FI118740B - Liukulaakeri ja menetelmä sen käyttämiseksi - Google Patents

Description

118740

Liukulaakeri ja menetelmä sen käyttämiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen liukulaakeri jossa voi olla vaihteleva määrä liukupintoja 5 päällekkäin, kuten myös menetelmä liukulaakerin käyttämiseksi.

Tunnetuissa liukulaakereissa on yleensä yksi laakerointiväli. Tämän takia kahden liukupinnan välinen liukunopeus hydrodynaamisesti voideltuna pienellä kitkakertoimella noin 0,002-0,0045 on rajoitettu liuku-10 nopeusalueelle 0,5-5 m/s. Tällöin ei voida saavuttaa täydellistä hydrodynaamiselle voitelulle tyypillistä pientä kitkakerrointa matalalla liukunopeusalueella 0,05-0,5 m/s, vaan voitelu on kulumisherkempää sekakitkavoitelua. Öljyn viskositeetti nostaa kitkakerrointa suurilla liukunopeuksilla hydrdynaamisella liukunopeusalueeella 5-50 m/s ja 15 yli. Toisaalta jos käytetään pientä viskositeettiä omaavaa nestettä, esimerkiksi vettä, on laakeri vaikea käynnistää, ja kiinnileikkautuminen on mahdollinen juuri sekavoitelun takia.

Hydrodynaamisen voitelun vaihtoehto on hydrostaattinen voitelu, jossa *;··: 20 voitelukalvo saadaan aikaan hydraulipumpulla tuotetulla : *·· voitelunestepaineella liukupintojen paineellisessa kosketuskohdassa. ...f Näin muodostuu kantava voiteluainekalvo kuten hydrodynaamisessa s"*: voitelussa, mutta matalassa liukunopeudessa 0-7 m/s pienellä kitkakertoimella, ja vältetään sekavoitelutilanne. Liukunopeusalue 7-.·**. 25 50 m/s on edelleenkin suuremmalla kitkakertoimella hydrodynaaminen alue). Myös nesteen paineen staattisessa laakerissa on oltava ainakin .·.; yhtä suuri kuin kuorma neliömillimetrille, mikä kuluttaa siten energiaa.

• · · • · • «I • · *:*' Muilla tunnetuilla laakereilla ei saavuteta suuria kantavuuksia kokoon : V 30 nähden, mutta kitkakerroin voi olla erittäin pieni jopa koko nopeus-:,***: alueella 0-50 m/s, esim. hydrodynaamiset kaasulaakerit (jotka tosin : ]·, eivät toimi pienellä nopeudella), staattiset kaasulaakerit ja magneetti- • · f !!!.: seen kehään perustuvat laakerit. Nämä erikoislaakerityypit ovat kal liita, koosta puhumattakaan.

Julkaisun GB 2021701A esittämä laakerointi, jossa käytetään uivaa hoikkia, toimii kiertokammen laakerina, jolle tähtimoottorin kiertokampi 35 118740 2 aiheuttaa kiertävää puserrusvierintää. Tämä ei kuitenkaan ole tilanne normaaleissa laakerisovellutuksissa, joissa kuorman suunta on sama.

Julkaisu DE 35 37 449 A1 esittää voitelun, joka on varsin tehokas, 5 koska siinä on jatkuva Öljyvoitelu uivan laakeriholkin läpi (reiät 27), joka jakaa voiteluöljyn kaikkialle, ja lämpö siirtyy hyvin öljyn mukana pois.

Myös patentti EP 0 021 738 B1 esittää lähes samantyyppistä voitelu-ratkaisua. Julkaisussa on kierrosnopeus 150 000k/min. Julkaisun 10 kuvioni hoikin 17 ja 18 sisähalkaisija on tyypillisesti 9-13 mm, ja liukunopeus on yli 70-100 m/s ja kokonaisliukunopeus yli 100 m/s. Hoikin sisä- ja ulkopuoli on liukuvälyksellä, joka on 0,05-0,077 mm, eli se on varsin suuri halkaisijaan verrattuna. Tässä kummankin liukuvälin yhtäaikainen liukuminen on mahdollista suurien kitkakertoimien ja 15 yhtäaikaisen erittäin pienen kuormapaineen johdosta. Paineella noin 0,25 N/neliömillimetri liukuvälit saattavat lähteä liukuun, jos kitkakerroin on 0,025. Käynnistysvaiheessa laakeri toimii normaaliin käyntiin nähden eri lailla, eli liukupintoja kuluttavasti. Ensin lähtee liukuun hoikin sisäliukuväli, koska siinä on pienempi halkaisija ja siten se vaatii 20 pienemmän vääntömomentin. Kun liukunopeus nousee suureksi, kitka-kerroinkin nousee välille noin 0,018-0,025 ja saa hoikin ulkokehän liikkeelle. Pienen kuormapaineen liikkeellelähtökitka on pienempi jo siitä-..*!*' kin syystä, että aina ilmenee värinää ja akselin epäkeskeisyyttä, jolloin : " kaksi liukupintaa liukuu yhtäaikaisesti ja kitkakerroin putoaa välille noin »·’·* 25 0,016-0,022, mutta se jää vielä hyvin suurelle tasolle. Kaksi liukuväliä ·*...·* ei toimi yhtä aikaa, jos liukunopeus on 1,2-10 m/s ja kuormapaine on *·.*·: 1,5-16 N/mm2 liukupinnoissa.

··· • « • · ··*

Keksinnön tarkoituksena on poistaa nämä epäkohdat ja saada aikaan ;Y; 30 liukulaakeri jossa on vaihteleva määrä laakerointivälejä, jotka .*··. tavallisimmin ovat vastakkaisten liukupintojen muodostamia. Keksinnön mukaisella liukulaakerille on tunnusomaista se, mikä on esitetty *ί’*: patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Pyöritettävään osaan kuuluvasta laakerointivälistä säteissuunnassa etäisyyden päässä sijait-35 sevalla toisella laakerointivälillä on alhaisempi kitkamomentti sekä • · .··. levossa että määrättyyn liukunopeuteen saakka liikkeessä, ja niinpä tämä toinen laakerointiväli lähtee ensin liikkeelle. Laakerointivälin 118740 3 liikkeellelähdöllä tarkoitetaan tässä sitä, että sen vastakkaiset pinnat lähtevät liikkumaan toistensa suhteen, erityisesti niin, että toinen pinta on paikoillaan ja toinen liikkuu oleellisesti samankeskisesti pyörimisakseliin nähden. Pyöritettävään osaan kuuluva laakerointiväli voi tällöin 5 suorittaa puserrusvoitelua herkästi liikkuvan toisen laakerointivälin ansiosta, joka on säteissuunnassa välimatkan päässä pyöritettävän osan laakerointivälistä.

Jos pyöritettävä osa on liukulaakerin keskellä, eli kysymyksessä on 10 pyörivä akseli, esimerkiksi moottorikäyttöön tai muuhun voiman ulosottoon kytketty akseli, herkästi liikkeelle lähtevä laakerointiväli on säteissuunnassa ulompana. Jos pyöritettävä osa on liukulaakerin ulkopuolella, eli kysymyksessä on kiinteäasemaiselle akselille pyöriväksi laakeroitu osa, herkästi liikkeelle lähtevä laakerointiväli on säteis-15 suunnassa sisempänä. Koska halkaisija on pienempi, on sisemmältä laakerointivälillä muutenkin pienempi liikkeellelähtömomentti tässä viimeksimainitussa tapauksessa.

Mitä enemmän liukupintoja on puserrusvierinnässä, sitä suurempi 20 kokonaisliukunopeus voidaan saada pienellä kitkakertoimella. Kulumi-; *·· nen jakaantuu useimmille liukupinnoille, eikä siitä ole haittaa, koska kitka ja liukunopeus ovat pieniä. Myös kuluminen puserrusvoite-lupinnoilla on pientä, koska ei tarvitse pelätä sekavoitetusta johtuvaa kiinnileikkaantumista, ja näin voidaan käyttää kovempia liukupinta- • · 25 materiaaleja ja pienempää viskositeettiä voitelunesteellä kuin dynaamisessa voitelussa yleensä. Kahden liukupinnan keskinäinen liukunopeus pyritään pitämään alueella noin 0,6-20 m/s riippuen voitelunesteestä sekä halutusta kitkakertoimesta.

• · ·«· » fV 30 Seuraavassa kuvataan keksintöä lähemmin viittaamalla oheisiin pii- :***: rustuksiin, joissa • · • · * :;; j kuviot 1, 2 ja 3 esittävät osittaisina leikkauskuvantoina laakereita, 35 kuviot 4 ja 5 esittävät täysin leikattuina laakereita kuvion 4 ollessa suurennos kuvion 3 kohdasta S, 118740 4 kuvio 6 on käyrädiagrammi eri liukumateriaalien kitkakertoimista sekä häviövvattimääristä eri m/s -liukunopeuksilla, kuviot 7-9 esittävät tekniikan tason mukaisia voitelutapoja, ja 5 kuviot 10 ja 11 esittävät keksinnön mukaisia voitelutapoja.

Seuraavassa selostuksessa viitataan eri kohdissa kuvion 6 käyriin, joista käyrä 1 kuvaa vierintälaakeria, käyrä 2 elastisesta fluorikumi-10 pinnoitteesta muodostuvaa liukupintaa, käyrä 3 lyijypronssiliukupintaa ja käyrä 4 polytetrafluorieteeni-pinnoitteen (PTFE, Teflon®) muodostamaa liukupintaa. Käyrä on laadittu halkaisijaltaan 76,4 mm olevasta, 60 mm leveästä liukulaakerista, jonka kuormapaine on 12600 N (n. 1280 kg) eli tehollinen painepinta-ala on 29,2 cm2, ja paine 15 liukupinnassa on 432 N neliösenttimetrille. Käyrän 1 vierintälaakerissa on käytetty vastaavalle kuormalle käyvää vierintälaakeria. Pinnoitteilla pinnoitevahvuus on ollut noin 0,5-1 mm. Liukupintojen välissä on käytetty synteettistä voiteluainetta 5 W - 50, lämpö 323 K (+50°C).

• 20 Kuviossa 7 on esitetty esimerkkinä yksi pyörivien osien voitelun eri-: koistapaus. Jos mäntää kuormitetaan kumpaankin suuntaan, syntyy ...f edestakaisesta kuormapaineesta johtuva jaksottainen puserrusvaiku-:***: tus. Osa 35 on kiinnitetty kiertokankeen kampiakselin kämmen 8 ympärille. Kiertokangen liikkeestä johtuen ei sen laakeripinta juurikaan 25 kierry, vaan kampiakselin kämmen 8 tappi kiertyy liukupinnoillaan kerran joka kierroksella eli pyörii (nuoli 36). A ja B näyttää jatkuvasti .·.. toistuvien eri vaiheiden kiertymää. Laakerivälystä on merkitty viitenumerolla 37. Kuvio 8 esittää hydrodynaamista voitelua, jossa ·;·* akselin 8 pyöriessä kiinteän osan 35 suhteen syntyy voiteluaineen |*V 30 mukaansa tempaava vaikutusalue V, joka pumppaa voiteluainetta akselin 8 ja laakerin paikallaan pysyvän ulkokehän 35 kiilamaiseen j \, väliin eli rakoon. Tähän tarvitaan tietty minimiliukunopeus 0,6 m/s, jotta hydrodynaaminen voitelu toimisi pienellä kitkalla. Käytännössä ei laakeria uskalleta käyttää lähelläkään miniminopeutta pelosta, että 35 laakeri leikkaa kiinni, ja sen takia ei päästä pieneen kitka-arvoon. Kuviossa 9 on esitetty tunnettu hydrostaattinen voitelu, jossa kanavan 41 kautta tuodaan laakerointiväliin voitelunesteen paine.

118740 5

Koska tavallisella liukulaakerilla on öljyvoideltuna vain keskialueella 0,5-5 m/s liukunopeusalue öljyvoideltuna, jolla on pienempi kitkakerroin 0,001-0,0045 (kuvio 6 alue 32-31 käyrä 3), pyritään 5 järjestämään tilanne, että liukuvälit liukuisivat tällä kitka-alueella. Herkästi pyörivän laakerointivälin toinen pinta on kiinnitetty pyörimättömään runkoon ja toisena pintana on herkästi pyörimään lähtevän hoikin tai vastaavan ulkopinta (siinä tapauksessa, että pyörivä osa on keskimmäisenä laakerissa oleva akseli tai vastaava).

10

Kuvissa 10 ja 11 on esitetty keksinnön mukaisen laakerin periaate yksinkertaistettuna. Paikallaan pysyvän puserrusvierinnän (kuvio 10) ja siitä aiheutuvan puserrusvoitelun (kuvio 11) etuja on että puserrusvoitelumenetelmä on lopputulokseltaan lähes samanlainen 15 kuin hydrostaattinen voitelu (kuvio 9). Puserrusvierintä aiheuttaa pintojen välille matkaeron π x liukuvälivälys kierroksella, mikä on pieni matka, mutta liukupinnat pysyvät toimintakunnossa ja liikkeessä erittäin pienelläkin pyörimisnopeudella. Puserrusvierintä alkaa heti sen jälkeen, kun herkemmin liikkeelle lähtevä ulompi laakerointiväli (jossa liikkuvana 20 pintana on hoikin 42 ulkopinta) on lähtenyt liikkeelle sen pienemmän * · l *·· kitkamomentin johdosta.

··· *···

Laakerointivälissä on kaksi samanaikaisesti samaan suuntaan ··· :*·.· liikkuvaa, voiteluainetta suppenevaan rakoon pumppaavaa pintaa. Kun ."*! 25 vastakkaiset pinnat liikkuvat samaan suuntaan samalla nopeudella, nousee akselin pinta voiteluainekalvon päälle, kun pinnat saavuttavat t. . tietyn nopeuden, joka on selvästi pienempi kuin kuvion 8 mukaisessa ‘.‘.7 hydrodynaamisessa voitelussa, jossa vain yksi pinta liikkuu.

··« :*·*: 30 Kuvio 11 esittää kyseistä puserrusvoitelua, kun akseli 8 ja herkästi pyörimään järjestetty holkki 42 pyörivät samalla nopeudella (nuolet 43) . \e vastaavan laakerointivälin molemmilla puolilla, eli pintojen nopeudet : ovat samat. Tämä syntyy tyypillisesti nopeudella 0,2-0,4 m/s, jolloin välissä oleva voiteluneste ei ehdi pintojen välistä pois, vaan muodostaa 35 voitelukalvon pintojen kosketuspuolelle. Kuorman vakiosuunnan P johdosta puserrusvoiteturako 38 akselin 8 ulkopinnan ja hoikin 42 sisäpinnan välissä sekä vierintäkohta ja sen edessä oleva puserrus- 118740 6 vaikutusalue V pysyvät paikoillaan. Pintanopeus, jossa voitelukalvo muodostuu, on puolta pienempi (n. 0,3 m/s) hydrodynaamisesta rajanopeudesta, jota kuviossa 6 edustaa käyrän 3 kohta 32, jonka mukaan miniminopeus on 0,6 m/s.

5

Liukupinta nousee kantavan nestekalvon päälle (kuvio 11) samaan suuntaan liikkuvista pinnoista muodostuvan puserrusvoiteluvälin V ansiosta, ja näin päästään lähes kitkattomaan tilaan hydrostaattisen voitelun tavoin. Kun nopeus kasvaa, pinnoille syntyy nopeusero. Jos 10 pintojen suhteellinen liukunopeus on vielä pieni, 0,05-0,1 m/s, on kitkakerroin myös pieni, luokkaa 0,001, mutta liukunopeus kasvaa samalla vääntömomentilla suuremmaksi kuin herkästi pyörivän kehän. Kun nopeus kasvaa, tilanne muistuttaa enemmän hydrodynaamista puserrusvierintävaikutuksen jatkuessa (molemmmat pinnat liikkuvat 15 edelleen, nyt eri nopeudella). Jos laakerissa on useampi kuin kaksi säteissuunnassa eri kohdilla olevaa liukuväliä, liukuvälin puserrusvierintänopeus kasvaa pyörivään akseliin päin.

Laakerointivälin vastakkaisten pintojen lähdettyä liikkeelle toistensa ·::.·* 20 suhteen nuolen 44 (kuvio 11) mukainen positiivinen (samansuuntainen) : ’·· voitelu tehostuu, jos akselin 8 nopeus kasvaa, tai voitelu huononee jos akselin 8 nopeus hidastuu (kuviossa 11 nuolen 45 mukainen negatiivi-nen eli erisuuntainen voitelu). Tällöin pudotaan voitelevan kalvon päältä pois ja pinnat jatkavat sekavoitetulla vastakkain. Vasta sitten kun .···! 25 puserrusvoitelussa akselin 8 pyörimisen nopeus on suurempi kuin 0,6 m/s, on mahdollista pysyä voitelukalvon päällä, vaikka akselin 8 nopeus hoikin 42 suhteen olisikin hiukan negatiivinen (nuoli 45). Akse-Iin 8 nopeudella ei hydrostaattisessa ja nopeassa positiivisessa puser-·;·** rusvoitelussa ole paljon eroa, mutta mitä nopeammin pinnat toistensa :*·*: 30 suhteen liikkuvat, sitä lähempänä ollaan hydrodynaamista voitelutapaa.

««· • · . \ On huomattava että puserrusvierintä on jatkuva toiminta, ja se alkaa • i · ; kuormapaineen ja laakerivälyksen aikaansaamana heti, kun kaksi lie- *!”! riömäistä, säteeltään lähes samankokoista pintaa pyörii sisäkkäin 35 samaan suuntaan. Kuvan 11 tilanteessa kalvon kantavuus on suhteessa kuormapaineeseen, eikä pelkästään liukunopeuteen. Tosin liukunopeus tai puserrusvierintänopeus vaikuttaa eniten kantavuuteen.

118740 7

Seuraavassa tarkastelussa jätetään laakerointivälien eri halkaisijoista johtuvat erot, jotka vaikuttavat kitkamomenttiin, huomiotta, ja vertailu tehdään vain kitkakertoimien perusteella. Jos kuviosta 6 otetaan 5 esimerkiksi liukunopeus 3,2 m/s, niin sen kitkakerroin on lyijypronssilla (käyrä 3) 0,0039 ja kitkan ja kuorman perusteella lasketut häviöt 158 W. Jos laakerissa on vastaavanlaatuisia liukupintoja vastakkain jotka muodostavat liukuvälejä eli laakerointivälejä kolme kappaletta, joissa kussakin pintojen välinen suhteellinen nopeus on sama kuin 10 edellä on esitetty, niin kokonaisliukunopeudeksi saadaan 3,2x3 = 9,6 m/s ja häviöiksi 3x 158 = 474 W. Lasketaan herkästi pyörivä liukuväli (laakerointiväli), jolla saadaan aikaan puserrusvierintä ja siten myös puserrusvoitelu (kuvio 6 käyrä 2), jotta se tulisi tasapainoon puserrusvoideltujen pintojen kanssa. Kitkakertoimella 0,0039 käy- 15 rästä 2 saadaan liukunopeus 4,1 m/s ja häviö 202 W. Siten laakerointi- kokonaisuudella voi olla 9,6 + 4,1 = 13,7 m/s ja kokonaishäviö 474 + 202 = 676 W/h. Esimerkiksi tavallisella vain yhden laakerointivälin liukulaakerilla olisi samalla kokonaisliukunopeudella 13,7 m/s (kuvion 6 käyrän 3 ulkopuolisesta osasta määritetty) kitka- 20 kerroin noin 0,006 ja häviö 1027W (35 W/neliösenttimetri).

Moniliukupintaisen laakerin lämpöhäviöarvot pienenevät siis 52 %, ja . .·. sekin (kuten esimerkin 676 W), jakaantuu jokaiselle liukuvälille, eli • · · .I,” lämpöhäviö on vain 5,8 W/h neliösentille, minkä lisäksi voiteluneste : 7 kiertää ja jäähdyttää. Kierrokset ovat 13,7 m/s kokonaisnopeudella **· ·;;; 25 (akselin pinnan nopeus) silloin 60 x (13,7 / (0,0764 m χ π)) = 3427 k/min.

• · * * » * »· • · 44«

Teoriassa esim. yhdeksällä samankeskisellä liukuvalla hoikilla saavutetaan runkoon nähden sisimmän laakerointivälin sisimmällä pinnalla 30 (akseli) 50 m/s akselin nopeus, joka muodostuu siten, että 5 m/s :***: suhteellisella nopeudella liukuva laakerointiväli χ 10 laakerointiväliä • · · . liukuvat yhtä aikaa, jolloin tulee 50 m/s kokonaisnopeus laakerille, 77 mutta kitkakerroin pysyy 0,0045 alapuolella. On myös huomattava, että *·;·: akselia vasten olevalla sisimmän hoikin liukupinnalla on nopeus n.

:*·*: 35 45 m/s. Tällaisella laakerilla esim. pienellä liukunopeudella 0,3 m/s ei ;***: ole hyötyä hoikkien määrästä, vaan ainoastaan ulommainen kehä ··· pyörii sen herkän liikkeen johdosta.

118740 8

Herkästi liukuva kehä voidaan toteuttaa myös hydrostaattisella liuku-laakerikehällä, joka toimisi tällöin samalla periaatteella kuin kuviossa 9, mutta se ei tällöin olisi akselin ja hoikin välissä, vaan uloimman hoikin 5 ja rungon välissä. Hydrostaattinen voitelupaine-energia on kuitenkin tällöin suuri, mutta toisaalta kuormapaineenkin saa olla suuri. Laakerissa jossa on fluorikumi tai vastaava liukupinta elastisella pohjalla sekä mahdollisesti osittainen hydrostaattinen voitelu (kuvio 6 käyrä 34) säästetään paineöljyä ja samalla pumppaukseen menevää ener-10 giaa. Samalla kitkakerroin voi olla 0,001-0,0042 nopeudella 0-5 m/s. Kumipinnoitteellisessa liukuvälissä voitelunesteenä voidaan käyttää myös vettä, mutta silloin kaikki toiminta-arvot muuttuvat.

Seuraavassa esitetään joitakin keksinnön mukaisen laakerin rakenne-15 ratkaisuja yksityiskohtaisemmin.

Kuviossa 1 numerolla 16 merkitty holkki tai rengas eli uloin kehä tai kuvioissa 2, 3 ja 5 numerolla 6 merkitty holkki tai rengas eli uloin kehä lähtevät herkästi pyörimään kiinteän osan (kuviossa 1 ulkorengas 19, 20 kuvioissa 2, 3 ja 5 runko 1) suhteen ja aiheuttavat puserrusvierinnän sisempään laakerointiväliin (kuviossa 5 ulompaan), jos akseli 8 pyörii ja • · « on kuormanpainetta (nuoli P).

···

Herkästi pyörivä uloin kehä (holkki 16) auttaa kuviossa 1 sen sisällä 25 pyörimään samankeskiset renkaat 7 ja 48 akselin 8 mukana. Uloin laakerointiväli on tässä toteutettu herkästi liikkelle lähtevällä *···'’ vierintälaakerilla. Kuvioiden 2 ja 3 herkästi pyörivä uloin kehä 6 eli holkki auttaa pyörimään sen sisällä renkaan 7 akselin 8 mukana. Uloin laakerointiväli on tässä toteutettu vastakkain tulevien liukupintojen 30 materiaalivalinnoilla. Syntyy sellainen tilanne, että laakerin akseliin 8 :·!·. kohdistuvan kuormapaineen takia renkaat painuvat yhteen, ja siten • · syntyy varsin suuri kitka painuneille pinnoille, ja kuorman vaiku- **:*' tussuunnalle vastakkaisella puolella (kuviossa 5 kuorman « · · vaikutussuunnassa) pinnat aukeavat sen verran, mitä laakerivälys *:·*: 35 antaa rakoa, jolloin voiteluaine pääsee tunkeutumaan väliin (kuvioiden 1, 2, 3 ja 5 välykset 13). Laakerivälys 13 pysyy paikallaan, koska kuorman vaikutussuunta (nuoli P) on sama.

118740 9

Kuvion 2 alempi kuva esittää leikkausta ylemmän kuvan linjaa 25 pitkin. Tukielin 12 toimii myös kiinnityselimenä, joka myös keskittää iaakeriholkkia 6 ja toimii liukupintana, sekä päästää voitelunesteen ohi.

5 Laakerissa on myös tukielin 10 joka toimii liukupintana hoikkia 6 vasten ja päästää voitelunesteen ohi. Tukielin 11 joka toimii liukupintana hoikkia 7 vasten, on kiinnitetty pyörivän akselin päähän 8. Matalapainevoitelun reikää voiteluaineen tuomiseksi on merkitty viitenumerolla 5 kuvioissa. Kuvioissa 1, 2 ja 3 on renkaita tai holkkeja 10 säteissuunnassa läpäiseviä reikiä 9 jaettuna kehälle vierintäpuserrus-renkaissa 7 ja 48 sekä herkästi pyörivässä kehässä 16 ja 6 tarpeellinen määrä, jotta voiteluneste pääsee edelleen rei’istä hyvin puserrus-rakoihin 13, 22 ja 23. Reikien 9 reunat on pyöristetty. Jos reiät puuttuvat, niin voiteluneste tunkeutuu renkaiden päädystä voitelu-15 rakoon 13 ja 23 (kuvio 5). Voiteluneste poistuu raosta 15 kuviossa 2.

Kuviossa 2 uloimman laakerointivälin kiinteä ulkokehä 2 ja kuviossa 3 runko 1 tai kuviossa 5 osa 27 voi olla terästä, valurautaa tai alumiinia tai vastaavaa ainetta, johon on kiinnitetty elastinen fluorikumikerros eli 20 fluoroelastomeeri (FPM, FKM), joka voi olla klooripitoinen (CFM) tai akrylaattikumi (IF 4) liimaamalla tai vulkanoimalla (kerros 3 ja :·. liitoskohta 4). Tämä materiaali on liukukitkaominaisuuksiltaan sellaista, ’ että sillä saadaan aikaan pienempi lepokitkamomentti liikkeellelähdössä, voidaan sijoittaa asianmukaiseen kohtaan ;·\ 25 pyörimättömään runkoon tai vastaavaan, tai vaihtoehtoisesti myös • * pyörivään hoikkiin 6, eli jompaankumpaan herkästi liikkeellelähtevän laakerointivälin pintaan. Pinta voi olla em. fluorikumia yksistään tai varustettuna kimmoisalla (fluorikumiin nähden kimmoisemmalla) elasti-ΟΊ sella pohjamateriaalilla. Kuvan 4 mukaan elastisen pohjakerroksen 3 \’\· 30 päälle liimataan tai vulkanoidaan vaihtoehtoisesti ohut fluorikumikalvo :·!·. 24, paksuus 0,01-0,5 mm, jos pohjakerroksen 3 elastinen kumimate- riaali on kitka-, lämmönkesto- ja kulumisominaisuuksiltaan huonompaa, ’·;** mutta kimmoisuudeltaan parempaa kuin pinnan materiaali. Liimauksen tai vulkanoinnin yhteydessä voidaan käyttää myös tukisidekerrosta 26 *:··: 35 joka voi olla ohut teräskalvo tai muu luja kuitumainen side, paksuudeltaan 0,01-0,5 mm. Tämä tukisidekerros kiinnitetään fluorikumikerrokseen tai vastaavaan kerrokseen 24, ja elastinen 118740 10 peruskerros 3 toiselle puolen tukisidekerrosta. Kerrosten 3, 26 ja 24 yhteinen vahvuus voi olla 0,05-6 mm. Tarkemmassa suhteessa paksuus on 1:1000 - 1:50 sitä koskevan liukupinnan halkaisijasta tai pituudesta, jos pituus on suurempi kuin halkaisija.

5

Kuvion 2 reikä 14 kuvaa hydostaattisen paineen tuontireikää. Reikiä voi olla kaksi tai useampia. Kun on suuri kuormapaine silloin, kun akseli on vielä paikallaan (kuvio 6 käyrä 34), voitelu voidaan hoitaa silloin osittain hydrostaattisesti käyttäen ulkopuolista valvontayksikköä, joka tark-10 kailee, että herkästi pyörivä rengas 6 pyörii käynnistyksen tapahtuessa ja säätelee hydrostaattista painetta ulommassa laakerointivälissä erillisellä pumpulla.

Kuviossa 1 vierintälaakerin sisäkehä 16 toimii herkästi pyörivänä 15 ulkokehänä, joka vierintäelementtien kanssa muodostaa muita, sisempiä laakerointivälejä (liukuvälejä) pienemmän lepokitkamomentin omaavan laakerointivälin ja aiheuttaa puserrusvierinnän sisempänä oleville liukupinnoille. Vierintälaakerina on tässä pallopintainen rullalaakeri, jossa kehien 19, 16 välissä on rullakehikko 47, jossa on 20 kiinni tapeilla 46 kehien välissä vierivät vierintärullat 29. Rullakehikko päästää öljyn vapaasti ohitseen reikiin 9. Keskimmäinen liukuva rengas :·Γ 7 on lukittu reunoihin kiinnitetyillä rengasmaisilla muttereilla 17 ja 20 yhdeksi kokonaisuudeksi, jolloin muodostuu kummallekin puolelle kartiomaiset puserrusvierintäpinnat, jotka kestävät osittaista aksiaalista ';·*! 25 kuormitusta. Vaihtoehtoisesti sisin, akselin 8 ulkopinnan kanssa *· “ liukuvälin muodostava rengas 48 voidaan lukita pyörimättömäksi puristamalla se akselille 8 kiinni ilman liukuvälystä, jolloin menetetään yksi liukuväli (puserrusvoiteluväli) mutta saadaan laakeri ohjaamaan myös aksiaalisesti (renkaan 48 aksiaalipinnat 49).

30 • * · :.\t Keksinnön piiriin kuuluu myös sellainen kuvion 1 mukainen laakeri, jossa ei ole liukurenkaita 7 ja 48, ja jäljellä on vain vierintälaakeri ja yksi *·:·* liukuväli sen sisäkehän 16 ja akselin 8 välissä. Akselia 8 ei lukita vierintälaakerin sisäkehälle, vaan tehdään siihen liukuvälys. Tässäkin ·:··: 35 on herkästi liikkumaan lähtevä laakerointiväli (vierintälaakerointi) ja sisempänä liukuväli, jossa em. puserrusvoiteluilmiöt toteutuvat.

118740 11

Kuviossa 5 on esietty akselin pään laakerointi. Rakenne poikkeaa siinä muista, että keskellä on kiinteä osa (runkoon 1 kiinnitetty pallopintainen osa 27) ja uloimpana on pyörivä akseli 8. Välissä olevan hoikin tai renkaan 6 sisäpinta on muotoiltu osan 27 pallomuotoa vastaavaksi.

5 Pallonivelenomainen rakenne mahdollistaa akselin 8 asettumisen kulmiin. Akselin pää voi olla myös enemmän kuppimainen, mitä muotoa on kuvattu katkaisukohtaa merkitsevällä viivalla 50.

Kuvioiden 1, 2, 3 ja 5 renkaat 6, 7, 48 ja akseli 8 ovat pallografiittia, 10 seostettua terästä tai karkaistua terästä. Myös pronssi ja seostettu alumiini on mahdollinen. Nämä renkaat tai vastaavat voivat olla pinnoitettu eri pinnoitteilla, kuten valkometalli, sinkki, molybdeeni, pronssi, kromi, oksidointi, typetetty pinta, karbidit, ja nitridit (CVD). Myös kuvion 1 rengas 16 voidaan pinnoittaa sisäkehältään. Voidaan 15 todeta, että puserrusvoitelussa vastakkain tulevilta ja yhtä aikaa liikkuvilta pinnoilta ei vaadita hyviä sekavoiteluominaisuuksia, ja siksi niiden pinnat voivat olla kovaa materiaalia, esim. jopa karkaistua terästä.

20 Kuviossa 2 voitelu-uran 28 jatkuminen kehän suunnassa näkyy pistekatkoviivana. Kuviossa 3 ura 21 on ympäri kehää yhteydessä :·!’ voiteluaineen matalapainetulon 5 muodostavaan reikään. Kohdassa 22 • Il *renkaat sijaitsevat kulmassa akseliin 8, eli laakeri kestää myös pientä \\*: aksiaalista kuormaa ja toimii myös tässä kohdassa puserrusvierinnällä, ';·] 25 mutta laakeri on pääasiassa riippuvainen radiaalikuormapaineesta ‘•‘i (nuoli P). Kuviossa 3 näkyy akselin sisällä olevat voitelunesteen vapaavirtausreiät 18. Kuviossa 1 voiteluaineen matalapainetulo 5 on porattu ulkokehään 19, ja sen tarkoitus on kierrättää öljyä 13 väleissä. .·*·.: Päätylaipat 46 estävät öljyn virtauksen hukkaan.

·"*.· 30 * · * :.\m Matalapainetulon 5 reikä, minkä kautta voiteleva ja jäähdyttävä neste tulee, voi olla paineeltaan 0,5-10 bar. Keksinnön mukainen laakeri voi • » *·;·* toimia myös täysin voitelunesteen sisällä ilman matalapainevoitelua, tai :t:*: voiteluaine johdetaan pyörivän akselin kautta laakeriin. Kuvioissa ·:··: 35 yleensä P kuormapaineen suunta joka painaa akselia. Liukupinta voi olla keksinnönmukaisessa laakerissa lieriö, kartio tai pallomainen kuviot 1, 2, 3, ja 5.

118740 12

Keksinnön piiriin kuuluu myös se ajatus, että laakerissa on hydrostaattisen voitelun mahdollisuus. Hydrostaattisella voitelulla voidaan toteuttaa herkästi pyörimään lähtevä laakerointiväli, erityisesti 5 uloin väli. Etenkin kovilla liukupinnoilla suurempaa kuormapainetta haluttaessa on alhaisempaa kitkamomenttia ja herkkää liikettä muutoin vaikea saavuttaa. Hydrostaattinen voitelu voi olla päällä pyörimisliikettä käynnistettäessä ja loppua tietyn nopeuden ylittyessä. Voitelu voi uudelleen käynnistyä, kun pyörimisnopeus laskee tietyn arvon alle, 10 jolloin laakerointiväliin yhteydessä oleva voiteluaineen pumppu taas käynnistyy. Tämä toiminta voi olla automaattinen siten, että laitteessa on pyörimisnopeusanturi, joka tarkkailee jatkuvasti pyörimisnopeutta ja saa aikaan tarvittaessa pumpun käynnistymisen tai pysähtymisen.

15 Keksinnön mukainen laakeri soveltuu laitteisiin, joilla on pitkä käyttöikä ja joissa laitteen käyttöenergia on suhteellisen kallista hukata häviöihin. Laakeri soveltuu myös sellaiseen paikkaan, johon ei käy normaali liukulaakeri tai vierintälaakeri suuren liukunopeuden takia, taikka sen käyttöaika kulumisen takia on varsin lyhyt. Myös fluorikumipinnan 20 käyttö on taloudellista, jos paikka on sellainen ettei voida laittaa normaalia vierintälaakeria, joka ei kestä iskumaista rasitusta tai tarvitaan vedenkestäviä laakeripintoja.

*·# • « ·· · * • · * · ·* · • · * · * • M • · • *♦ • · • ft ··· • ft • * ft • · · • * »·» > · ·· 9 • • f » f · · • · • « • I· • · • · • · · * • i

I I I

• · »

Ml * ft «

Claims (9)

118740

1. Liukulaakeri, jossa on ainakin kaksi samankeskistä ympyrän kehän muotoista laakerointiväliä kahden suhteellisesti pyörivän osan (1, 8) 5 välillä radiaalilaakeroinnin toteuttamiseksi, joista laakerointiväleistä ainakin yksi laakerointiväli on liukuväli ja tämän liukuvälin toinen liukupinta kuuluu pyöritettävään osaan (8), tunnettu siitä, että mainitusta liukuvälistä (7-8; 48-8), jonka toinen pinta kuuluu pyöritettävään osaan (8), säteissuunnassa etäisyyden päässä 10 sijaitsevalla toisella laakerointivälillä (2-6; 19-16) on alhaisempi lepokitkamomentti siten, että se lähtee ensimmäisenä liikkeelle, kun edellä mainitun liukuvälin (7-8) molemmat pinnat, joista toinen kuuluu pyöritettävään osaan (8), liikkuvat aluksi oleellisesti samalla kehänopeudella, ja että liukulaakerissa on matalapainevoitelun reikä 15 (5) voiteluaineen tuomiseksi tai laakeri on sijoitettu toimivaksi voitelunesteen sisällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä, että mainitun alhaisemman lepokitkamomenti omaavan toisen laakerointi- 20 välin toinen pinta on rungossa tai vastaavassa pyörimättömässä paikassa (1; 19) kiinni. • • «

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä, • « : " että mainitun alhaisemman lepokitkamomentin omaava toinen *;·:* 25 laakerointiväli on toteutettu vierintäpinnan avulla, elastisella pinnoitteella toteutetun liukupinnan, kuten fluorikumipinnoitteen (24) :.**j avulla, tai hydrostaattisella voitelulla. ··· • · ♦ ·

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen liukulaakeri, tun- :Y: 30 nettu siitä että kahden samankeskisen laakerointivälin välissä on yksi .···. tai useampia porauksia (9) tai vastaavia voiteluaineen johtamiseksi **\ laakerointivälien välillä, tai laakerissa on järjestely voiteluaineen johtamiseksi laakerointivälien päädystä tai päädyistä sisään. • · • · ♦ ·· ·*.·; 35 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä että .···. elastinen pinnoite on ainakin kahdesta eri elastisen pinnoitemateriaalin kerroksesta (24, 3) tehty yhteinen elastinen pinnoite, jolloin kerrosten 118740 (24, 3) väliin on mahdollisesti sijoitettu venymätön tukikerros (26), kuten metallikalvo tai verkkomainen tukikerros.

6 Patenttivaatimuksen 5 mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä, että 5 liukupinnan uloin elastinen pinnoitemateriaali on jäykempää kuin sisempänä oleva elastinen pinnoitemateriaali.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 3, 5 tai 6 mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä että elastinen pinnoite on kokonaispaksuudel- 10 taan 1:1000 - 1:50 sitä koskevan liukupinnan halkaisijasta tai liukupinnan aksiaalisuuntaisesta pituudesta, jos pituus on suurempi kuin halkaisija, kuitenkin niin että paksuus on välillä 0,05-6 mm.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen liukulaakeri, 15 tunnettu siitä että siinä on kolme tai enemmän samankeskistä laake- rointiväliä.

9. Menetelmä jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen laakerin käyttämiseksi, tunnettu siitä, että alhaisemman kitkamomentin omaa- 20 van laakeroi nti väli n, kuten vierintäpinnan avulla tai elastisen liukupinnan avulla toteutetun laakerointivälin herkän liikkeen avulla saadaan laakerointivälin sisäpuolella tai ulkopuolella oleva holkki (6; 16) tai holkit (6, 7; 16, 7, 48) ja pyöritettävä osa (8) pyörimään yhdessä siten, : että puserrusvierintä voidaan toteuttaa niiden välissä olevissa kaikissa ···:' 25 muissa laakerointiväleissä näiden laakerointivälien liukuvälyksen (13) ··· sallimana, johtaen sellaiseen puserrusvoiteluun, joka jatkuu vielä ΟΙ vaikka pinnat liukuisivat toistensa suhteen voitelunestekalvon päällä, ja voiteluaine tuodaan laakerointiväleihin matalapainevoiteluna tai siten, että laakeri toimii voitelunesteen sisällä. 30 • · • · · • · • · »M • · • · · • 1 1 t · • » • · • · · * ♦ · · ♦ · · «·· · • · · • ·· « · 118740