CZ13277U1 - Vysokootáčkové ložisko - Google Patents

Description

Technické řešení se týká kompaktního vysokootáčkového ložiska pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje obsahujícího ocelový hřídel a ocelové válcové pouzdro, v nichž jsou vytvořeny dvě oběžné dráhy, ve kterých jsou uloženy dvě soustavy valivých těles tvořených kuličkami, z nichž každá je po obvodě rovnoměrně rozdělena klecemi, přičemž alespoň jedno z valivých těles každé soustavy je vytvořeno z technické keramiky.

Dosavadní stav techniky

Známé technické řešení vysokootáčkového ložiska je popsáno v CZ patentu č. 281421, který se týká vysokootáčkového ložiska, zejména pro dopřádací stroj, které obsahuje hřídel s dvojicí v odstupu od sebe situovaných ocelových oběžných drah a válcové pouzdro rovněž s dvojicí v odstupu od sebe situovaných ocelových oběžných drah, v nichž jsou umístěna valivá tělesa vedená kovovými klecemi, přičemž valivá tělesa jsou vyrobena z technické keramiky.

Relativní výhodou tohoto uspořádání je vysoká životnost uložení při vysokých otáčkách, která je však dosažena pouze za cenu vysokých výrobních nákladů. Nevýhodou jsou kovové klece ložiska, které mají zpravidla vyšší hmotnost a horší třecí vlastnosti ve styku s kuličkami a s ocelovými plochami, které klec vedou, to znamená s hřídelem nebo pouzdrem podle typu vedení klece. Při styku kovových klecí s otáčejícími se keramickými kuličkami o vysoké tvrdosti dochází k nepatrnému otěru kovových částic z klecí, což při dlouhodobém chodu ložiska (tisíce hodin) vede k postupné degradaci maziva. Volbou kovových materiálů klecí a volbou provedení klecí lze sice dosáhnout zlepšení užitných vlastností klecí, ale za cenu značných nákladů. Dalším vážným nedostatkem kovových klecí ložiska je skutečnost, že ve spojení s keramickými kuličkami nejsou schopny dobře pracovat v mimořádných stavech ložiska, například při zvýšené nevývaze apod. Tyto stavy obvykle způsobí přehřátí ložiska, a v důsledku toho snížení mazacích schopností mazací náplně. Při práci v nouzovém stavu dochází stykem keramických kuliček s kovovou klecí velmi rychle k havárii ložiska.

Z EP 0 304 872 B1 je známo řešení s grafitovou klecí, která může být z hlediska kluzných vlastností výhodná, je však velmi drahá a pro účely masové výroby pro textilní stroje nepoužitelná, nehledě k její problematické montáži do ložiska.

Cílem technického řešení je odstranit nevýhody stavu techniky a navrhnout vysokootáčkové ložisko s novou klecí, která by prodloužila interval, po který je ložisko schopno pracovat v mimořádném stavu, přičemž by nezvyšovala náklady na ložisko.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo vysokootáčkovým ložiskem, jehož podstata spočívá v tom, že klece pro vedení valivých těles jsou vyrobeny z plastu s dobrými kluznými vlastnostmi. Tyto klece jsou spolu s keramickými kuličkami schopny pracovat určitou dobu v mimořádném stavu ložiska, a tím zabránit jeho poškození při krátkodobém běhu ložiska v mimořádném režimu. Mají zpravidla nižší hmotnost, lépe se opracovávají než klece kovové a pokud je zvolen vhodný materiál s odpovídající tvrdostí a třecími vlastnostmi, je i jejich životnost, a tím i životnost celého ložiska, zpravidla vyšší než ložiska s kovovými klecemi, přičemž jejich cena ve srovnání s kovovými klecemi vyhovujícího provedení je nižší.

Podle jedné z variant provedení technického řešení jsou klece vyrobeny z vrstvené tvrzené tkaniny pojené pryskyřicí a napuštěné olejem. Taková klec při běhu ložiska v mimořádném režimu uvolňuje olej, a tím přispívá k mazání ložiska.

Při tom je výhodné, jsou-li klece vyrobeny z polotovaru ve tvaru trubky třískovým obráběním.

-1 CZ 13277 Ul

Ze všech zkoušených materiálů pro výrobu klecí ložisek třískovým obráběním se zejména z hlediska užitných vlastností jeví nejvýhodnější vinutý textit.

Podle další varianty jsou klece vyrobeny z kompozitních materiálů na bázi plastů lisováním. Vlastnosti lisovaných klecí ovlivňuje použitý polotovar, obvykle ve formě granulátu, jeho zpra5 cování a provedení lisovací formy. Lisované klece jsou tvarově přesnější a rozměrově stabilnější, než klece třískově obráběné, jejichž tvar a rozměry jsou závislé nejen na použitém polotovaru, ale i na řadě operací spojených s třískovým obráběním. Při sériové výrobě je lisování ve srovnání s třískovým obráběním podstatně levnější.

Pro ložiska s otáčkami do 80.000 min'¹ je výhodné, jsou-li klece vyrobeny z polyamidu plněného ío uhlíkovými vlákny.

Pro ložiska s otáčkami od 80.000 min'¹ výše je výhodné, jsou-li klece jsou vyrobeny z polyaryletherketonu plněného uhlíkovými vlákny a/nebo PTFE.

Klec ložiska pro všechna výše uvedená provedení ložisek je s výhodou tvořena prstencem, který je opatřen radiálně průchozími otvory, jejichž osa leží v menší vzdálenosti od jednoho z čel prstence, než je poloměr valivých těles, přičemž část vnitřní plochy radiálně průchozích otvorů tvoří vodicí plochu pro valivá tělesa. Taková klec ložiska má dobré vlastnosti pro vedení kuliček tvořících valivá tělesa v náročných podmínkách práce dvojřadého kuličkového ložiska spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje a může být vyráběna jak třískovým obráběním tak lisováním.

Klec ložiska vyrobená lisováním je tvořena prstencem, který je opatřen radiálně průchozími otvory, jejichž osa leží v menší vzdálenosti od jednoho z čel prstence, než je poloměr valivých těles, přičemž část vnitřní plochy radiálně průchozích otvorů tvoří vodicí plochu pro valivá tělesa, přičemž čelo klece je v miste otvorů opatřeno vodícími výstupky zvětšujícími vodicí plochy pro valivá tělesa. Taková klec ložiska má ve srovnání s předchozím provedením menší hmotnost a lepší schopnost vedení kuliček, tvořících valivá tělesa a je určena zejména pro ložiska pro otáčky nad 80.000 min'¹.

Pro zajištění ještě lepších vodicích schopností kuliček tvořících valivá tělesa, zejména keramických kuliček je vodicí plocha pro valivá tělesa alespoň z části tvořena kulovou plochou.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení vysokootáčkového ložiska je schematicky znázorněno na výkresech, kde značí obr. 1 podélný řez vysokootáčkovým ložiskem pro uložení spřádacího rotoru bezvřetenového dopřádacího stroje, obr. 2 pohled na klec ložiska vyrobenou z trubkového polotovaru z vinutého textitu třískovým obráběním, obr. 3 řez A-A klecí podle obr. 2, obr. 4 detail otvoru pro valivý element v kleci podle obr. 2, obr. 5 pohled na klec ložiska vyrobenou lisováním z kompozitního materiálu na bázi plastů, obr. 6 průřez A-A klecí podle obr. 5 a obr. 7 detail otvoru pro valivý element v kleci podle obr. 5.

Příklady provedení technického řešení

Vysokootáčkové ložisko pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje, znázorněné na obr. 1 obsahuje ocelový hřídel i a ocelové pouzdro 2, v nichž jsou obráběním vytvořeny v odstupu od sebe situované dvojice oběžných drah, v každé z nich je uložena jedna soustava valivých těles 3. Každá soustava valivých těles je vedena klecí 4, která valivá tělesa 3 každé soustavy valivých těles rovnoměrně rozděluje po obvodě. Pouzdro 2 je na obou svých koncích opatřeno známým těsněním 5 a na vnějším povrchu je opatřeno upínacím kroužkem 6. Tolerance rozměrů klecí je volena tak, aby klec byla vedena v pouzdru.

Část valivých těles 3 v každé soustavě valivých těles 3 může být vytvořena z oceli a část valivých těles 3 v každé řadě valivých těles 3 je vytvořena z technické keramiky, například nitridu křemíku SÍ3N4. V každém případě je alespoň jedno valivé těleso vytvořeno z materiálu, s významně vyšší tvrdostí než běžné ocelové kuličky. V každé soustavě valivých těles 3 je tedy alespoň jedno

-2CZ 13277 Ul valivé těleso 3 vždy vytvořeno z technické keramiky, přičemž pro určité technologické podmínky je vytvořeno provedení, u něhož jsou všechna valivá tělesa 3 vytvořena z technické keramiky. Ložisko je plněno náplní plastického maziva pro celou dobu životnosti ložiska.

Podle příkladu provedení znázorněného na obr. 2 až 4 je klec 4 ložiska tvořena prstencem 41 z vinutého textitu, v němž jsou v radiálním směru vytvořeny válcové otvory 42 pro kuličky tvořící valivá tělesa 3. Vinutý textit je obchodní název vrstvené tvrzené textilie, jejímž plnivem je obvykle tkanina a pojivém jsou pryskyřice, například fenolické pryskyřice, nenasycené polyesterové pryskyřice, epoxidové pryskyřice nebo silikonové pryskyřice. Osa válcových otvorů je od jednoho z čel klece 4 ve vzdálenosti menší, než je poloměr válcového otvoru 42, takže válcové otvory jsou do tohoto čela klece 4 otevřené a v nich uložené kuličky tvořící valivá tělesa 3 z nich vystupují do prostoru před čelem klece 4, jak je znázorněno na obr. 1 a 4. Vnitřní nebo vnější průměr prstence 41 klece 4 je za účelem vedení klece 4 tolerančně přizpůsoben vnějšímu průměru hřídele I ložiska v místě klece 4 nebo vnitřnímu průměru pouzdra 2 ložiska v místě klece 4. Část vnitřní plochy otvorů 42 přicházející do kontaktu s kuličkou tvořící valivé těleso 3 vytváří vodicí plochu 420 pro valivá tělesa 3.

Po vyrobení je klec 4 ložiska napuštěna olejem, jímž je s výhodou základní olej obsažený v plastickém mazivu, které se používá k mazání ložiska. Olej obsažený v klecích 4 z vinutého textitu se v místech kontaktu klece s valivými elementy a dalšími částmi ložiska během provozu ložiska průběžně ve velmi malém množství vylučuje a napomáhá základní náplni plastického maziva zlepšovat především kluzné vlastnosti částí ložiska, které jsou v kontaktu, a umožňuje tak i krátkodobý běh ložiska v mimořádném režimu a v důsledku toho prodlužuje životnost ložiska. Množství oleje obsažené v kleci se automaticky udržuje na přibližně stejné úrovni samovolným sycením materiálu klece olejem z plastického maziva během provozu ložiska v normálním režimu. M

Textitová klec 4 je vyrobena z polotovaru ve tvaru trubky, který je třískově opracován.

Podle příkladu provedení znázorněného na obr. 2 je klec 4 vyrobena lisováním z kompozitního materiálu na bázi plastu. Klec 4 je tvořena prstencem 41, v němž jsou vytvořeny otvory 42 (komůrky) pro kuličky tvořící valivá tělesa 3. Ve znázorněném příkladu provedení jsou otvory 42 tvořeny radiálními válcovými otvory, jejichž osy jsou od jednoho z čel klece ve vzdálenosti menší, než je poloměr válcového otvoru 42, takže válcové otvory jsou do tohoto čela klece 4 otevřené a v nich uložené kuličky tvořící yalivá tělesa 3 z nich vystupují do prostoru před čelem klece 4, jak je znázorněno na obr. 4 a 7. Vnitřní plocha válcového otvoru 42 tvoří vodicí plochu pro kuličku, která je do tohoto otvoru vložena. Pro zlepšení vedení kuličky je klec v místech přechodu otvorů 42 do příslušného čela klece 4 opatřena vodícími výstupky 43, které zvětšují vodicí plochu pro kuličku a napomáhají tak jejímu lepšímu vedení.

U neznázoměného provedení je vodicí plocha 420 pro valivá tělesa 3 alespoň z části tvořena kulovou plochou, což zlepšuje vedení valivých těles 3 tvořených kuličkami.

Pro ložiska s otáčkami do 80.000 min'¹ je lisovaná klec vyrobena z polyamidu obsahujícího plnivo z uhlíkových vláken, dodávaného například pod obchodním označením Utramid A4H.

Tato klec má velmi dobrou pevnost, nízkou hmotnost, vysokou přesnost výroby a velmi dobré třecí vlastnosti i v mimořádném režimu, v němž původní mazací náplň ložiska ztratila svoje mazací schopnosti, ať už v důsledku zvýšené teploty ložiska nebo předčasným spotřebováním mazací náplně před ukončením mazacího intervalu.

Pro ložiska s otáčkami 80.000 min'¹ a více byla vyvinuta lisovaná klec z polyaryletherketonu obsahujícího plnivo z uhlíkových vláken a případně PTFE pro další zlepšení kluzných vlastností, například materiál PEEK 450 CA 30 nebo PEEK 450 FC 30 fy VICTERES, Velká Británie. Taková klec má při zachování vlastností předchozího provedení ještě lepší vlastnosti v běžném i mimořádném režimu.

-3CZ 13277 Ul

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Vysokootáčkové ložisko pro uložení spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje obsahující ocelový hřídel a ocelové válcové pouzdro, v nichž jsou vytvořeny dvě oběžné dráhy, v nichž jsou uloženy dvě soustavy valivých těles tvořených kuličkami, z nichž každá je po obvodě rovnoměrně rozdělena klecemi, přičemž alespoň jedno z valivých těles každé soustavy je vytvořeno z technické keramiky, vyznačující se tím, že klece pro vedení valivých těles jsou vyrobeny z plastů s dobrými kluznými vlastnostmi. 4
2. 2. Ložisko podle nároku 1, vyznačující se tím, že klece jsou vyrobeny z vrstvené tvrzené textilie pojené pryskyřicí napuštěné olejem. *
3. 3. Ložisko podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že klece jsou vyrobeny z polotovaru tvaru trubky třískovým obráběním.
4. 4. Ložisko podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že klece jsou z vinutého textitu.
5. 5. Ložisko podle nároku 1, vyznačující se tím, že klece jsou vyrobeny z kompozitních materiálů na bázi plastů lisováním.
6. 6. Ložisko podle nároku 5, vyznačující se tím, že klece jsou vyrobeny z polyamidu plněného uhlíkovými vlákny.
7. 7. Ložisko podle nároku 5, vyznačující se tím, že klece jsou vyrobeny z polyaryletherketonu plněného uhlíkovými vlákny a/nebo PTFE.
8. 8. Klec ložiska pro ložisko podle některého z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že klec je vytvořena z prstence (41), který je opatřen radiálně průchozími otvory (42), jejichž osa leží v menší vzdálenosti od jednoho z čel prstence, než je poloměr valivých těles (3), přičemž část vnitřní plochy radiálně průchozích otvorů (42) tvoří vodicí plochu (420) pro valivá tělesa (3).
9. 9. Klec ložiska pro ložisko podle některého z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že klec je vytvořena z prstence (41), který je opatřen radiálně průchozími otvory (42), jejichž osa leží v menší vzdálenosti od jednoho z čel prstence, než je poloměr valivých těles (3), přičemž část vnitřní plochy radiálně průchozích otvorů (42) tvoří vodicí plochu (420) pro valivá tělesa (3), přičemž čelo klece (4) je v místě otvorů (42) opatřeno vodícími výstupky (43) zvětšujícími vodicí plochy (420) pro valivá tělesa (3)
10. 10. Klec ložiska podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že vodicí plocha (420) pro valivá tělesa (3) je alespoň z části tvořena kulovou plochou.

    3 výkresy