Результат интеллектуальной деятельности: Подшипниковый щит

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкции подшипниковых щитов, и может быть преимущественно использовано при изготовлении электрических машин.

Известен подшипниковый щит, содержащий алюминиевый корпус щита и стальную цилиндрическую втулку, установленную на клею в посадочное место под подшипник (Патент РФ № 2045121, кл. H02K 5/16, опубл. 27.09.1995).

Недостатком известной конструкции подшипникового щита является сложность его изготовления в связи с применением клеевого состава. Также недостатком является невысокая прочность соединения стальной цилиндрической втулки, установленной на клею, в посадочное место под подшипник с корпусом щита. Результатом невысокой прочности соединения стальной втулки с алюминиевым корпусом щита является саморазбор в виде ее проворота в посадочном месте под подшипник, из-за возникающих нагрузок в процессе вращения ротора электрической машины и как следствие воспринимаемых стальной втулкой крутящих моментов и вибраций от обоймы подшипника. Практика также показывает, что ремонт подшипникового щита при выходе щита из строя из-за саморазбора втулки с корпусом щита в посадочном месте связан со значительными трудностями и необходимостью дополнительных операций, что нецелесообразно.

Известен подшипниковый щит, содержащий алюминиевый корпус щита и стальную цилиндрическую втулку, запрессованную с натягом в посадочное место под подшипник, при этом стальная втулка скреплена в посадочном месте с корпусом щита штифтом (Патент CN202957689U, кл. H02K 5/16, опубл. 29.05.2013).

Недостатком известной конструкции подшипникового щита является то, что имеющегося натяга при сборке стальной цилиндрической втулки с посадочным местом алюминиевого корпуса щита недостаточно для обеспечения прочного их соединения. Невысокая прочность соединения стальной втулки и посадочного места алюминиевого корпуса щита с натягом из-за воспринимаемых стальной втулкой высоких крутящих моментов и вибраций от обоймы подшипника приводит к необходимости дополнительного их скрепления штифтом. При решении задачи саморазбора стальной втулки путем проворота ее в посадочном месте под подшипник алюминиевого корпуса щита, скрепление штифтом стальной втулки с корпусом щита ведет к технологическим сложностям выполнения отверстия в корпусе щита и стальной втулке, а также необходимости совмещения отверстий и запрессовки штифта, что является существенным недостатком конструкции. Кроме того, практика показывает, что при сборке с натягом стальной втулки с посадочным местом алюминиевого корпуса щита на алюминиевом посадочном месте образуются надиры, значительно снижающие прочность соединения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является подшипниковый щит, содержащий алюминиевый корпус щита и стальную цилиндрическую втулку, запрессованную с натягом в посадочное место под подшипник, при этом стальная цилиндрическая втулка на своей наружной поверхности имеет накатку в виде прямых рифлений и скреплена в посадочном месте с корпусом щита штифтом (Патент CN 107528408 A, кл. H02K 5/16, опубл. 29.12.2017).

Недостатком известной конструкции подшипникового щита является то, что имеющегося натяга и нанесенных на наружной поверхности стальной цилиндрической втулки накаткой прямых рифлений, при сборки стальной втулки с посадочным местом алюминиевого корпуса щита, недостаточно для обеспечения прочного их соединения и долговечного функционирования конструкции, из-за воспринимаемых стальной втулкой высоких крутящих моментов и вибраций от обоймы подшипника при работе электромашины. Невысокая прочность соединения стальной втулки и посадочного места алюминиевого корпуса щита приводит к необходимости дополнительного их скрепления штифтом. При решении задачи саморазбора стальной втулки путем проворота ее в посадочном месте под подшипник алюминиевого корпуса щита, скрепление штифтом стальной втулки с корпусом щита ведет к технологическим сложностям выполнения отверстия в корпусе щита и стальной втулке, а также необходимости совмещения отверстий и запрессовки штифта, что в совокупности является существенным недостатком конструкции. Кроме того, практика показывает, что одним из факторов снижения прочности соединения при сборке с натягом стальной втулки с посадочным местом под подшипник алюминиевого корпуса щита является то, что из-за перекосов при запрессовке и отсутствия во втулке направляющей фаски на алюминиевом посадочном месте образуются надиры, значительно снижающие прочность соединения, нивелируя напряженное состояние, создаваемое натягом между стальной втулкой и посадочным местом под подшипник корпуса щита.

Задачей изобретения является создание технологичной конструкции подшипникового щита, обеспечивающей надежное и долговечное функционирование конструкции при действующих на нее вибрационных нагрузках и моментах при работе электромашины.

Технический результат заключается в обеспечении прочного сопряжения стальной втулки и посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса щита за счет натяга и кернения без усложнения конструкции.

Данная задача решается, а технический результат достигается благодаря тому, что в предлагаемой конструкции подшипникового щита, содержащего алюминиевый корпус щита и стальную втулку, имеющую на наружной поверхности накатку в виде прямых рифлений, запрессованную с натягом в посадочное место под подшипник, согласно изобретению на торце наружной поверхности стальной втулки имеется радиус для ее запрессовки, на торце посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса щита на окружности, отстоящей на расстоянии 2…6 мм от наружного диаметра втулки, имеются углубления от кернения, а между сопрягаемыми наружной поверхностью стальной вставки и внутренней поверхностью посадочного места под подшипник образован переменный натяг между упомянутыми поверхностями, путем их выполнения с различной разностью между внутренним диаметром посадочной поверхности места под подшипник и наружным диаметром вставки на противоположных торцах подшипникового щита, при этом величина переменного натяга Δ выбрана из следующего выражения:

∆=∆1-∆2=(0,04…0,6) мм,

где ∆1 - натяг между сопрягаемыми поверхностями стальной втулки и посадочного места под подшипник, с внутренней стороны подшипникового щита, ∆1=(Dв-d);

Dв - наружный диаметр стальной втулки с внутренней стороны подшипникового щита;

d - внутренний диаметр посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса щита;

∆2- натяг между сопрягаемыми поверхностями стальной втулки и посадочного места под подшипник, с внешней стороны подшипникового щита, ∆2=(D-d);

D - наружный диаметр стальной втулки с внешней стороны подшипникового щита.

Предлагаемая конструкция подшипникового щита благодаря наличию переменного натяга ∆ обладает повышенной прочностью соединения стальной втулки с корпусом щита в посадочном месте под подшипник и обеспечивает долговечное функционирование конструкции, надежно сопротивляясь воспринимаемым стальной втулкой высоким крутящим моментам и вибрациям от обоймы подшипника при работе электромашины.

Также, благодаря наличию углублений от кернения на торце посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса щита на окружности, отстоящей на расстоянии 2…6мм от наружного диаметра втулки, за счет очаговых пластических деформаций в алюминиевом посадочном месте от кернения происходит надежный охват наружного диаметра стальной втулки, препятствующий ее саморазбору.

Кроме того, в предлагаемой конструкции подшипникового щита благодаря наличию радиуса на торце наружной поверхности стальной втулки при запрессовке втулки предотвращается появление надиров на внутренней поверхности посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса, чем сохраняется благоприятное напряженно деформированное состояние в соединении втулки и посадочного места достигаемое переменным натягом.

Преимуществом предлагаемого подшипникового щита является технологичность его изготовления, а также обеспечение надежного и долговечного функционирования при действующих на него вибрационных нагрузках и моментах во время работы электромашины.

Также, в предлагаемой конструкции достигается прочное сопряжения стальной втулки и посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса щита за счет напряженного состояния образованного переменным натягом и кернением места под подшипник, без усложнения конструкции дополнительными деталями.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

Подшипниковый щит изображен на фиг. 1, он содержит алюминиевый корпуса щита 1 с посадочным местом под подшипник 2 с внутренним диаметром d. В посадочное место под подшипник запрессована стальная втулка 3 имеющая наружный диаметр с внутренней стороны подшипникового щита Dв, а с внешней стороны диаметр D. Таким образом, при запрессовке стальной втулки образуется переменный натяг с внутренней стороны подшипникового щита ∆1=(Dв-d) и ∆2=(D-d) соответственно с внешней.

На фиг.2 изображен вид А с внутренней стороны подшипникового щита на котором приведены углублений от кернения 4 расположенные на торце посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса щита на окружности отстоящей на расстоянии h=2…6мм от наружного диаметра втулки Dв.

На фиг.3 изображена стальная втулка с радиусом R на торце наружной поверхности и прямыми рифлениями, образованными накаткой на наружной поверхности. Радиус R при запрессовке стальной втулки предотвращает появление надиров на внутренней поверхности посадочного места под подшипник алюминиевого корпуса.

Заявляемое техническое решение обеспечивает надежное и долговечное функционирование конструкции подшипникового шита при действующих на нее вибрационных нагрузках и моментах при работе электромашины, в т.ч. с высокими оборотами, из-за применения переменного натяга ∆, обеспечивающего в рабочем режиме всестороннее равномерное сжатие стальной вставки по всей ее высоте, а также вследствие применения кернения, что в целом с прямым рифлением, нанесенным накаткой на наружной поверхности втулки, и радиусом на ее торце препятствует возможности ослабления соединения и саморазбора с проворотом стальной втулки.

Подщипниковый щит может быть использован в различных конструкциях электродвигателей, электрогенераторов и др. электромашин, в т.ч. высокооборотных, и предлагается к внедрению на АО «Уфимское агрегатное производственное объединение» (АО «УАПО») Технодинамика.

Итак, предлагаемый подщипниковый щит имеет улучшенные эксплуатационные свойства в виде прочности соединения основных конструктивных его частей, т.е. корпуса щита и втулки, а также высокотехнологичен.