КОЛЬЦО ПОДШИПНИКА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

В настоящем изобретении описано улучшенное кольцо подшипника и способы его изготовления.

Предпосылки создания изобретения

Подшипники качения являются обычным компонентом во многих областях техники. Подшипник качения содержит наружное кольцо подшипника, внутреннее кольцо подшипника и некоторое количество элементов качения, расположенных между наружным и внутренним кольцами подшипника. Внутреннее и наружное кольца подшипника имеют дорожку качения для элементов качения.

В некоторых областях техники, таких как, например, турбины, приводимые ветром, требуется оснащать по меньшей мере одно из колец подшипника качения зубчатой структурой. Примеры известных способов достижения этого, то есть, оснащения кольца подшипника качения зубчатой структурой, содержат следующее: прикрепление зубчатой структуры к наружной или внутренней периферии кольца подшипника, или образование зубчатой структуры на периферии, наружной или внутренней, кольца подшипника, посредством обработки резанием.

Недостатком первого способа, то есть, прикрепления зубчатой структуры к кольцу подшипника, является то, что соединение между зубчатой структурой и кольцом подшипника, к которому она прикреплена, будет ослаблено со временем такими факторами, как нагрузка, пластическая деформация, фреттинг-коррозия и износ, которые могут в итоге привести к поломке соединения. Этот недостаток является особенно проблематичным в применениях, в которых присутствуют большие силы, такие как, например, приводимые ветром турбины, упомянутые ранее.

Недостатком второго способа, то есть, обработки резанием зубчатой структуры в периферии, внутренней или наружной, кольца подшипника, является то, что обработка резанием зубчатой структуры по сути приводит к ослаблению структуры.

Кольцо подшипника, по меньшей мере в случае наружного кольца, должно будет по сути быть пустым кольцом, и недостаток всех способов, упомянутых выше, заключается в том, что трудно изготавливать пустое кольцо с зубчатой структурой на его периферии с достаточной точностью и качеством как по отношению к зубчатой структуре, так и к кольцу подшипника целиком.

Краткое изложение сущности изобретения

Целью настоящего изобретения является разработка кольца подшипника с зубчатой структурой на его периферии, которая не имеет упомянутых выше недостатков, а также разработка по меньшей мере одного способа изготовления такого кольца подшипника.

Эта цель достигается посредством настоящего изобретения тем, что в нем раскрыто кольцо подшипника, которое имеет внутреннюю и наружную периферию, а также имеет дорожку качения для элементов качения на одной из его периферий. К тому же, кольцо подшипника изобретения имеет зубчатую структуру на другой из его периферий, и, кроме того, имеет сварное соединение, которое было образовано посредством стыковой сварки оплавлением.

Это является преимущественным благодаря факту того, что стыковая сварка оплавлением обеспечивает исключительно крепкое сварное соединение. К тому же, благодаря факту того, что кольцо подшипника изобретения имеет по меньшей мере одно сварное соединение, образованное посредством стыковой сварки оплавлением, зубчатая структура и дорожка качения могут быть образованы на противоположных основных поверхностях прямого стального бруска, который затем загибается в форму кольца и сваривается посредством стыковой сварки оплавлением. Это значит, что, например, зубчатая структура может быть образована на или в стальном бруске посредством стандартных технологий изготовления зубчатых передач, таких как, например, технологии, используемые для изготовления линейных передач, что приведет к меньшим затратам и более высокому качеству по сравнению с традиционными способами изготовления зубчатых структур на кольцах подшипника.

К тому же, использование стыковой сварки оплавлением обеспечивает использование стали с более высоким содержанием углерода, чем в стали, используемой в традиционных способах изготовления кольца подшипника с зубчатой структурой. Благодаря факту того, что используется стыковая сварка оплавлением, сталь с высоким содержанием углерода, например более 0,67%, может быть использована для изготовления кольца подшипника изобретения, что значит, что кольцо подшипника изобретения может быть крепче, чем традиционные такие кольца подшипника с зубчатой структурой, или оно может быть сравнимо по качеству и эффективности, но быть дешевле.

В одном варианте осуществления изобретения, зубчатая структура и/или дорожка качения образована посредством прокатки, тогда как в другом варианте осуществления, зубчатая структура и/или дорожка качения образована посредством обработки резанием. В дополнительном варианте осуществления, зубчатая структура и/или дорожка качения образована посредством комбинации обработки резанием и прокатки.

В одном варианте осуществления кольца подшипника, зубчатая структура расположена на наружной периферии, а дорожка качения на внутренней периферии.

В одном варианте осуществления кольца подшипника, зубчатая структура расположена на внутренней периферии, а дорожка качения на наружной периферии.

Зубчатая структура содержит, в разных вариантах осуществления, гребни или косые зубья. Сварное соединение, в одном варианте осуществления, расположено между двумя гребнями или между двумя косыми зубьями.

В изобретении также описан способ изготовления кольца подшипника, который содержит следующее:

- образование первой зубчатой структуры на первой основной поверхности продолговатого стального бруска,

- образование дорожки качения на второй основной поверхности стального бруска, причем вторая основная поверхность является поверхностью, противоположной первой основной поверхности,

- загибание стального бруска для образования кольца так, что два противоположных дальних конца стального бруска встречаются,

- соединение упомянутых двух концов стального бруска друг с другом посредством стыковой сварки оплавлением.

В изобретении также описан способ изготовления кольца подшипника, который содержит следующее:

- образование первой зубчатой структуры на первой основной поверхности каждого из двух или более продолговатых стальных брусков,

- образование дорожки качения на второй основной поверхности каждого из двух или более продолговатых стальных брусков, причем вторая основная поверхность является поверхностью, противоположной первой основной поверхности,

- загибание двух или более продолговатых стальных брусков так, что каждый из них образует кольцевые сегменты кольца с первым радиусом, причем зубчатая структура и дорожка качения каждого продолговатого стального бруска направлены в одинаковом направлении, вовнутрь/наружу, кольцевого сегмента,

- соединение концов упомянутых двух или более стальных брусков друг с другом посредством стыковой сварки оплавлением для образования кольца подшипника с упомянутым первым радиусом.

В одном варианте осуществления, дорожка качения и/или зубчатая структура образована посредством прокатки.

В одном варианте осуществления, дорожка качения и/или зубчатая структура образована посредством обработки резанием.

В одном варианте осуществления, дорожка качения и/или зубчатая структура образована посредством комбинации прокатки и обработки резанием.

В одном варианте осуществления, дорожка качения и зубчатая структура образованы на одной и той же операции.

В одном варианте осуществления способа, стальной брусок загнут для образования кольца таким образом, что зубчатая структура направлена наружу от наружной периферии кольца, а дорожка качения направлена вовнутрь от внутренней периферии кольца.

В одном варианте осуществления способа, стальной брусок загнут для образования кольца таким образом, что зубчатая структура направлена вовнутрь от внутренней периферии кольца, а дорожка качения направлена наружу от наружной периферии кольца.

В одном варианте осуществления способа, зубчатая структура образована для содержания гребней или косых зубьев. В одном таком варианте осуществления, зубчатая структура или структуры образована/образованы для содержания целого гребня или косого зуба вблизи от каждого конца стального бруска или брусков, таким образом, обеспечивая осуществление стыковой сварки оплавлением между двумя гребнями или косыми зубьями.

Эти и другие варианты осуществления изобретения, а также преимущества, достигнутые посредством изобретения, будут описаны в последующем тексте.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых

на фиг. 1a-1d показан первый вариант осуществления изобретения,

на фиг. 2a-2d показан второй вариант осуществления изобретения, и

на фиг. 3 показан третий вариант осуществления изобретения, и

на фиг. 4 показан четвертый вариант осуществления изобретения, и

на фиг.5 показан пятый вариант осуществления изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

На фиг. 1a-1c показан способ получения кольца подшипника одного варианта осуществления изобретения, тогда как на фиг. 1d показано кольцо подшипника изобретения, используемое как наружное кольцо подшипника качения.

На фиг. 1a показан продолговатый стальной брусок 100, который имеет первую 110 и вторую 120 основные поверхности и два противоположных дальних конца 115, 125. Штрихпунктирные линии на фиг.1 очерчивают зубчатую структуру, которая будет образована на первой основной поверхности 110 стального бруска 100. На фиг. 1a, пунктирные линии на противоположных дальних концах 115, 125 также показывают, что дорожка качения для элементов качения также будет образована в стальном бруске на второй основной поверхности 120, которая является основной поверхностью, которая расположена напротив первой основной поверхности 110.

В одном варианте осуществления способа изобретения, зубчатая структура и/или дорожка качения образована посредством прокатки.

В одном варианте осуществления способа изобретения, зубчатая структура и/или дорожка качения образована посредством обработки резанием.

В одном варианте осуществления способа изобретения, зубчатая структура и/или дорожка качения образована посредством комбинации обработки резанием и прокатки.

Эти разные способы образования зубчатой структуры и/или дорожки качения обеспечивают разные преимущества: использование прокатки для образования зубчатой структуры и/или дорожки качения обеспечивает исключительно крепкую зубчатую структуру и/или дорожку качения, благодаря плавному и непрерывному потоку материала, вызванному прокаткой. Использование обработки резанием для образования зубчатой структуры и/или дорожки качения является преимущественным, поскольку обработка резанием осуществляется на стальном бруске, то есть, на прямой структуре, в отличие от обработки резанием на изогнутой периферии кольца, что делает обработку резанием более простой и, таким образом, менее затратной.

Для удобства, зубчатая структура и дорожка качения образованы в одинаковой ориентации.

Зубчатая структура, которая образована на первой основной поверхности 110, может иметь разные формы и контуры, как будет детально разработано позже, но в варианте осуществления, показанном на фиг. 1a-1d, зубчатая структура образована с возможностью содержания гребней 131-138, имеющих форму "зубцов", то есть, выступов с остроконечной треугольной структурой, где острие направлено от первой основной поверхности 110 стального бруска, на которой расположена зубчатая структура. Для удобства, гребни расположены на одинаковом расстоянии на основной поверхности стального бруска и разделены промежуточными пространствами.

Еще одним преимуществом изобретения валяется то, что, как показано на фиг. 1a и 1b, зубчатая структура и дорожка качения образованы на плоских поверхностях прямого стального бруска, что легче, чем образование зубчатой структуры или дорожки качения на кольцеобразной поверхности.

На фиг. 1b показана завершенная зубчатая структура, образованная на первой основной поверхности 110 стального бруска 100, то есть, гребни 131-138 с пространствами между ними. Также показана дорожка 121 качения.

Как обозначено посредством двух стрелок на фиг. 1b, стальной брусок 110 теперь будет загнут для образования кольца, так что два противоположных дальних конца 115, 125 стального бруска 100 встретятся. Стрелки на фиг. 1b обозначают, что стальной брусок загнут в направлении, которое заставит зубчатую структуру быть направленной наружу от наружной периферии образованного кольца и дорожку 121 качения быть расположенной на внутренней периферии образованного кольца. В другом варианте осуществления изобретения, стальной брусок загнут в другом направлении, так что зубчатая структура направлена вовнутрь от внутренней периферии образованного кольца, и дорожка 121 качения расположена на наружной периферии образованного кольца.

Когда стальной брусок был загнут в форму кольца, два противоположных дальних конца 115, 125 присоединяются друг к другу посредством стыковой сварки оплавлением, так что в кольце образуется сварное соединение. (Для завершенности, пример того, как осуществляется стыковая сварка оплавлением, будет дан в конце этого текста.)

На фиг. 1c показано пустое кольцо 160 подшипника. Как может быть видно из фиг. 1c, пустое кольцо 160 подшипника имеет наружную 140 и внутреннюю 155 периферию и имеет зубчатую структуру на наружной периферии 140 и дорожку 121 качения на внутренней периферии 155. Зубчатая структура в этом примере содержит гребни 131-138 в форме зубьев, с пространствами между ними.

Как можно увидеть на фиг. 1c, посредством стыковой сварки оплавлением, образовано сварное соединение 151 в готовом пустом кольце 160 подшипника, для удобства между двумя гребнями 131, 138. Для удобства, сварное соединение помещено между двумя гребнями следующим образом: зубчатая структура образована с возможностью содержания всего гребня, смежного с каждым концом стального бруска или брусков, таким образом обеспечивая осуществление стыковой сварки оплавлением между двумя гребнями. Естественно, изобретение также содержит варианты осуществления, в которых стыковая сварка оплавлением осуществляется в гребне или в косом зубе, причем в этом случае одна часть гребня или косого зуба образована на каждом из тех концов бруска, которые затем соединяются вместе посредством стыковой сварки оплавлением так, что завершенный гребень или косой зуб образуется после соединения двух концов друг с другом посредством стыковой сварки оплавлением.

На фиг. 1d показано пустое кольцо 160 подшипника в положении в качестве наружного кольца подшипника качения 170. Как может быть видно, подшипник 170 качения также содержит внутреннее кольцо 170 и некоторое количество элементов качения, расположенных между внутренним 175 и наружным кольцом 160, в дорожке качения в каждом из колец. На фиг. 1d, соединение стыковой сваркой оплавлением было сглажено, что, например, может быть выполнено посредством обработки резанием.

На фиг. 2a-2d показан другой вариант осуществления как способа изобретения, так и кольца 260 подшипника (показанного на фиг. 2c), полученного посредством этого варианта осуществления, тогда как на фиг. 2d показано пустое кольцо 260 подшипника, используемое в подшипнике 270 качения 270: способ, показанный на фиг. 2a-2c, а также подшипник 270 качения, показанный на фиг. 2d, не будут здесь описаны подробно из-за их большого подобия показанному на фиг. 1a-1d, но, как можно увидеть, зубчатая структура (очерченная штрихпунктирными линиями на фиг.2а) образована на второй основной поверхности 220 стального бруска 200, и дорожка 221 качения (очерченная штрихпунктирными линиями на фиг. 2a) образована на первой основной поверхности 210 стального бруска 200. Для удобства, зубчатая структура и/или дорожка 221 качения образована посредством прокатки, обработки резанием или их комбинации. В этом варианте осуществления, подобно показанному на фиг. 1a-1d, зубчатая структура содержит гребни 231-238 в форме зубьев с пространствами между ними.

Когда зубчатая структура и дорожка качения были образованы в стальном бруске 200, как обозначено двумя стрелками на фиг. 2b, стальной брусок 200 загибается в форму кольца, и два противоположных конца 215, 225 соединяются друг с другом посредством стыковой сварки оплавлением, таким же образом, как описанный в отношении фиг. 1a-1c. Кольцо 260 подшипника, которое достигается таким образом, подобно кольцу 160 подшипника с фиг. 1c, но с разницей, заключающейся в том, что зубчатая структура направлена вовнутрь от внутренней периферии 255 кольца 260, и дорожка 221 качения направлена наружу от наружной периферии 240 кольца 260 подшипника.

Естественно, вариант осуществления 260 с фиг. 2c также может быть достигнут посредством образования зубчатой структуры на первой основной поверхности 210 стального бруска 200, и затем загибания стального бруска в направлении, противоположном показанному стрелками на фиг. 2b.

На фиг. 2d показано кольцо 260 подшипника в положении в качестве внутреннего кольца подшипника качения 270. Как может быть видно, подшипник 270 качения также содержит наружное кольцо 275 и некоторое количество элементов качения, расположенных между внутренним кольцом 260 и наружным кольцом 275, в дорожке качения в каждом из колец.

Как будет понятно, точная конструкция зубчатой структуры, которая образована посредством прокатки в кольце подшипника, может быть изменена множеством способов. На фиг. 3 показан третий вариант осуществления кольца 310 подшипника изобретения, расположенного как наружное кольцо подшипника 305 качения. В этом варианте осуществления, зубчатая структура была образована на наружной периферии 340 кольца 310 подшипника и имеет форму структуры с плавными выступами, которые направлены от периферии кольца 310 подшипника.

На фиг.4 показан четвертый вариант осуществления кольца 410 подшипника изобретения, расположенного как наружное кольцо подшипника 405 качения. В этом варианте осуществления, зубчатая структура была образована на наружной периферии 440 кольца 410 подшипника и имеет форму косых зубьев. Для удобства, в этом варианте осуществления, сварное соединение расположено между двумя косыми зубьями, что достигается следующим образом: зубчатая структура образована так, чтобы содержать целый косой зуб вблизи от каждого конца стального бруса или брусков, таким образом, позволяя выполнять стыковую сварку оплавлением между двумя косыми зубьями, в отличие от осуществления в середине косого зуба.

На фиг. 5 показан еще один дополнительный вариант осуществления 500 изобретения. В этом варианте осуществления, зубчатая структура образована как на наружной периферии 540 наружного зубчатого кольца, так и на внутренней периферии 555 внутреннего зубчатого кольца. Вариант осуществления 500 достигнут посредством объединения способов, описанных в отношении фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 и 2 показан способ получения кольца подшипника посредством использования одного непрерывного стального бруска. Тем не менее изобретение также описывает способ получения кольца подшипника посредством использования двух или более стальных брусков, как изложено ниже:

- образование первой зубчатой структуры на первой основной поверхности каждого из двух или более продолговатых стальных брусков,

- образование дорожки качения на второй основной поверхности каждого из двух или более продолговатых стальных брусков, причем вторая основная поверхность является поверхностью, противоположной первой основной поверхности,

- загибание двух или более продолговатых стальных брусков так, что каждый из них образует кольцевые сегменты кольца с первым радиусом, причем зубчатая структура и дорожка качения каждого продолговатого стального бруска направлена в одном и том же направлении, вовнутрь/наружу, кольцевого сегмента,

- соединение концов двух или более стальных брусков друг с другом посредством стыковой сварки оплавлением, для образования кольца подшипника с упомянутым первым радиусом.

Таким образом, этот вариант осуществления изобретения содержит использование по меньшей мере двух стальных брусков, которые загнуты и затем соединены вместе для образования кольца подшипника, причем соединение выполняется посредством стыковой сварки оплавлением. Два (или более) стальных бруса, которые используются, могут иметь одинаковые длины, что значит, что они будут образовывать одинаковые части кольца подшипника, или они могут иметь разные длины, пока они загнуты в одинаковый радиус, так что они образуют «круговые сегменты» с разными угловыми длинами, которые соединяются вместе.

Кроме факта того, что в этом варианте осуществления используется множество стальных брусков, так что будет образовано больше соединений стыковой сваркой оплавлением, признаки, упомянутые выше для варианта осуществления, в котором один стальной брусок используется для образования кольца подшипника, могут быть применены также к этому варианту осуществления, например форма и профиль зубчатой структуры и дорожки качения, а также то, как зубчатая структура и дорожка качения образованы и где они помещены на кольце подшипника.

Использование одного или более круговых сегментов для образования кольца подшипника изобретения также может быть выражено следующим образом:

- первая зубчатая структура образуется на первой основной поверхности по меньшей мере одного продолговатого стального бруска,

- дорожка качения образуется на второй основной поверхности по меньшей мере одного продолговатого стального бруска, причем вторая основная поверхность является поверхностью, которая противоположна первой основной поверхности,

- по меньшей мере один стальной брусок загибается так, что он образует круговой сегмент круга с первым радиусом,

- концы по меньшей мере одного стального бруска соединяются друг с другом посредством стыковой сварки оплавлением, для образования кольца подшипника с первым радиусом.

Таким образом, упомянутые здесь круговые сегменты являются либо одним круговым сегментом завершенного (360 градусов) круга, либо частями такого круга, которые соединяются вместе для образования завершенного круга при сварке. Естественно, если используется более одного кругового сегмента (то есть, каждый круговой сегмент меньше чем 360 градусов), поверхности, на которых образованы дорожки качения и зубчатые структуры, направлены в одинаковом направлении.

В описании выше была упомянута стыковая сварка оплавлением, и короткое описание одной версии стыковой сварки оплавлением будет дано далее: противоположные дальние концы стального бруска, которые были приведены друг к другу так, что стальной брусок образует кольцо, зажимаются между двумя пуансонами, верхним и нижним пуансонами, причем верхний пуансон выполнен из стали, а нижний из меди. Концы приводятся друг к другу, и прилагается ток. Таким образом, создается дуга между двумя сопрягаемыми поверхностями, то есть, поверхностями двух концов. В начале процесса стыковой сварки оплавлением, дуговой зазор достаточно большой, чтобы выровнять и очистить две поверхности. Уменьшение и затем закрытие и открытие зазора создает нагрев в двух концах. Когда температура достигает температуры «ковки», прилагается давление. Между поверхностями материала создается вспышка, которая удаляет возможные загрязнения и дефекты из области сварки.

Изобретение не ограничено примерами вариантов осуществления, описанных выше и показанных на чертежах, и может быть свободно изменено в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. К тому же, следует заметить, что некоторые типы зубчатых структур, которые образуются посредством прокатки, могут быть улучшены, то есть, "закончены", посредством обработки резанием. Тем не менее любая такая обработка резанием будет небольшой по своей природе и, таким образом, любые недостатки, приданные материалу из-за обработки резанием, будут небольшими или незначительными.

Также следует заметить, что кольцо подшипника изобретения может быть образовано для того, чтобы подходить к широкому разнообразию подшипников качения, кроме показанных на чертежах и описанных выше, причем в этом случае дорожка качения, например, может иметь форму для того, чтобы подходить к таким другим типам подшипников качения. Одним альтернативным типом подшипника качения, который можно упомянуть, является так называемый сферический подшипник качения, который имеет два ряда роликов с общей сферической дорожкой качения в наружном кольце и двумя дорожками качения внутреннего кольца, наклоненными под углом к оси подшипника. Другие типы альтернативных подшипников качения, для которых подходит кольцо подшипника изобретения, включают в себя конические, цилиндрические и тороидальные подшипники качения, а также шариковые подшипники.

К тому же, следует понимать, что, несмотря на то, что изобретение было описано посредством некоторого количества вариантов осуществления способа, изобретение также включает в себя продукты, то есть, кольца подшипника, полученные этими способами, как подчеркнуто в формуле изобретения. К тому же, изобретение также содержит подшипник качения, который содержит кольцо подшипника по любому из вариантов осуществления изобретения.