Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРНОЕ КОЛЬЦО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДШИПНИКА

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к антифрикционным подшипникам, а более конкретно в соответствии с одним конструктивным вариантом к коническим роликоподшипникам.

Уровень техники

Антифрикционные роликоподшипники (которые также обычно называют роликовыми опорами качения), такие как роликоподшипники и конические роликоподшипники, широко используют в различных промышленных применениях. Аналогично любым другим движущимся механическим компонентам подшипники в конце концов испытывают связанное с износом ухудшение параметров. Так как подшипник представляет собой изделие с высокой ценностью, обычной практикой является восстановление (ремонт) изношенных узлов подшипников. Узлы подшипников, выведенные из эксплуатации для восстановления, чистят, проверяют на наличие дефектов и соответствующим образом восстанавливают. Повторно собранные узлы подшипников перед отгрузкой проходят проверку контроля качества. Прошедшие проверку контроля качества узлы подшипников готовы для напрессовки на вал (например, на ось железнодорожного вагона).

Однако некоторые типы узлов подшипников не имеют средства удержания опорного кольца вместе с узлом подшипника. Так как желательна прессовая посадка на цапфу узла подшипника и опорного кольца в виде единого блока, отсутствие средства удержания для соединения этих двух компонентов может создавать проблемы для их эффективной установки.

Раскрытие изобретения

Предлагается узел подшипника, который содержит сжимаемую клейкую прокладку для прикрепления опорного кольца к внутреннему кольцу подшипника узла подшипника. Клейкая прокладка облегчает прессовую посадку узла подшипника и опорного кольца в виде единого блока на цапфу вала (например, на цапфу оси железнодорожного вагона) в одной операции.

Сжимаемая клейкая прокладка имеет корпус, образованный в одном конструктивном варианте из сжимаемого полимерного вспененного материала с закрытыми порами. В этом конструктивном варианте корпус прокладки покрыт чувствительным к давлению адгезивом (контактным клеем).

Клейкая прокладка в одном конструктивном варианте имеет кольцевую форму для установки вокруг части опорного кольца и введения в зазор между опорным кольцом и внутренним кольцом подшипника. Сжимаемая природа клейкой прокладки помогает обеспечивать однородный контакт прокладки по потенциально неровным, непараллельным и шероховатым поверхностям, имеющимся между опорным кольцом и внутренним кольцом подшипника. Установка клейкой прокладки в зазоре позволяет в узле подшипника иметь группы примыкающих друг к другу твердых металлических компонентов от опорного кольца до контровочной крышки, что позволяет произвести сжатие с предварительным натягом узла подшипника при помощи контровочной крышки так, чтобы эти компоненты оставались изолированными и неповрежденными при любом износе клейкой прокладки.

Краткое описание чертежей

Различные конструктивные варианты узла подшипника с новой сжимаемой клейкой прокладкой будут описаны далее со ссылкой на сопроводительные чертежи. Эти чертежи приведены в качестве примера только для пояснения изобретения и не ограничивают его объем патентных притязаний.

Таким образом, показанные узел подшипника и прокладка приведены в качестве примера и не имеют ограничительного характера.

На фиг.1 показан разрез одного конструктивного варианта узла подшипника.

На фиг.2 показан с увеличением разрез узла подшипника, показанного на фиг.1.

На фиг.3 показан детально разрез одного конструктивного варианта клейкой прокладки, использованной в конструктивном варианте узла подшипника, показанного на фиг.1.

На фиг.4 показан разрез для пояснения установки узла подшипника на цапфу с использованием подшипникового пресса.

Осуществление изобретения

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой показан примерный узел 10 подшипника. В этом конструктивном варианте узел 10 подшипника представляет собой узел конического роликоподшипника такого типа, который обычно используют для поддержки колеса железнодорожного вагона. Однако узел 10 подшипника в других описанных ниже конструктивных вариантах может быть приспособлен для использования в различных других общих промышленных применениях. Таким образом, узел 10 подшипника показан и описан ниже как узел конического роликоподшипника для колеса вагона только для удобства понимания.

Узел 10 подшипника типично предварительно собирают (укрупняют) до его установки на вал 11 (например, на вагонную ось). У свободного конца вала 11 цапфа 12 заканчивается слегка конической направляющей 13, чтобы облегчить установку узла 10 подшипника на цапфу 12. Узел 10 подшипника в одном конструктивном варианте установлен с прессовой посадкой на цапфе 12, которая подвергнута механической обработке с очень жесткими допусками, чтобы точно произвести прессовую посадку.

Цапфа 12 заканчивается на своем внутреннем конце фасонной галтелью 18, переходящей в заплечик 19 на валу 11. Зашита 14 от пыли, имеющая цилиндрическую поверхность, идет в осевом направлении внутрь от заплечика 19. Опорное кольцо 22, имеющее фасонную внутреннюю поверхность, закреплено на дополняющей поверхности галтели 18. Галтель 18 и смежный заплечик 19 препятствуют осевому смещению внутрь узла 10 подшипника.

Опорное кольцо 22, в некоторых конструктивных вариантах также имеет буртик 26, идущий в осевом направлении внутрь и концентрически поверх внешней цилиндрической поверхности 15 защиты 14 от пыли. Буртик 26 в некоторых конструктивных вариантах имеет посадку с натягом на внешней цилиндрической поверхности защиты 14 от пыли.

Контровочная крышка 20 подшипника, имеющая множество резьбовых отверстий, закреплена у свободного конца вала 11 на цапфе 12 при помощи винтов или болтов 21. Контровочная крышка 20 подшипника и опорное кольцо 22 совместно зажимают узел 10 подшипника в заданном положении на цапфе 12. Контровочная крышка 20 подшипника непосредственно упирается во внутреннее кольцо 38 подшипника узла 10 подшипника и создает компрессионный предварительный натяг в узле подшипника.

Узел 10 подшипника собирают из нескольких индивидуальных компонентов. Узел 10 подшипника содержит наружное кольцо 31 подшипника, имеющее дорожки 32, 34 качения, образованные на внутренней поверхности наружного кольца подшипника. Дорожки 32, 34 качения взаимодействуют с внутренними кольцами 38, 40 подшипника, чтобы захватывать и поддерживать соответственно два ряда конических роликов 42, 44. В некоторых конструктивных вариантах сепараторы 46, 48 поддерживают пространственное положение роликов 42, 44 на дорожках 32, 34 качения. Центральная распорка 47 установлена между внутренним кольцами 38, 40 подшипника, чтобы поддерживать их в точном пространственном положении друг от друга и обеспечивать надлежащий боковой зазор подшипника.

Кожухи 50, 52 уплотнения закрывают концы узла 10 подшипника и защищают подшипник от внешних загрязнений, а также герметизируют смазочный материал внутри узла подшипника. Показанные на фиг.1 кожухи 50, 52 уплотнения создают ходовое уплотнение подшипника, установленное на внутреннем кольце 38, 40 подшипника и наружном кольце 31 подшипника.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.2, на которой показан внутренний конец узла 10 подшипника, показанного на фиг.1, а в частности, кожух 52 уплотнения подшипника в детальном разрезе. Кожухи 50, 52 уплотнения являются одинаковыми, поэтому все ссылки в последующем обсуждении на кожух 52 уплотнения подшипника на внутренней стороне узла 10 подшипника применимы к кожуху 50 уплотнения на внешней стороне узла 10 подшипника.

Уплотнение 52 подшипника содержит два компонента: внешний кожух 54 уплотнения и внутренний кожух 56 уплотнения. Внешний кожух 54 уплотнения прикреплен к наружному кольцу 31 подшипника. В одном конструктивном варианте внешний кожух 54 уплотнения может быть прикреплен к наружному кольцу 31 подшипника за счет посадки с натягом между открытой концевой секцией 51 большого диаметра и расточкой 33 в наружном кольце 31 подшипника.

Альтернативно в другом конструктивном варианте внешний кожух 54 уплотнения может иметь удерживающий выступ 53, который может входить с защелкиванием во внутреннюю удерживающую канавку 37 в наружном кольце 31 подшипника. Эта конструкция позволяет удерживать внешний кожух 54 уплотнения на узле 10 подшипника с возможностью освобождения.

Внутренний кожух 56 уплотнения в основном представляет собой цилиндрический кожух, прикрепленный к внутреннему кольцу 40 подшипника на выступе 43 внутреннего кольца подшипника. Внутренний кожух 56 уплотнения имеет поверхность 57 износа, функции которой аналогичны функциям колец износа, которые используют в других типах узлов подшипников.

Корпус 60 уплотнения (типично из эластомера) прикреплен к внешнему кожуху 54 уплотнения и прижат к поверхности 57 износа внутреннего кожуха 56 уплотнения, чтобы образовать уплотнение подвижного соединения между неподвижными и подвижными компонентами узла подшипника.

Узлы конических роликоподшипников и опорные кольца для вагонных осей обычно напрессовывают на цапфу вагонной оси. Как уже было указано здесь выше, опорное кольцо 22 является отдельным компонентом от узла 10 подшипника, особенно в различных коротких конструкциях, таких как подшипники класса К. Эти узлы подшипников в настоящее время часто восстанавливают, причем отсутствие средства крепления между указанными компонентами создает проблемы при их установке на вагонных осях после восстановления.

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяют облегчить в единственной операции прессовой посадки установку узла подшипника на цапфу. Чтобы исключить разъединение опорного кольца 22 от узла 10 подшипника, специальную клейкую прокладку 90 устанавливают между опорным кольцом 22 и внутренним кольцом 40 подшипника, чтобы исключить потерю компрессионного предварительного натяга в узле подшипника.

Клейкая прокладка 90 может иметь любую форму, однако прокладка кольцевой формы покрывает наибольшую имеющуюся поверхностную область между внутренним кольцом 40 подшипника и опорным кольцом 22, что максимально повышает силу сцепления, соединяющую узел подшипника с опорным кольцом. Кольцевая форма также облегчает установку клейкой прокладки 90 между опорным кольцом 22 и внутренним кольцом 40 подшипника и позволяет избежать разрыва твердого металлического комплекта подшипника между контровочной крышкой 20 подшипника и опорным кольцом 22. Это изолирует прокладку 90 от комплекта подшипника, что исключает воздействие любого ухудшения характеристик прокладки на компрессионный предварительный натяг комплекта подшипника.

В этом конструктивном варианте комплект подшипника представляет собой группу прилегающих друг к другу металлических компонентов, которая содержит: контровочную крышку подшипника, внутренние кольца подшипника, центральную распорку и опорное кольцо. Любой сжимаемый материал, введенный в этот твердый металлический комплект подшипника, может деградировать, что приводит к потере или снижению усилия зажима (то есть компрессионного предварительного натяга), приложенного за счет контровочной крышки к узлу подшипника и опорному кольцу. Потеря компрессионного предварительного натяга комплекта подшипника приводит к разъединению узла подшипника и опорного кольца. Это, в свою очередь, ускоряет износ, связанный с деградацией, и в конечном счете может приводить к повреждению подшипника, вала или опорного кольца.

Чтобы предотвратить эту возможную потерю напряжения сжатия, кольцевая клейкая прокладка 90 установлена поверх и радиально снаружи от кольцевой бобышки 23 опорного кольца 22. Кольцевая бобышка 23 выступает из обращенной в осевом направлении наружу поверхности опорного кольца 22 и непосредственно упирается во внутреннее кольцо 40 подшипника, поддерживая группы контактов металл с металлом между контровочной крышкой подшипника и опорным кольцом. Кольцевая бобышка 23, которая выступает из опорного кольца 22, имеет внешнюю цилиндрическую поверхность, внешний диаметр которой меньше, чем внешний диаметр задней стороны 41 внутреннего кольца подшипника. В результате создается кольцевой зазор 25 между задней стороной 41 внутреннего кольца и опорным кольцом 22.

Клейкая прокладка 90 расположена в зазоре 25. Внешний диаметр клейкой прокладки 90 в одном конструктивном варианте находится радиально внутри от внешнего диаметра задней стороны 41 внутреннего кольца подшипника, что позволяет исключить перекрытие уплотнения 52 подшипника и прилипание к нему. Клейкая прокладка 90 в одном конструктивном варианте может прилегать к внешней цилиндрической поверхности кольцевой бобышки 23.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.3, на которой детально показана клейкая прокладка 90. В одном конструктивном варианте клейкая прокладка 90 содержит сжимаемый полимерный корпус 92 с адгезивом 94 (например, с акриловой смолой или с эпоксидной смолой), нанесенным на обращенные внутрь и наружу поверхности корпуса 92.

Корпус 92 кольцевой прокладки в одном конструктивном варианте может быть изготовлен из ряда полимерных вспененных материалов с открытыми или закрытыми порами. В одном конструктивном варианте корпус 92 сжимаемой кольцевой прокладки изготовлен из полиэтилена с закрытыми порами (например, из материала Ethafoam ®). Также могут быть использованы и другие типы полимерных вспененных материалов, в том числе пенополиуретан и вспененные материалы, содержащие сшитый полиэтилен, в зависимости от требований к прочности на растяжение компонентов узла подшипника.

Так как корпус 92 прокладки изготовлен из сжимаемого полимерного материала, в одном конструктивном варианте толщина клейкой прокладки 90 может быть выбрана завышенной, чтобы обеспечивать полный контакт как с опорным кольцом, так и с внутренним кольцом подшипника. Любые пустоты, образованные за счет шероховатых или неровных поверхностей между опорным кольцом и внутренним кольцом подшипника, будут заполнены за счет клейкой прокладки, когда контровочная крышка подшипника сжимает комплект подшипника, что позволяет прокладке обеспечивать полный контакт как с опорным кольцом, так и с внутренним кольцом подшипника.

Множество различных адгезивов 94 могут быть использованы на клейкой прокладке 90. В одном конструктивном варианте обращенные внутрь и наружу поверхности корпуса 92 прокладки покрыты адгезивом 94, таким как чувствительный к давлению адгезив (например, акриловая смола). Могут быть использованы и другие типы адгезивов 94, такие как эпоксидные смолы.

Некоторые адгезивы 94 могут потребовать защиты от активации (например, от активации давлением) и защиты от загрязнения. Акриловая смола, нанесенная на поверхности прокладки, до момента применения прокладки может быть защищена съемным вкладышем (пленкой) 96 (например, из бумаги). Съемный вкладыш 96 может содержать как антиадгезионное покрытие (например, силикон) (не показан), так и собственно вкладыш (например, бумагу). Съемный вкладыш 96 удаляют непосредственно перед установкой прокладки в узел подшипника.

В одном конструктивном варианте кольцевая форма клейкой прокладки 90 создает непрерывную кольцевую границу между опорным кольцом 22 и внутренним кольцом 40 подшипника. В одном конструктивном варианте полимерные материалы, использованные в конструкции клейкой прокладки 90 (как в корпусе 92, так и в адгезиве 94), являются влагоупорными, что позволяет создать влагоупорную границу вокруг внешнего кольцевого сочленения, созданного за счет прилегания кольцевой бобышки к задней стороне внутреннего кольца подшипника.

Ряд различных процедур могут быть использованы в случае применения клейкой прокладки, чтобы облегчить прессовую посадку узла подшипника на вал при помощи подшипникового пресса. Обратимся теперь к рассмотрению фиг.4, на которой показан типичный подшипниковый пресс 100 для прессовой посадки узла 10 подшипника.

В одном варианте осуществления способа первой операцией процедуры прессовой посадки является закрепление клейкой прокладки 90 вокруг кольцевой бобышки 23 опорного кольца 22. Клейкая прокладка 90 не должна выходить за обращенную в осевом направлении наружу поверхность кольцевой бобышки 23, чтобы обеспечивать поддержание компрессионного предварительного натяга после ее установки на узле 10 подшипника.

В одном варианте осуществления способа узел 10 подшипника и опорное кольцо 22 прижимают друг к другу, чтобы активировать чувствительный к давлению адгезив на прокладке 90 и скрепить компоненты блока подшипника вместе. Блок подшипника (то есть узел 10 подшипника и опорное кольцо 22) теперь могут быть установлены на направляющую втулку 130, которая является деталью подшипникового пресса 100. Направляющая втулка 130 удерживает узел 10 подшипника за счет контакта с внутренним диаметром внутренних колец 38, 40 подшипника и опорного кольца 22, когда блок подшипника напрессовывают на цапфу 12.

В другом варианте осуществления способа прессовой посадки, узел 10 подшипника и опорное кольцо 22 (с прикрепленной клейкой прокладкой) раздельно устанавливают на направляющую втулку 130. Затем прикладывают достаточное давление между опорным кольцом 22 и узлом 10 подшипника, находящимися на направляющей втулке 130, чтобы активировать чувствительный к давлению адгезив и скрепить компоненты вместе.

Подшипниковый пресс 100 с направляющей втулкой 130 (на которой установлены узел подшипника и опорное кольцо) затем совмещают концентрически с концом цапфы 12. Цапфа теперь готова принять узел 10 подшипника и опорное кольцо 22. Подшипниковый пресс 100 имеет пуансон 110 для приложения силы к сборочной втулке 120 (которая представляет собой другой компонент подшипникового пресса 100), которая выдвигается поверх направляющей втулки 130 и толкает узел 10 подшипника и опорное кольцо 22 с направляющей втулки на цапфу 12. Узел 10 подшипника и опорное кольцо 22 будут напрессовываться в осевом направлении внутрь на цапфу 12, пока фасонная поверхность 27 опорного кольца 22 не войдет в дополняющий контакт с галтелью 18. После этого процесс установки завершают и подшипниковый пресс 100 снимают с цапфы.

Типично пуансон 110 подшипникового пресса 100 имеет гидравлическое управление. Прессовая посадка, созданная между узлом 10 подшипника и цапфой 12, зависит от размерных допусков оси и компонентов подшипника, напрессованных на ось. Для обеспечения целостности прессовой посадки должны быть осуществлены заданные технические требования, связанные с пиковым давлением и максимальным усилием, приложенными при операции прессовой посадки. Удовлетворение этих технических требований обычно проверяют за счет измерений при помощи манометров, закрепленных на подшипниковом прессе.

Несмотря на то что были описаны различные специфические варианты осуществления изобретения, эти варианты являются скорее пояснительными, а не ограничительными. Совершенно ясно, что в них специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.