Результат интеллектуальной деятельности: ПОДШИПНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО С УЛАВЛИВАЮЩИМ ПОДШИПНИКОМ

Изобретение касается подшипникового устройства с улавливающим подшипником согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Из практики известны подшипниковые устройства, в которых вал устанавливается в подшипнике с возможностью вращения, причем подшипниковое устройство имеет улавливающий подшипник, который при выходе подшипника из строя удерживает вал, так что вал может двигаться в улавливающем подшипнике по инерции. Указывающее на вал кольцо улавливающего подшипника располагается в стандартном режиме подшипникового устройства на расстоянии от вала и не испытывает механической нагрузки. Если улавливающий подшипник выполнен в виде подшипника качения или улавливающий подшипник содержит, по меньшей мере, один подшипник качения, ряд подшипников качения этого подшипника качения не стягивается или лишь слегка механически предварительно стягивается через дополнительный упругий элемент. Известны, например, подшипниковые устройства с магнетным шарикоподшипником и улавливающим подшипником, который удерживает установленный в магнетном шарикоподшипнике вал в случае отключения электроэнергии.

При попадании вала в улавливающий подшипник возникают большие силы и ускорения. В частности, если улавливающий подшипник выполнен из подшипников качения и содержит, по меньшей мере, один ряд тел качения, возникает опасность, что улавливающий подшипник быстро выйдет из строя, поскольку тела качения испытывают большое начальное ускорение, и в случае, если тела качения не были предварительно стянуты, или были недостаточно сильно механически стянуты, возникает проскальзывание, которое может привести к повреждению как тел качения, так и колец улавливающего подшипника, так что улавливающий подшипник приходится заменять уже после одного применения.

На практике часто возникает случай, когда вал под углом, относительно оси вращения указывающего на вал кольца улавливающего подшипника, входит в кольцо подшипника. Также возникает случай, когда вал не только перекашивается, относительно этой оси вращения, но и входит в улавливающий подшипник криволинейно. Основанием для этого может быть освобождение вала в подшипнике с задержкой во времени или выход из строя только части из нескольких элементов подшипника. В результате перекашивания, т.е. прогиба вала, один участок кольца улавливающего подшипника испытывает воздействие большой силы, в то время как другой участок этого кольца подшипника испытывает только воздействие малой силы. В частности, в случае, если улавливающий подшипник выполнен в виде многорядного подшипника качения, ряд тел качения испытывает большую нагрузку, которая приводит к проскальзыванию, в то время как другой ряд тел качения не испытывает нагрузку. Если улавливающий подшипник содержит два соседних, прилегающих друг к другу подшипника качения, один из подшипников качения испытывает большую нагрузку, а другой - только малую нагрузку. В обоих случаях в улавливающем подшипнике возникает сильный износ, так что улавливающий подшипник приходится заменять уже после одного применения.

В документе DE60209752T2 описывается подшипниковое устройство с магнетным подшипником, а также улавливающим подшипником, причем улавливающий подшипник содержит два расположенных рядом на одной оси радиально-упорных шарикоподшипника, прилегающие друг к другу торцевыми сторонами, предварительно механически стянутые. Указывающая на вал, разделенная на две части рабочая поверхность разделенного на две части кольца улавливающего подшипника выполнена цилиндрической до имеющегося обычно на подшипнике качения закругленного края вблизи торцевых поверхностей, и имеет прямой, параллельный оси вращения обоих радиально-упорных подшипников контур. Если вал перекашивается относительно оси вращения или входит в улавливающий подшипник криволинейно, оба радиально-упорных подшипника испытывают неравномерную нагрузку, причем в одном радиально-упорном подшипнике возникает особенно сильное проскальзывание. При этом срок службы улавливающего подшипника сокращается.

В документе DE19729450C2 описывается подшипниковое устройство для установки ротора в подшипнике с возможностью вращения, причем в качестве улавливающего подшипника предусмотрены два подшипника качения, выполненные в виде однорядного шарикоподшипника. Кольцо улавливающего подшипника, указывающее, соответственно, на вал ротора, имеет до закругленного края на переходе к торцевой поверхности цилиндрическую рабочую поверхность с прямым, проходящим, главным образом, параллельно относительно оси вращения кольца подшипника контуром. Если вал перекашивается или входит в улавливающий подшипник криволинейно, шарикоподшипник испытывает неравномерную нагрузку, и его срок службы значительно сокращается.

Технический результат изобретения состоит в продлении срока службы улавливающего подшипника для описанного выше подшипникового устройства.

Указанный технический результат для названного выше улавливающего подшипника подшипникового устройства в соответствии с изобретением достигается за счет того, что указывающее на вал кольцо улавливающего подшипника имеет рабочую поверхность с указывающим на вал выпуклым контуром.

При этом выпуклый контур предусмотрен дополнительно к одному, в данном случае, имеющемуся закругленному краю кольца подшипника, причем закругленный край имеет только малое распространение в осевом направлении (менее чем приблизительно 10%), однако выпуклый контур распространяется дополнительно к закругленному краю более чем приблизительно 20% осевого распространения кольца подшипника. При этом выпуклость контура предусмотрена по отношению к воображаемой цилиндрической контрольной поверхности, причем цилиндрическая контрольная поверхность выполнена с осевой симметрией относительно оси вращения кольца подшипника.

Выпуклый контур обеспечивает определенную, регулируемую по соответствующему подшипниковому устройству точку попадания вала в указывающее на вал кольцо улавливающего подшипника. Вследствие выпуклости контура эта точка попадания лежит между обеими торцевыми поверхностями кольца подшипника, например, по середине между обеими торцевыми поверхностями кольца подшипника. При этом сила, возникающая при попадании вала, распределяется, по возможности, равномерно по всему кольцу подшипника и может, в итоге, восприниматься улавливающим подшипником лучше. В результате уменьшается проскальзывание и увеличивается прогнозируемый срок службы улавливающего подшипника.

Если указывающее на вал кольцо подшипника выполнено в виде кольца подшипника однорядного подшипника качения, возникающая при попадании вала сила действует вблизи дорожки качения тел качения и при этом, в особенности, в радиальном направлении, так что осевые компоненты силы подавляются.

Если в предпочтительной форме выполнения указывающее на вал кольцо подшипника выполнено в виде общего кольца подшипника одного, по меньшей мере, двухрядного подшипника качения, воспринимающаяся кольцом подшипника сила распределяется более равномерно, по меньшей мере, на два ряда улавливающего подшипника.

Предпочтительно предусмотрено, что контур указывающего на вал кольца подшипника содержит цилиндрический участок, который распространяется максимально приблизительно на 80% осевого распространения кольца подшипника. При этом цилиндрический участок позволяет создавать опору для падающего в улавливающий подшипник вала по увеличенной поверхности. При этом цилиндрический участок контура расположен со сдвигом в сторону вала относительно определенной выше цилиндрической контрольной поверхности.

Предпочтительно предусмотрено, что контур указывающего на вал кольца подшипника имеет, по меньшей, мере, один конический участок. При этом конический участок составляет с цилиндрической контрольной поверхностью угол менее чем приблизительно 15°, в частности, приблизительно 5°.

Особенно предпочтительный контур получается, если центральная треть осевого распространения через цилиндрический участок и оба граничащие с торцевыми поверхностями участка выполнены в виде конических, расширяющихся к торцевым поверхностям участков, причем оба конические участка имеют идентичное осевое распространение и, соответственно, угол приблизительно 15°, относительно цилиндрической контрольной поверхности.

Предпочтительно предусмотрено, что контур указывающего на вал кольца подшипника имеет криволинейный участок. В результате криволинейности возникающая при попадании вала сила распределяется по кольцу подшипника лучше.

В отношении образования криволинейного участка, указывающего на вал выпуклого контура, предпочтительно предусмотрено, что вид криволинейного участка, по меньшей мере, частями, описывается полиномом, в частности, квадратичной функцией.

Альтернативно или дополнительно со ссылкой на второй криволинейный участок - в отношении образования криволинейного участка предпочтительно предусмотрено, что вид криволинейного участка описывается, по меньшей мере, коническим сечением, в особенности, круговым сегментом или эллиптическим сегментом. Также можно предусмотреть гиперболический или параболический вид криволинейного участка, в зависимости от того, для какого случая эксплуатации должен оптимизироваться улавливающий подшипник.

Предпочтительно предусмотрено, что указывающее на вал кольцо подшипника выполнено зеркально симметричным относительно осевой поверхности раздела.

Кроме того, альтернативно может быть предпочтительно предусмотрено, чтобы указывающее на вал кольцо подшипника было выполнено асимметричным относительно осевой поверхности раздела. Посредством асимметрии можно учесть то обстоятельство, что перекашивание, т.е. искривление вала, часто имеет типичный угол, так что силы могут распределяться по кольцу подшипника более равномерно.

Указывающий на вал выпуклый контур рабочей поверхности кольца подшипника может изготавливаться посредством металлообработки, причем исходная рабочая поверхность является цилиндрической с прямым контуром сечения.

Предпочтительно предусмотрено, что контур указывающего на вал кольца подшипника выполнен посредством дополнительного покрытия. Покрытие может быть нанесено, например, мокрым химическим методом на исходную цилиндрическую рабочую поверхность, причем толщина покрытия варьируется в осевом направлении так, что формируется выпуклый контур.

Предпочтительно предусмотрено, что контур указывающего на вал кольца подшипника выполнен посредством дополнительного элемента конструкции. Дополнительным элементом конструкции может быть, например, тонкостенная втулка, наружная цилиндрическая рабочая поверхность которой закреплена, например, с помощью прессовой посадки, на внутренней, цилиндрической рабочей поверхности кольца подшипника, причем внутренняя рабочая поверхность втулки имеет требуемый выпуклый контур. Подобного рода втулки можно просто изготовить как детали из листового металла.

Предпочтительно предусмотрено, что указывающий на вал выпуклый контур распространяется вдоль всего осевого распространения кольца подшипника. Вблизи торцевых поверхностей выпуклый контур может заменять обычные закругленные края или переходить в закругленные края.

Другие преимущества и признаки вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, а также из следующего описания предпочтительного примера выполнения совместно с вариантами изобретения.

Изобретение более подробно описывается и поясняется далее со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг.1 - вид примера выполнения предложенного в изобретении подшипникового устройства, на котором отдельные части показаны в сечении, и

фиг.2 - четыре варианта представленного на фиг.1 примера выполнения, показанные в виде отдельных изображений от а) до d).

На фиг.1 показано подшипниковое устройство, содержащее не показанный на изображении вал, который установлен в подшипнике, а именно в магнетном подшипнике, с возможностью вращения. Кроме того, подшипниковое устройство содержит один улавливающий подшипник, который выполнен в виде двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника, причем представленный улавливающий подшипник 1, в данном случае, вместе, по меньшей мере, с одним дополнительным улавливающим подшипником, удерживает вал при выходе из строя магнетного подшипника.

Улавливающий подшипник 1 содержит указывающее на вал кольцо 2 подшипника, а именно, внутреннее кольцо подшипника качения, которое имеет внутреннюю рабочую поверхность 3 с различимым в сечении, указывающим на вал выпуклым контуром 4. Поскольку контур 4 является выпуклым, линия сечения больше не является прямой, как в случае с цилиндрической внутренней рабочей поверхностью, а проходит перед валом. В стандартном режиме подшипникового устройства, если вал установлен в магнетном подшипнике, выпуклый контур 4 находится на расстоянии от рабочей поверхности вала. Вал соприкасается с выпуклым контуром 4 в том случае, если магнетный подшипник вышел из строя или прекратил работать.

Выпуклый контур 4 содержит цилиндрический участок 5, расположенный посередине между обеими торцевыми поверхностями 6, 7 кольца 2 подшипника. В зоне цилиндрического участка 5 линия сечения является прямой. Цилиндрический участок 5 распространяется приблизительно на 60% всего осевого распространения кольца 2 подшипника. В варианте представленного примера выполнения цилиндрический участок 5 распространяется приблизительно на 80% всего осевого распространения кольца 2 подшипника, однако не менее чем приблизительно на 40% осевого распространения.

Кроме того, выпуклый контур 4 содержит первый конический участок 8, а также второй конический участок 9, причем каждый из конических участков 8, 9 граничит с цилиндрическим участком 5 вдоль краев 10, 11 по внутренней рабочей поверхности 3. В зоне конических участков внутренний диаметр внутренней рабочей поверхности увеличивается линейно в сторону торцевых поверхностей 6, 7. Оба конических участка 8, 9 распространяются вместе приблизительно на 35% осевого распространения кольца 2 подшипника. В отношении цилиндрической контрольной поверхности, которая, например, указана посредством цилиндрического участка 5, каждый из обоих конических участков 8, 9 образует угол 12 приблизительно 5°, как показано на фиг. 1 для первого конического участка 8.

Два закругленных края 13, 14 на краях рабочей поверхности 3 по обеим торцевым поверхностям 6, 7 не являются частью выпуклого контура 4. Закругленные края 13, 14 выполнены с прилегающими коническими участками 8, 9 краев 15, 16. Закругленные края 13, 14 распространяются вместе приблизительно на 5% всего осевого распространения кольца 2 подшипника, так что указывающий на вал выпуклый контур 4, главным образом, распространяется вдоль всего осевого распространения кольца 2 подшипника. В другом примере выполнения можно предусмотреть отсутствие закругленных краев 13, 14, так что выпуклый контур, например, конические участки 8, 9, непосредственно граничат с торцевыми поверхностями 6, 7.

Указывающее на вал кольцо 2 подшипника и, вместе с тем, выпуклый контур 4 выполнены зеркально симметричными относительно поверхности 17 раздела. Кроме того, указывающее на вал кольцо 2 подшипника выполнено как общее кольцо 2 подшипника двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника.

На фиг.2 показаны отдельные изображения, соответственно, вариантов представленного на фиг.1 выпуклого контура 4 внутренней рабочей поверхности 3 указывающего на вал 2 кольца улавливающего подшипника 1. Следует учесть, что контур представлен в направлении к оси вращения кольца подшипника с увеличением, чтобы можно было лучше различить вид контура.

На фиг.2а показан выпуклый контур 34, содержащий цилиндрический участок 35, а также два конических участка 38, 39, причем первый конический участок 38 образует первый угол 42, а второй конический участок 39 образует второй угол 48 с контрольной поверхностью, образуемой посредством цилиндрического участка 35. Углы 42, 48 могут иметь различные значения и составлять менее чем приблизительно 15°. Конические участки 38, 39 переходят на цилиндрический участок 35 вдоль закругленных краев 40, 41. Цилиндрический участок 35 распространяется приблизительно по 45% всего осевого распространения кольца 32 подшипника. Выпуклый контур 34 граничит непосредственно с торцевыми поверхностями 36, 37 кольца 32 подшипника, так что закругленный край не предусмотрен.

На фиг.2b показан выпуклый контур 64, содержащий один первый конический участок 68 и один второй конический контур 69, граничащий с ним вдоль закругленного края 70, причем конические участки 68, 69 граничат непосредственно с торцевыми поверхностями 66, 67 кольца 62 подшипника.

На фиг.2с показан выпуклый контур 94, содержащий расположенный посередине между торцевыми поверхностями 96, 97 цилиндрический участок 95, который распространяется максимально приблизительно на 80% всего осевого распространения кольца 92 подшипника. Выпуклый контур 94 содержит два криволинейных участка 109, 110, которые, соответственно, описывают одну четверть круга, и таким образом, выполнены в виде кругового сегмента. Криволинейные участки 109, 110 переходят без краев в торцевые поверхности 96, 97, т.е. в цилиндрический участок 95.

На фиг.2d показан выпуклый контур 124, единственный участок которого образован посредством криволинейного участка 139, который распространяется между обеими торцевыми поверхностями 106 и 107. Вид криволинейной части участка 139 вдоль всего осевого распространения кольца подшипника 122 описывается с помощью квадратичной функции.

В представленных на фиг.2а-2d вариантах, соответственно, предусмотрено, что выпуклый контур 34, 64, 94, 124 распространяется вдоль всего осевого распространения кольца 32, 62, 92, 122 подшипника, так что, соответственно, закругленный край не предусмотрен.

В представленных на фиг.2а-2d вариантах, соответственно, показаны выпуклые контуры 34, 64, 94 и 124, которые выполнены симметричными относительно воображаемой осевой поверхности раздела соответствующего кольца 32, 62, 92, 122 подшипника. Имеется в виду, что могут быть предусмотрены контуры, асимметричные относительно поверхности раздела; например, углы 42 и 48 могут быть, исходя из изображенного на фиг.2а варианта, различными, или, исходя из изображенного на фиг.2d примера выполнения, вид криволинейного участка 139 описывается не квадратичным полиномом, а полиномом с нечетной степенью. Кроме того, для образования асимметрии также предусмотрено, что одна торцевая поверхность граничит с цилиндрическим участком, а другая торцевая поверхность граничит с коническим или криволинейным участком. В частности, средний участок 35 (фиг.2а), или 95 (фиг.2с), или край 70 (фиг.2b) могут быть сдвинуты к одной из обеих торцевых поверхностей.

Изобретение описано с помощью приведенного выше примера выполнения, в котором вал выполнен в виде сплошного вала, и указывающее на вал кольцо подшипника является внутренним кольцом подшипника, а именно, одного двухрядного радиально-упорного подшипника. Имеется в виду, что указывающим на вал кольцом подшипника может быть также внешнее кольцо подшипника, если устанавливаемым валом является полый вал.

Список условных обозначений