Узел вала
Изобретение относится к креплению с возможностью вращения вала, и в частности к крышке подшипника, защищенной от неправильного обращения, которая является составной частью узла вала. Узел вала содержит две или более защищенных от неправильного обращения крышек (10f, 10r) подшипников. В каждой из защищенных от неправильного обращения крышек (10f, 10r) подшипников выполнено по паре установочных отверстий (13а, 13b), смещенных относительно центральной оси (Y-Y) крышки подшипника на разные расстояния (Х1, Х2) смещения. Крышка (10f, 10r) подшипника ограничивает собой полуцилиндрическую выемку (12), расположенную таким образом, чтобы обеспечить в процессе эксплуатации выравнивание центральной оси (с-с) полуцилиндрической выемки (12) в крышке (10f, 10r) подшипника в одну линию с осью (Z-Z) вала (8), закрепленного с возможностью вращения посредством крышки (10f, 10r) подшипника. Различие в расстояниях (Х1, Х2) смещения установочных отверстий (13а, 13b) предотвращает сборку крышки (10f, 10r) подшипника с обратной ориентацией. Для обеспечения установки каждой крышки (10f, 10r) подшипника в одном положении межцентровое расстояние (S) между первым и вторым установочными отверстиями (13а, 13b) каждой крышки (10f, 10r) подшипника сделано отличным от межцентрового расстояния, выполненного для других крышек (10f, 10r) подшипников, используемых для крепления одиночного вала (8). Технический результат: разработка крышки подшипника, которая является простой и экономичной в изготовлении, но при этом выполнена таким образом, чтобы предотвратить сборку крышки подшипника с неверной ориентацией. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к креплению с возможностью вращения вала и, в частности, к крышке подшипника, защищенной от неправильного обращения, которая является составной частью узла вала.
Уровень техники
Широко известен метод крепления вала с использованием разъемной опоры подшипника, которая состоит из двух частей, ограничивающих отверстие, в котором вал крепится с возможностью вращения.
Для узла вращающихся валов требуются разъемные опоры подшипников с отверстиями, которые обеспечивают точные позиционный допуск, цилиндричность и концентричность вне зависимости от типа используемого подшипника.
Наибольшая точность достигается, если разъемные опоры подшипников расточены совместно, то есть все концентрические отверстия расточены за одну операцию, когда все детали расположены на своих местах.
Для того чтобы конструкция отвечала функциональным требованиям, важно, чтобы крышки подшипников, образующие одну из половин разъемных опор подшипников, устанавливались при повторной сборке точно в то же положение в процессе сборки двигателя или любых последующих работ по его обслуживанию.
Существуют различные методы, обеспечивающие повторную установку каждой крышки подшипника в исходное положение в процессе сборки, но эти методы не всегда позволяют избежать ошибок, случающихся при сборке таких крышек подшипников. Так, для того, чтобы облегчить оператору задачу правильной повторной установки крышек подшипников, на каждую такую крышку могут быть нанесены метки посредством печати, гравировки или литья.
Такие метки имеют ряд недостатков, состоящих, в частности, в том, что печать или гравировка меток приводят к удорожанию детали, тогда как маркировка литьем стирается и становится хуже различимой по мере износа отлитого инструмента.
Все метки обеспечивают лишь указания оператору, но не предотвращают ошибки в ходе сборки, т.к. крышки подшипников все равно могут быть собраны с неверной ориентацией или в неверном положении.
В попытках решения этих проблем в патенте US 4854746 было предложено использовать крышку подшипника, по обе стороны от которой имеются первое и второе плечо, которые выполнены асимметричными по форме, благодаря чему исключается возможность неправильной установки крышки подшипника в выемке, ограниченной прецизионно обработанными направляющими поверхностями, выполненнными в опорном элементе подшипника, когда подлежащий креплению вал расположен на своем месте.
Хотя с помощью такой конструкции устраняются некоторые проблемы, связанные с маркировкой крышек подшипников, она пригодна только в тех случаях, когда в опорном элементе подшипника сформирована прецизионно обработанная выемка. Однако выполнение таких прецизионно обработанных поверхностей сопряжено с большими затратами средств и времени.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является разработка крышки подшипника, которая является простой и экономичной в изготовлении, но при этом выполнена таким образом, чтобы предотвратить сборку крышки подшипника с неверной ориентацией.
Другая цель изобретения заключается в разработке узла вала, имеющего две или более крышек подшипников, которые невозможно собрать в неправильном положении.
В соответствии с первым независимым пунктом формулы изобретения предложен узел вала, содержащий вал, закрепленный с возможностью вращения вокруг оси вращения посредством по меньшей мере двух опор подшипников в сборе, причем каждая опора подшипника в сборе содержит опорный элемент подшипника, ограничивающий полуцилиндрическую выемку, имеющую центральную ось и два базовых отверстия, и крышку подшипника, имеющую первую и вторую ножки, соединенные перемычкой, которая ограничивает полуцилиндрическую выемку для крепления вала, причем первая ножка крышки подшипника имеет первое базовое отверстие, выполненное в ней для размещения в процессе эксплуатации первого установочного штифта, а вторая ножка крышки подшипника имеет второе базовое отверстие, выполненное в ней для размещения в процессе эксплуатации второго установочного штифта, причем первое базовое отверстие крышки подшипника смещено относительно центральной оси полуцилиндрической выемки на первое расстояние, а второе базовое отверстие крышки подшипника смещено относительно центральной оси полуцилиндрической выемки на второе расстояние, отличное от первого расстояния, при этом каждая крышка подшипника прикреплена к опорному элементу подшипника парой болтов и парой штифтов, вставленных в базовые отверстия в опорном элементе подшипника и крышке подшипника, так что два базовых отверстия в опорном элементе подшипника выровнены в одну линию с двумя базовыми отверстиями в крышке подшипника, вследствие чего в процессе эксплуатации обе центральные оси полуцилиндрических выемок в опорном элементе подшипника и прикрепленной к нему крышке подшипника соосно выровнены с осью вращения вала, причем в каждой опоре подшипника в сборе межцентровое расстояние двух базовых отверстий отлично от межцентрового расстояния любой другой опоры подшипника в сборе, используемой для крепления вала.
Первая ножка каждой крышки подшипника может иметь проходящее через нее первое отверстие с зазором под болт для размещения первого болта, используемого для крепления крышки подшипника в процессе эксплуатации к опорному элементу подшипника, а вторая ножка соответствующей крышки подшипника может иметь проходящее через нее второе отверстие с зазором под болт для размещения второго болта, используемого для крепления крышки подшипника в процессе эксплуатации к опорному элементу подшипника, причем первое базовое отверстие может быть выполнено в сопрягаемой поверхности первой ножки, упирающейся в процессе эксплуатации в ответную поверхность опорного элемента подшипника, а второе базовое отверстие может быть выполнено в сопрягаемой поверхности второй ножки, упирающейся в процессе эксплуатации в ответную поверхность опорного элемента подшипника.
Первое базовое отверстие и первое отверстие с зазором под болт могут быть соосно выровнены, и второе базовое отверстие и второе отверстие с зазором под болт могут быть соосно выровнены.
Сопрягаемая поверхность первой ножки и сопрягаемая поверхность второй ножки могут обе быть расположены в общей плоскости, а первое и второе расстояния могут соответствовать расстоянию от центральной оси полуцилиндрической выемки вдоль общей плоскости.
Первое расстояние может соответствовать расстоянию от центральной оси полуцилиндрической выемки до центральной оси первого базового отверстия, а второе расстояние может соответствовать расстоянию от центральной оси полуцилиндрической выемки до центральной оси второго базового отверстия.
Полуцилиндрические выемки опорного элемента подшипника и крышки подшипника каждой опоры подшипника в сборе могут взаимодействовать друг с другом в процессе эксплуатации для крепления подшипника вала.
Подшипник может представлять собой один из следующих подшипников: роликовый подшипник, шариковый подшипник и подшипник скольжения.
Каждый опорный элемент подшипника может быть выполнен как составная часть элемента конструкции двигателя.
В соответствии со вторым независимым пунктом формулы изобретения предложен двигатель, имеющий по меньшей мере один узел вала, сконструированный согласно указанному первому независимому пункту формулы изобретения.
Вал может представлять собой один из следующих валов: коленчатый вал, кулачковый вал и уравновешивающий вал двигателя.
В соответствии с третьим независимым пунктом формулы изобретения, предложен способ изготовления узла вала, сконструированного согласно указанному первому независимому пункту формулы изобретения, содержащий шаги: изготавливают вал, изготавливают компонент, имеющий по меньшей мере два опорных элемента подшипников, в каждом из которых выполнены полуцилиндрическая выемка, первое и второе базовые отверстия и два или более резьбовых отверстий, изготавливают число крышек подшипников, соответствующее числу опорных элементов подшипников, причем в каждой из крышек подшипников выполнены полуцилиндрическая выемка, два базовых отверстия и два или более отверстий с зазорами под болты, причем способ дополнительно содержит шаги: механически обрабатывают по два базовых отверстия в каждой крышке подшипника таким образом, чтобы первое базовое отверстие было смещено относительно центральной оси соответствующей полуцилиндрической выемки на первое расстояние, а второе базовое отверстие было смещено относительно центральной оси соответствующей полуцилиндрической выемки на второе расстояние, отличное от первого расстояния, механически обрабатывают по два базовых отверстия в каждом опорном элементе подшипника для соблюдения соответствия расстоянию между первым и вторым базовыми отверстиями в соответствующей крышке подшипника, к которой он крепится в процессе эксплуатации, вставляют штифты в первое и второе базовые отверстия либо в опорных элементах подшипников, либо в крышках подшипников, выравнивают в одну линию и приводят в сопряжение каждую крышку подшипника с соответствующим опорным элементом подшипника для обеспечения полного взаимодействия штифтов с первым и вторым базовыми отверстиями в крышках подшипников и опорных элементах подшипников, прикрепляют крышки подшипников к опорным элементам подшипников и совместно растачивают полуцилиндрические выемки в опорных элементах подшипников и крышках подшипников для получения отверстия требуемого диаметра.
Способ может дополнительно содержать шаги: снимают крышки подшипников с опорных элементов подшипников по завершении совместного растачивания, устанавливают вал и связанные с ним подшипники на свои места, повторно устанавливают крышки подшипников на соответствующие опорные элементы подшипников и крепят болтами крышки подшипников к опорным элементам подшипников.
Краткое описание чертежей
Ниже в качестве примера приводится описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
фиг. 1а представляет собой вид сбоку двигателя в соответствии с четвертым независимым пунктом формулы изобретения, содержащего узел вала, сконструированный в соответствии с третьим независимым пунктом формулы изобретения, имеющий две крышки подшипников, сконструированные в соответствии с первым независимым пунктом формулы изобретения;
фиг. 1b представляет собой вид в увеличенном масштабе по линии В-В на фиг. 1а в направлении по стрелкам;
фиг. 2 представляет собой графическое изображение крышки подшипника в соответствии с первым независимым пунктом формулы изобретения;
фиг. 3 представляет собой поперечный разрез в увеличенном масштабе крышки подшипника, показанной на фиг. 2, иллюстрирующий правильно установленную крышку подшипника на опорном элементе подшипника;
фиг. 4 представляет собой поперечный разрез, аналогичный приведенному на фиг. 3, но иллюстрирующий первое положение неправильной развернутой установки крышки подшипника;
фиг. 5 представляет собой поперечный разрез, аналогичный приведенному на фиг. 3, но иллюстрирующий второе положение неправильной развернутой установки крышки подшипника;
фиг. 6 представляет собой графическое изображение рамы с поперечинами, образующей пару опорных элементов подшипников, при этом рама с поперечинами показана в частично обработанном состоянии;
фиг. 7 представляет собой графическое изображение, аналогичное приведенному на фиг. 6, но иллюстрирующее раму с поперечинами после проведения первичной механической обработки с установочными штифтами на своих местах для размещения двух крышек подшипников;
фиг. 8 представляет собой графическое изображение, аналогичное приведенным на фиг. 6 и 7, иллюстрирующее две крышки подшипников, установленные на опорные элементы подшипников, готовые к совместному растачиванию;
фиг. 9 иллюстрирует полностью собранный узел уравновешивающего вала согласно изобретению;
фиг. 10а представляет собой вид сбоку, иллюстрирующий вариант осуществления крышки подшипника, альтернативный приведенному на фиг. 2;
фиг. 10b представляет собой вид в поперечном разрезе по линии V-V на фиг. 10а.
Осуществление изобретения
На фиг. 1а, 1b, 2 и 3 показан двигатель 1, содержащий головку 2 цилиндров, блок 3 цилиндров и раму 9 с поперечинами, прикрепленную болтами к нижнему концу блока 3 цилиндров. Рама 9 с поперечинами ограничивает собой на нижнем конце передний и задний опорные элементы 7f и 7r подшипников, к каждому из которых посредством пары болтов 25 прикреплена соответствующая защищенная от неправильного обращения крышка 10f, 10r подшипника. Передняя крышка 10f подшипника прикреплена болтами к переднему опорному элементу 7f подшипника, а задняя крышка 10r подшипника прикреплена болтами к заднему опорному элементу 7r подшипника.
Вал 8, в качестве которого в рассматриваемом примере использован уравновешивающий вал двигателя, крепится с возможностью вращения передней и задней крышками 10f и 10r подшипников, а также передним и задним опорными элементами 7f и 7r подшипников с формированием при этом узла вала и подшипников. Вал 8 закреплен с возможностью вращения вокруг оси Z-Z вращения, в данном примере посредством двух опор подшипников в сборе 7f, 10f и 7r, 10r. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено использованием лишь двух опор подшипников в сборе, так что можно использовать большее количество опор подшипников в сборе, нежели предусмотренные в данном случае две.
Вал 8 имеет ведущую шестерню (не показана), которая прикреплена к переднему концу вала 8 для использования в приводном соединении вала 8 с коленчатым валом (не показан) двигателя 1.
Таким образом, каждая опора подшипника в сборе состоит из одного опорного элемента 7f, 7r подшипника и прикрепленной к нему болтами соответствующей крышки 10f, 10r подшипника.
Узел подшипника, образованный опорой подшипника в сборе 7f, 10f; 7r, 10r и соответствующим подшипником, который в случае варианта осуществления, показанного на фиг. 1b, представляет собой подшипник скольжения, состоящий из первого и второго вкладышей 4, 5 подшипника, а в случае варианта, показанного на фиг. 9, - роликовый подшипник 72.
Два опорных элемента 7f, 7r подшипников в конструктивном отношении, по существу, одинаковы, и их общая компоновка описывается ниже применительно к переднему опорному элементу 7f подшипника. Следует понимать, что конструкция и общая компоновка заднего опорного элемента 7r подшипника по существу такие же, как те, что рассматриваются при описании переднего опорного элемента 7f подшипника.
Две крышки 10f, 10r подшипников в конструктивном отношении по существу одинаковы, и их общая компоновка описывается ниже применительно к передней крышке 10f подшипника. Следует понимать, что конструкция и общая компоновка задней крышки 10r подшипника по существу такие же, как те, что рассматриваются при описании передней крышки 10f подшипника.
Передний опорный элемент 7f подшипника образует по существу полуцилиндрическую выемку 7с с радиусом r', в которой размещен один первый вкладыш 4 подшипника.
Передняя крышка 10f подшипника образует по существу полуцилиндрическую выемку 12 с радиусом r, в которой размещен один второй вкладыш 5 подшипника. Второй вкладыш 5 подшипника образует в сочетании с первым вкладышем 4 подшипника вращающуюся опору для вала 8.
Передняя крышка 10f подшипника имеет перемычку 16, которая соединяет первую 14 и вторую 15 ножки, имеющие сопрягаемые поверхности, находящиеся в общей плоскости х (см. фиг. 2). Полуцилиндрическая выемка 12 образована в перемычке 16 крышки 10f подшипника между двумя ножками 14, 15, так чтобы поддерживать вал 8 таким образом, что в процессе эксплуатации ось Z-Z вращения вала 8 оказывается совмещенной с центральной осью с-с полуцилиндрической выемки 12 в крышке 10f подшипника, используемой для крепления вала 8. Центральная ось с-с расположена в центре С окружности радиуса полуцилиндрической выемки 12 (см. фиг. 2-5).
Ось Z-Z вращения вала 8 тоже расположена в процессе эксплуатации таким образом, что она совмещена с центром С' окружности радиуса полуцилиндрической выемки 7с в опорном элементе 7f подшипника, причем центр С' окружности радиуса лежит на центральной оси полуцилиндрической выемки 7с.
Через центр С окружности радиуса полуцилиндрической выемки 12 в крышке 10f подшипника проходит плоскость Y-Y, расположенная под углом девяносто градусов к общей плоскости х. Плоскость х графически изображена на фиг. 2 пунктирной линией, а на фиг. 3-5 - штрихпунктирной линией.
В рассматриваемом примере плоскость Y-Y расположена не посередине относительно соответствующих наружных кромок 14е, 15е двух ножек 14, 15. Другими словами, наружные кромки 14е, 15е двух ножек 14, 15 расположены несимметрично относительно центра С окружности радиуса полуцилиндрической выемки 12. Однако следует понимать, что наружные кромки 14е, 15е двух ножек 14, 15 могут также располагаться, если потребуется, симметрично относительно оси Y-Y, поскольку наружные кромки 14е, 15е ножек 14, 15 не используются в рамках настоящего изобретения для установки крышки 10f подшипника.
В первой ножке 14 выполнено проходящее через нее первое отверстие 11а с зазором под болт, а во второй ножке 15 выполнено проходящее через нее второе отверстие 11b с зазором под болт.
В процессе эксплуатации в первое отверстие 11а с зазором под болт вводят болт 25, входящий в винтовое соединение с соответствующим резьбовым отверстием 7t, выполненным в опорном элементе 7f подшипника, а во второе отверстие 11b с зазором под болт вводится болт 25, входящий в винтовое соединение с соответствующим резьбовым отверстием 7t, выполненным в переднем опорном элементе 7f подшипника, при этом оба болта 25 используются для крепления крышки 10f подшипника к опорному элементу 7f подшипника.
В переднем опорном элементе 7f подшипника выполнены первое и второе базовые отверстия 7d, 7е. Для обоих базовых отверстий 7d, 7е предусмотрены точное соблюдение размеров и точное позиционирование, что обеспечивает возможность их использования для правильного выравнивания передней крышки 10f подшипника в одну линию с передним опорным элементом 7f подшипника.
В рассматриваемом примере базовые отверстия 7d, 7е соосно выровнены с двумя резьбовыми отверстиями 7t и имеют диаметр, больший, чем у резьбовых отверстий 7t. Однако следует понимать, что базовые отверстия и резьбовые отверстия могут быть смещены относительно друг друга.
Первое отверстие 11а с зазором под болт в передней крышке 10f подшипника имеет первое базовое отверстие 13а, которое выполнено на одном его конце и в рассматриваемом примере соосно выровнено с ним. Первое базовое отверстие 13а выполнено в сопрягаемой поверхности первой ножки 14, а ее продольная центральная ось смещена или отстоит от центральной оси с-с полуцилиндрической выемки 12 в передней крышке 10f подшипника на первое расстояние Х1, измеряемое вдоль плоскости х.
Второе отверстие 11b с зазором под болт в передней крышке 10f подшипника имеет второе базовое отверстие 13b, которое выполнено на одном его конце и в рассматриваемом примере соосно выровнено с ним. Второе базовое отверстие 13b выполнено в сопрягаемой поверхности второй ножки 15, а ее продольная центральная ось смещена или отстоит от центральной оси с-с полуцилиндрической выемки 12 в передней крышке 10f подшипника на второе расстояние Х2, измеряемое вдоль плоскости х.
Для обоих базовых отверстий 13а, 13b предусмотрены точное соблюдение размеров и точное позиционирование, что обеспечивает возможность их использования для правильного выравнивания передней крышки 10f подшипника в одну линию с передним опорным элементом 7f подшипника.
Первое и второе базовые отверстия 13а и 13b выполнены с большим диаметром, чем у первого и второго отверстий 11а, 11b с зазорами под болты, вследствие чего первое отверстие 11а с зазором под болт и первое базовое отверстие 13а образуют первое стуленчатое отверстие, а второе отверстие 11b с зазором под болт и второе базовое отверстие 13b образуют второе ступенчатое отверстие.
Следует понимать, что два базовых отверстия 13а, 13b не обязательно должны быть соосно выровнены с отверстиями 11а, 11b с зазорами под болты. На фиг. 10а и 10b показан один из примеров такого смещенного расположения.
В соответствии с настоящим изобретением, первое и второе расстояния Х1 и Х2 никогда не равны друг другу, а в случае данного примера первое расстояние Х1 меньше, чем второе расстояние Х2. В соответствии с одним примером осуществления изобретения расстояние Х1 выбрано равным 0,002 м (2 мм), меньшим, чем расстояние Х2, благодаря чему исключается возможность сборки, если крышка 10f подшипника будет приложена к посадочному месту с «обратной ориентацией». Поворотом крышки 10f подшипника в «обратную ориентацию» считается поворот крышки 10f подшипника на 180 градусов вокруг оси Y-Y относительно ее верного ориентации.
Для предотвращения установки крышек 10f, 10r подшипников на неверный опорный элемент 7f, 7r подшипника межцентровое расстояние S базовых отверстий 13а, 13b в передней крышке 10f подшипника сделано отличным от того, что использовано для задней крышки 10r подшипника.
Межцентровое расстояние базовых отверстий 13а, 13b равно сумме смещений Х1, Х2 относительно центральной оси с-с, т.е.:
S=Х1+Х2.
В нижеследующей Таблице 1 в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, приведена типовая комбинация смещений Х1, Х2 и межцентровых расстояний S для пары защищенных от неправильного обращения крышек подшипников согласно изобретению.
Следует понимать, что межцентровое расстояние двух базовых отверстий 7d, 7е в опорном элементе 7f подшипника согласуется с таковым, используемым для крышки 10f подшипника, так что в процессе эксплуатации первое базовое отверстие 7d в опорном элементе 7f подшипника смещено относительно оси вращения Z-Z на то же расстояние, что и в случае с первым базовым отверстием 13а в крышке 10f подшипника, а второе базовое отверстие 7е в опорном элементе 7f подшипника смещено относительно оси вращения Z-Z на то же расстояние, что и в случае со вторым базовым отверстием 13b в крышке 10f подшипника.
Все базовые отверстия 7d, 7е, 13а и 13b точно механически обработаны и позиционированы, и образуют вместе со штифтами 20 первичное установочное средство для размещения крышки 10f подшипника относительно опорного элемента 7f подшипника.
Для размещения крышки 10f подшипника относительно опорного элемента 7f подшипника сначала запрессовывают направляющую втулку 20 в каждое из базовых отверстий 7d, 7е в опорном элементе 7f подшипника. Затем базовые отверстия 13а, 13b в крышке 10f подшипника прикладывают к направляющим втулкам 20 с обеспечением их взаимодействия друг с другом. После этого вдвигают крышку 10f подшипника на свое место таким образом, чтобы соответствующие сопрягаемые поверхности на двух ножках 14, 15 крышки 10f подшипника уперлись в ответные торцевые поверхности на опорном элементе 7f подшипника. Наконец, вставляют два болта 25 через первое и второе отверстия 11а, 11b с зазорами под болты и завинчивают в резьбовые отверстия 7t в опорном элементе 7f подшипникадля удержания крышки 10f подшипника в нужном положении.
Перед тем как соединять крышку 10f подшипника с опорным элементом 7f подшипника, вкладыши 4, 5 подшипника устанавливают в соответствующих полуцилиндрических выемках 7с, 12, а затем помещают вал 8 между вкладышами 4, 5 подшипников, соответственно, в опорном элементе 7f подшипника и крышке 10f подшипника, после чего он готов к закреплению в этом положении. Те же этапы сборки выполняют и для задней крышки 10r подшипника и заднего опорного элемента 7r подшипника.
Учитывая, что расстояния Х1 и Х2 смещения первого и второго базовых отверстий 13а, 13b, соответственно, относительно центральной оси с-с полуцилиндрической выемки 12 неодинаковы, исключается возможность соединения крышки 10f подшипника с опорным элементом 7f подшипника с обратной ориентацией.
Кроме того, поскольку межцентровое расстояние S между двумя базовыми отверстиями 13а, 13b различно для каждой из крышек 10f, 10r подшипников, крышка 10f подшипника может быть помещена только на передний опорный элемент 7f подшипника, а крышка 10r подшипника - только на задний опорный элемент 7r подшипника.
На фиг. 4 крышка 10f подшипника показана противоположно развернутой по отношению к верной ориентации на фиг. 3. В данном случае, когда вал 8 установлен на свое место, полуцилиндрическая выемка 12 в крышке 10f подшипника оказывается расположенной на одной линии с полуцилиндрической выемкой 7с в опорном элементе 7f подшипника. Следует заметить, что два базовых отверстия 13а, 13b в крышке 10 подшипника несоосны здесь с двумя базовыми отверстиями 7d, 7е в опорном элементе 7 подшипника, вследствие чего не удастся вставить направляющие втулки 20 в базовые отверстия 13а, 13b в крышке 10f подшипника, если крышка 10f подшипника была приложена с такой ориентацией.
На фиг. 5 крышка 10f подшипника тоже показана противоположно, развернутой по отношению к верной ориентации, показанной на фиг. 3, но в этом случае полуцилиндрическая выемка 12 в крышке 10f подшипника оказывается несоосной с полуцилиндрической выемкой 7с в опорном элементе 7f подшипника, то есть такое расположение может быть получено только в том случае, если вал 8 не установлен на свое место. Следует заметить, что два базовых отверстия 13а, 13b в крышке 10f подшипника выровнены в этом случае в одну линию с двумя базовыми отверстиями 7d, 7е в опорном элементе 7f подшипника, вследствие чего удалось бы вставить направляющие втулки 20, если бы была возможность расположить крышку 10f подшипника на валу 8 из-за несоосности полуцилиндрических выемок 7с, 12.
На фиг. 10а и 10b представлен вариант осуществления крышки подшипника, альтернативный по отношению к показанному на фиг. 2. Крышка 110 подшипника имеет перемычку 116, которая соединяет друг с другом первую и вторую ножки 114 и 115, каждая из которых имеет сопрягаемую поверхность, которые находятся в общей плоскости. Полуцилиндрическая выемка 112, выполнена в перемычке 116 крышки 110 подшипника между двумя ножками 114, 115, благодаря чему обеспечивается такое крепление вала, при котором в процессе эксплуатации ось вращения вала совпадает с центральной осью полуцилиндрической выемки 112 в крышке 110 подшипника.
Однако в случае этого варианта осуществления в каждой из ножек 114, 115 выполнены по два отверстия 111а, 111а' с зазорами под болты, так что в сумме используют четыре болта для прикрепления крышки 110 подшипника к соответствующему опорному элементу подшипника (не показан). В каждой из ножек 114, 115 выполнено базовое отверстие 113, но в данном случае базовое отверстие 113 не выровнено соосно ни с одним из отверстий 111а, 111а' с зазорами под болты, а смещено относительно них. Как и в варианте осуществления, описанного при рассмотрении фиг. 2, используют два штифта для выравнивания крышки 110 подшипника в одну линию с опорным элементом подшипника, к которому в процессе эксплуатации крепится болтами крышка 110 подшипника. По одному штифту размещают в каждом из базовых отверстий 113 в крышке 110 подшипника. Расположение и расстояние между базовыми отверстиями 113 те же, что и описанные ранее при рассмотрении фиг. 2, так что установка крышки 110 подшипника возможна только с верной ориентацией на верном опорном элементе подшипника.
Следует понимать, что изобретение не ограничено использованием уравновешивающего вала и особенно преимущественно во всех случаях, когда в рамках технологического процесса требуются, сборка, разборка и повторная сборка крышек подшипников с опорными элементами подшипников.
Способ изготовления узла вала и подшипников согласно изобретению проиллюстрирован на фиг. 6-9, на которых рама 9 с поперечинами показана в перевернутом положении, что необходимо для облегчения изготовления и сборки. В таком положении уплотнительная поверхность G рамы 9 с поперечинами обращена вверх. Уплотнительную поверхность G используют для герметичного соединения масляного поддона (не показан) с рамой 9 с поперечинами в процессе эксплуатации. Не показанный на фиг. 1а масляный поддон может быть установлен таким образом, чтобы он располагался над уравновешивающим валом 8 на нижнем конце двигателя 1.
В рамках рассматриваемого способа сначала изготовливают главные компоненты, необходимые для изготовления узла вала. Для этого изготавливают вал 8, используя технологии, известные специалистам в данной области, подшипники 72 для вала традиционными методами, отливку рамы 9 с поперечинами и в данном случае две крышки 10f, 10r подшипников.
Крышки 10f, 10r подшипников могут быть изготовлены с использованием любой традиционной технологии - литья, спекания или вытачивания из заготовки.
Вне зависимости от метода изготовления рамы 9 с поперечинами и крышек 10f, 10r подшипников, все они изготавливаются на этой стадии производственного процесса без чистовой обработки.
После этого раму 9 с поперечинами подвергают некоторому числу следующих дополнительных операций: механическая обработка базовой рамы 9 с поперечинами для получения требуемых сопрягаемых поверхностей типа уплотнительной поверхности G, механическая обработка поверхностей для монтажа крышек подшипников на опорных элементах 7f, 7r подшипников, сверление и нарезание монтажных отверстий 7t под болты в опорных элементах 7f, 7r подшипников, а также сверление и развертывание отверстий двух базовых отверстий 7d, 7е для опорных элементов 7f, 7r подшипников с требуемыми размерами и расположением для ввода в них на более позднем этапе штифтов 20. Следует отметить, что базовые отверстия 7d, 7е должны предпочтительно иметь скошенные входные участки (см. фиг. 3) на монтажной поверхности для облечения ввода штифтов на стадии сборки.
Полуцилиндрические выемки 7с намеренно оставляют на этом этапе начерно обработанными с меньшими диаметрами, чем требуется после окончательной обработки.
Крышки 10f, 10r подшипников тоже механически обрабатывают для получения монтажных поверхностей на двух ножках 14, 15, сверлят для получения отверстий 11а, 11b с зазорами под болты, а также сверлят и развертывают для получения двух базовых отверстий 13а, 13b с требуемыми размерами и расположением. Как и в случае с базовыми отверстиями 7d, 7е, два базовых отверстия 13а, 13b выполняют предпочтительно со скошенными входными участками (см. фиг. 3) на монтажной поверхности для облечения ввода штифтов 20 на стадии сборки.
Полуцилиндрическую выемку 12 в каждой крышке 10f, 10r подшипника намеренно оставляют начерно обработанной с меньшим диаметром, чем требуется после окончательной обработки.
После завершения всех основных операций механической обработки штифты 20 запрессовывают в базовые отверстия 7d, 7е в двух опорных элементах 7f, 7r подшипников рамы 9 с поперечинами. Введение штифтов 20 в базовые отверстия 7d, 7е облегчается благодаря наличию фасок (см. фиг. 3) на штифтах 20 и фасок на концах монтажных поверхностей базовых отверстий 7d, 7е в опорных элементах 7f, 7r подшипников.
На следующем этапе производят сборку крышек 10f, 10r подшипников на опорных элементах 7f, 7r подшипников рамы 9 с поперечинами таким образом, чтобы базовые отверстия 13а, 13b взаимодействовали с ранее установленными штифтами 20. В этом случае базовые отверстия 13а, 13b плотно насаживают на штифты 20. Иначе говоря, базовые отверстия 13а, 13b для штифтов 20 делают с такими размерами, чтобы обеспечить надежную установку, но без приложения излишних усилий к крышкам 10f, 10r подшипников.
Ввод штифтов 20 в базовые отверстия 13а, 13b в крышках 10f, 10r подшипников облегчается благодаря наличию фасок (см. фиг. 3) на штифтах 20 и на концах монтажных поверхностей базовых отверстий 13а, 13b в крышках 10f, 10r подшипников.
Следует понимать, что из-за различия смещений Х1, Х2 и используемых межцентровых расстояний S передняя крышка 10f подшипника может быть помещена только на штифты 20 в переднем опорном элементе 7f подшипника, а задняя крышка 10r подшипника может быть закреплена только на штифтах 20 в заднем опорном элементе 7r подшипника.
Хотя в этом случае рассматриваемого примера штифты 20 запрессовываются в базовые отверстия 7d, 7е, а затем крышки 10f, 10r подшипников плотно насаживают на уже установленные штифты 20, поддерживаемые рамой 9 с поперечинами, должно быть понятно, что можно также сначала запрессовать штифты 20 на крышках 10f, 10r подшипников, а затем плотно посадить эти штифты 20 в базовые отверстия 7d, 7е в опорных элементах 7f, 7r подшипников.
Каждая из крышек 10f, 10r подшипников надежно закреплена в своем положении в данном случае двумя болтами 25. Однако следует понимать, что для надежного закрепления каждой крышки подшипника в своем положении можно использовать и большее количество болтов.
После того как крышки 10f, 10r подшипников надежно закреплены на своих местах, выполняют окончательное совместное растачивание полуцилиндрических выемок 7с, 12. Механическую обработку всех опорных элементов 7f, 7r подшипников и крышек 10f, 10r подшипников осуществляют одновременно в ходе операции совместного растачивания для получения размера отверстия, необходимого для крепления, в данном конкретном примере, роликового подшипника 72.
Требования к допускам для отверстия, образуемого комбинацией полуцилиндрических выемок 7с, 12 в опорных элементах 7f, 7r подшипников, и крышек 10f, 10r подшипников, соответственно, высоки, поэтому совместное растачивание может быть выполнено в несколько приемов. Первоначальное черновое совместное растачивание служит для удаления большей части ненужного материала, тогда как последующее чистовое совместное растачивание способствует достижению требуемого допуска. Благодаря чистовому совместному растачиванию удается получить любые установленные геометрические допуски, необходимые для опоры подшипника в сборе.
По завершении совместного растачивания удаляют болты 25 и снимают крышки 10f, 10r подшипников с опорных элементов 7f, 7r подшипников.
В рассматриваемом примере штифты 20 оставляют на их местах в опорных элементах 7f, 7r подшипников, так как в базовые отверстия 7d, 7е они запрессованы, а в крышки 10f, 10r подшипников лишь вставлены с плотной посадкой.
Следует понимать, что, если штифты 20 были запрессованы в крышки 10f, 10r подшипников и вставлены с плотной посадкой в опорные элементы 7f, 7r подшипников, то тогда штифты 20 снимают вместе с крышками 10f, 10r подшипников, но оставляют с крышками 10f, 10r подшипников.
Соединение вала 8 с рамой 9 с поперечинами производится следующим образом: на каждый конец вала 8 устанавливают по одному роликовому подшипнику 72 и вал 8 устанавливают в нужное положение таким образом, чтобы роликовые подшипники 72 лежали в полуцилиндрических выемках 7с в переднем и заднем опорных элементах 7f и 7r подшипников.
В рассматриваемом примере вал 8 показан на фиг. 9 соединенным с рамой 9 с поперечинами еще до присоединения рамы 9 к блоку 3 цилиндров двигателя 1. Однако следует понимать, что рама 9 с поперечинами может быть установлена на блок 3 цилиндров двигателя 1 и до того, как вал 8 будет соединен с рамой 9 с поперечинами.
После того как вал 8 вместе со своими подшипниками 72 будет установлен на опорные элементы 7f, 7r подшипников рамы 9 с поперечинами, крышки 10f, 10r подшипников возвращают на свои места. На этом этапе важнейшую роль начинает играть тот факт, что обе крышки 10f, 10r подшипников выполнены защищенными от неправильного обращения, так что любая попытка сборать крышки 10f, 10r подшипников неверно приводит либо к несовмещению двух полуцилиндрических выемок 7с, 12, либо к несовмещению штифтов 20 с базовыми отверстиями 13а, 13b в крышках 10f, 10r подшипников, в результате чего становится невозможной неправильная повторная установка этих крышек 10f, 10r подшипников.
Затем посредством зажимных болтов 25 фиксируют каждую крышку 10f, 10r подшипника в нужном положении на соответствующем опорном элементе 7f, 7r подшипника, завершая этим операцию соединения вала 8 с рамой 9 с поперечинами.
Благодаря выполнению крышек 10f, 10r подшипников и опорных элементов 7f, 7r подшипников защищенными от неправильного обращения удается гарантировать, что крышки 10f, 10r подшипников не могут быть повторно собраны ни с неверной ориентацией, ни в неверном положении на раме 9 с поперечинами. Иными словами, передняя крышку 10f подшипника может быть закреплена только на переднем опорном элементе 7f подшипника, а задняя крышку 10r подшипника - только на заднем опорном элементе 7r подшипника.
Хотя изобретение было раскрыто выше применительно к его использованию с уравновешивающим валом, должно быть понятно, что возможно также его успешное использование с валами других типов с множеством подшипников, например (без ограничения этим перечнем) с коренными подшипниками коленчатого вала, опорными подшипниками кулачкового вала, опорными подшипниками вращающегося вала коробки передач.
Следует также понимать, что изобретение не ограничено его использованием с вращающимся валом, в котором используются роликовые подшипники, его можно с успехом использовать для валов, где используются подшипники скольжения или где крышки подшипников с опорными элементами подшипников образуют собой подшипники вала, благодаря чему какие-либо дополнительные подшипники не требуются.
В контексте изобретения под выражением «защищенный от неправильного обращения» понимается конструкция, обеспечивающая предотвращение неправильной сборки компонентов.
Специалистам в данной области должно быть очевидно, что, хотя изобретение раскрыто на примере одного или более вариантов его осуществления, оно не ограничено раскрытыми здесь вариантами, так что могут быть предложены и иные варианты, при условии, что они не выходят за рамки объема изобретения, заявленного в приложенных пунктах формулы изобретения.
1. Узел вала, содержащий вал, закрепленный с возможностью вращения вокруг оси вращения посредством по меньшей мере двух опор подшипников в сборе, причем каждая опора подшипника в сборе содержит опорный элемент подшипника, ограничивающий полуцилиндрическую выемку, имеющую центральную ось и два базовых отверстия, и крышку подшипника, имеющую первую и вторую ножки, соединенные перемычкой, которая ограничивает полуцилиндрическую выемку для крепления вала, причем первая ножка крышки подшипника имеет первое базовое отверстие, выполненное в ней для размещения в процессе эксплуатации первого установочного штифта, а вторая ножка крышки подшипника имеет второе базовое отверстие, выполненное в ней для размещения в процессе эксплуатации второго установочного штифта, причем первое базовое отверстие крышки подшипника смещено относительно центральной оси полуцилиндрической выемки на первое расстояние, а второе базовое отверстие крышки подшипника смещено относительно центральной оси полуцилиндрической выемки на второе расстояние, отличное от первого расстояния, при этом каждая крышка подшипника прикреплена к опорному элементу подшипника парой болтов и парой штифтов, вставленных в базовые отверстия в опорном элементе подшипника и крышке подшипника, так что два базовых отверстия в опорном элементе подшипника выровнены в одну линию с двумя базовыми отверстиями в крышке подшипника, вследствие чего в процессе эксплуатации обе центральные оси полуцилиндрических выемок в опорном элементе подшипника и в прикрепленной к нему крышке подшипника соосно выровнены с осью вращения вала, причем в каждой опоре подшипника в сборе межцентровое расстояние двух базовых отверстий отлично от межцентрового расстояния любой другой опоры подшипника в сборе, используемой для крепления вала.
2. Узел вала по п. 1, в котором первая ножка каждой крышки подшипника имеет проходящее через нее первое отверстие с зазором под болт для размещения первого болта, используемого для крепления крышки подшипника в процессе эксплуатации к опорному элементу подшипника, а вторая ножка соответствующей крышки подшипника имеет проходящее через нее второе отверстие с зазором под болт для размещения второго болта, используемого для крепления крышки подшипника в процессе эксплуатации к опорному элементу подшипника, причем первое базовое отверстие выполнено в сопрягаемой поверхности первой ножки, упирающейся в процессе эксплуатации в ответную поверхность опорного элемента подшипника, а второе базовое отверстие выполнено в сопрягаемой поверхности второй ножки, упирающейся в процессе эксплуатации в ответную поверхность опорного элемента подшипника.
3. Узел вала по п. 2, в котором первое базовое отверстие и первое отверстие с зазором под болт соосно выровнены и второе базовое отверстие и второе отверстие с зазором под болт соосно выровнены.
4. Узел вала по п. 2, в котором сопрягаемая поверхность первой ножки и сопрягаемая поверхность второй ножки - обе расположены в общей плоскости, а первое и второе расстояния соответствуют расстоянию от центральной оси полуцилиндрической выемки вдоль общей плоскости.
5. Узел вала по п. 4, в котором первое расстояние соответствует расстоянию от центральной оси полуцилиндрической выемки до центральной оси первого базового отверстия, а второе расстояние соответствует расстоянию от центральной оси полуцилиндрической выемки до центральной оси второго базового отверстия.
6. Узел вала по любому из пп. 1-5, в котором полуцилиндрические выемки опорного элемента подшипника и крышки подшипника каждой опоры подшипника в сборе взаимодействуют друг с другом в процессе эксплуатации для крепления подшипника вала.
7. Узел вала по п. 6, в котором опора представляет собой один из следующих подшипников: роликовый подшипник, шариковый подшипник или подшипник скольжения.
8. Узел вала по любому из пп. 1-5, в котором каждый опорный элемент подшипника выполнен как составная часть элемента конструкции двигателя.
9. Двигатель, имеющий по меньшей мере один узел вала по любому из пп. 1-8.
10. Двигатель по п. 9, в котором вал представляет собой один из следующих валов: коленчатый вал, кулачковый вал и уравновешивающий вал двигателя.
11. Способ изготовления узла вала по любому из пп. 1-8, причем способ содержит шаги: изготавливают вал, изготавливают компонент, имеющий по меньшей мере два опорных элемента подшипников, в каждом из которых выполнены полуцилиндрическая выемка, первое и второе базовые отверстия и два или более резьбовых отверстий, изготавливают число крышек подшипников, соответствующее числу опорных элементов подшипников, причем в каждой из крышек подшипников выполнены полуцилиндрическая выемка, два базовых отверстия и два или более отверстий с зазорами под болты, причем способ дополнительно содержит шаги: механически обрабатывают по два базовых отверстия в каждой крышке подшипника таким образом, чтобы первое базовое отверстие было смещено относительно центральной оси соответствующей полуцилиндрической выемки на первое расстояние, а второе базовое отверстие было смещено относительно центральной оси соответствующей полуцилиндрической выемки на второе расстояние, отличное от первого расстояния, механически обрабатывают по два базовых отверстия в каждом опорном элементе подшипника для соблюдения соответствия расстоянию между первым и вторым базовыми отверстиями в соответствующей крышке подшипника, к которой он крепится в процессе эксплуатации, вставляют штифты в первое и второе базовые отверстия либо в опорных элементах подшипников, либо в крышках подшипников, выравнивают в одну линию и приводят в сопряжение каждую крышку подшипника с соответствующим опорным элементом подшипника для обеспечения полного взаимодействия штифтов с первым и вторым базовыми отверстиями в крышках подшипников и опорных элементах подшипников, прикрепляют крышки подшипников к опорным элементам подшипников и совместно растачивают полуцилиндрические выемки в опорных элементах подшипников и крышках подшипников для получения отверстия требуемого диаметра.
12. Способ по п. 11, причем способ дополнительно содержит шаги: снимают крышки подшипников с опорных элементов подшипников по завершении совместного растачивания, устанавливают вал и связанные с ним подшипники на свои места, повторно устанавливают крышки подшипников на соответствующие опорные элементы подшипников и крепят болтами крышки подшипников к опорным элементам подшипников.
