчатое колесо входит в зацепление, поскольку, хотя его первая и вторая несущие поверхности зафиксированы при вращении по отношению друг к другу, они продолжают совместно вращаться по отношению к жидкой смазке.
В качестве альтернативы, возможно использование двух несущих пластин 58а, 58b с зеркальными вторыми несущими поверхностями, как показано на фиг.6 и 7, при этом могут использоваться модифицированные пластины 58с на противоположных сторонах упорного кольца 50. Вторая несущая поверхность несущей пластины 58с сконфигурирована с наклоненными противоположно по отношению друг другу скосами 78’, 78’’, расположенными так, чтобы они взаимодействовали с установленными рядом с ними несущими поверхностями упорного кольца 50, таким образом, что между ними формируются клинообразные карманы 80’, 80’’. Скосы 78’, 78’’ разнесены вдоль окружности с использованием плоских площадок 84 между ними, от которых они проходят под уклоном к выемкам 82. Скосы 78’ и соответствующие карманы 80’ выполнены так, что образуют разнесенные по углам зоны повышенного давления смазки на одной стороне кольца 50, и скосы 78’’, и взаимодействующие с ними карманы 80’’ аналогично выполнены так, что обеспечивают тот же эффект на противоположной стороне кольца 50.
Из вышеизложенного, для специалистов в данной области техники очевидно, что подшипники 40 скольжения эффективно функционируют при вращении зубчатых колес 24, 26 в режиме свободного вращения так, что при этом обеспечена эффективная смазка узлов 42 упорных колец для минимизации фрикционного износа. Когда одно или другое зубчатое колесо будет зафиксировано на валу от вращения, его подшипник скольжения продолжит обеспечивать статическую радиальную опору, и осевые нагрузки при этом воспринимает соответствующий узел 42 упорного кольца, который действует по всей окружности упорного кольца.
Кроме того, для специалистов в данной области техники очевидно, что с повышением скорости вращения в узлах подшипников вырабатывается тепло. Однако увеличение скорости вращения повышает скорость потока смазки через радиальные каналы 64, 70 к соответствующим точкам смазки, так что в результате будет поддерживаться, по существу, постоянная и приемлемая температура подшипника в широком диапазоне рабочих скоростей.
Формула изобретения
1. Устройство для установки на валу с возможностью вращения и осевой фиксации зубчатого колеса, содержащее вкладыш, зафиксированный в отверстии указанного зубчатого колеса; втулку, установленную и зафиксированную относительно указанного вала, причем указанная втулка установлена на поверхности скольжения для вращения внутри указанного вкладыша; упорное кольцо, зафиксированное относительно указанного вала и выступающее радиально от него на одной стороне указанного зубчатого колеса; и средство держателя на указанной одной стороне зубчатого колеса, предназначенное для формирования кольцевого канала, внутри которого расположено по оси указанное кольцевое упорное кольцо.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средство для подвода жидкой смазки между втулкой и вкладышем и в кольцевой канал, определяемый средством держателя.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что средство держателя содержит расположенные на расстоянии друг напротив друга по оси кольцевые пластины, сконфигурированные и скомпонованные так, что они входят в контакт с противоположными сторонами упорного кольца, причем одна из кольцевых пластин закреплена на одной стороне зубчатого колеса и другая из указанных кольцевых пластин установлена на круглой обойме, закрепленной на одной стороне зубчатого колеса.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упорное кольцо имеет на противоположных сторонах первые кольцевые несущие поверхности, расположенные по оси между вторыми кольцевыми несущими поверхностями на средстве держателя.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что содержит средство для подвода жидкой смазки между указанной первой и второй несущими поверхностями.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первая и вторая несущие поверхности сконфигурированы и скомпонованы так, что они соответствуют относительному вращению между упорным кольцом и средством держателя, распределяя жидкую смазку, подводимую между указанной первой и второй несущими поверхностями, по множеству разнесенных по углу зон с повышенным давлением.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первая и вторая несущие поверхности выполнены кольцевыми и скомпонованы в виде обращенных друг напротив друга пар, и одна из несущих поверхностей каждой пары сконфигурирована со множеством разнесенных по окружности скосов, выполненных с возможностью взаимодействия с другой несущей поверхностью каждой пары, формируя между ними разнесенные по окружности клиновидные карманы.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый из указанных скосов проходит вдоль окружности от выемки на одном конце до плоской площадки на противоположном конце, причем последовательно расположенные скосы отделены друг от друга расположенными рядом друг с другом выемками и площадками.
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый из скосов проходит вдоль окружности от плоской площадки на одном конце до выемки на противоположном конце.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что последовательно расположенные скосы выполнены с противоположным направлением уклона так, что каждый из них проходит вниз от плоской площадки до выемки.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность вкладыша выполнена в виде распределенных по окружности долей.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что втулка имеет внешнюю поверхность скольжения, разделенную кольцевой канавкой на две разнесенные вдоль оси секции, и каналы, предназначенные для подачи смазки через вал в канавку для распределения ее на поверхности раздела между разнесенными вдоль оси секциями указанной поверхности скольжения и внутренней поверхностью указанного вкладыша.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что каналы дополнительно служат для подачи смазки от одной из указанных поверхностей раздела в кольцевой канал.
Приоритет по пунктам:
11.04.2002 по пп.1-9;
17.03.2003 по пп.10-13.
РИСУНКИ
