RU222450U1 - Бесконтактное уплотнение узла подшипника - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения. В боковой зазор между подшипниковым конусом и колпаком (или упорным кольцом) устанавливается уплотнение, уплотнительная секция которого введена в обращенное внутрь цилиндрическое расточенное отверстие наружного кольца подшипникового узла. Уплотнительная секция соединена со статором, закрепленным в выемке опорного кольца. Защитная шайба устанавливается на опорное кольцо со стороны колпака (или упорного кольца). Между статором и ротором образуется извилистый канал и полость, удерживающие утечку смазки из подшипникового узла. Полость между статором, уплотнительной секцией и защитной шайбой заполнена смазкой более вязкой консистенции, которая обеспечивает дополнительную герметичность уплотнения. Радиальный канал между уплотнительной секцией и защитной шайбой служит для отвода грязи и воды, причем выход из канала развернут против направления движения загрязнения извне. Достигается усовершенствование бесконтактного уплотнения узла роликового подшипника, обеспечивающее снижение потерь смазочного материала и максимальную защиту от попадания грязи и влаги извне. 2 ил.

Description

Полезная модель имеет отношение к узлам роликовых подшипников, которые устанавливаются на цапфу вала или оси, а именно к усовершенствованному бесконтактному уплотнению узла подшипника. Применяются в опорах железнодорожных вагонов и других промышленных антифрикционных опорах.

Роликовые подшипники устанавливаются на шейку вала (на конец оси, на цапфу) железнодорожного вагона в качестве опоры. Подшипники железнодорожных вагонов работают в экстремальных условиях перепадов температур, влажности и грязи. Для снижения трения и износа на ролики подшипника наносят консистентную смазку. В качестве барьера, удерживающего смазку в подшипнике, ставят уплотнение. Бесконтактное уплотнение обеспечивает минимальные фрикционные потери и защищает подшипник от попадания грязи и воды. Усовершенствованная конструкция бесконтактного уплотнения узла подшипника обеспечивает максимальную герметичность подшипника: снижает потери смазочного материала и снижает возможность попадания загрязнения из окружающей среды с сохранением минимума фрикционных потерь, тем самым продлевает срок службы подшипника, а вместо износостойких колец позволяет использовать дополнительные кольца.

Аналог уплотнения описан в патенте RU2 450 176C2 от 26.01.2010 г. Уплотнительная оболочка закреплена на не вращающемся элементе подшипникового узла, образуя извилистый канал от смазанного внутреннего участка подшипника до внешней стороны подшипника. Извилистый канал и сдвиг флюида, созданный за счет вращения ротора, создают лабиринтное уплотнение. Любая утечка смазочного материала из канала, которую не останавливает лабиринтное уплотнение, дополнительно снижается уплотнением контактного типа. Контактное уплотнение, представляет собой упругое уплотнение, прикрепленное к уплотнительной оболочке и прижатое к ротору. В аналоге используются не износостойкие кольца, а особые конструкции уплотнительных колец и колпака. Недостатком уплотнения является контактное взаимодействие упругого уплотнения, примыкающего к внешней поверхности и, что повышает фрикционные потери, отсутствие износостойких или дополнительных колец усложняет изготовление колпака и уплотнительных колец.

Прототипом уплотнения явился патент RU 2 378 542 C2 от 14.03.2008 г. Уплотнительный узел содержит статор, соединенный с собственно уплотнительной секцией, и ротор, соединенный с износостойким кольцом. Взаимозависимости между уплотнительной секцией, статором и ротором позволяют удерживать смазочный материал внутри уплотнительного узла и не допускают вход в узел подшипника загрязняющих веществ. В качестве дополнительного барьера от утечки смазочного материала предусмотрен контактный элемент на уплотнительной оболочке. Недостатком уплотнения является контактное взаимодействие упругого уплотнительного элемента, примыкающего к внешней поверхности износостойкого кольца, которое требует обязательного использования износостойкого материала.

Технический результат: усовершенствование бесконтактного уплотнения узла роликового подшипника с целью импортозамещения, обеспечивающее снижение потерь смазочного материала и максимальную защиту от попадания грязи и влаги извне.

Технический результат достигается тем, что бесконтактное уплотнение узла подшипника, содержит наружное кольцо, с двумя дорожками качения, обращенными внутрь и расточным цилиндрическим отверстием, пару внутренних колец с обращенными наружу дорожками качения, разделенных центральной распорной втулкой и состоящее из уплотнительной секции цилиндрической конфигурации, введенной в внутрь, цилиндрического расточенного отверстия наружного кольца и обращенную внутрь в сторону опорного кольца, прикрепленным к нему статором, таким образом, что статор не входит в контакт с цилиндрической внешней поверхностью опорного кольца, а его внутренняя секция расположена в непосредственной близи от ротора, закрепленного в выемке опорного кольца, а конструктивная форма промежуточных секций статора и его осевым выступом, образующих вместе с основной цилиндрической секцией накопительный резервуар, причем форма второй промежуточной секции затрудняет стекание с него масла, его кольцевым выступом внутренней секции, образующего радиальные зазоры с внутренней секцией ротора и внутренней секцией защитной шайбы, которые останавливают утечку масла, введением защитной шайбы, внутренняя секция которой вместе с уплотнительной секцией и статором образуют резервуар для вязкой смазки, а средняя и внешняя секции которой вместе с уплотнительной секцией образуют радиальный зазор для отвода загрязнения.

Бесконтактное уплотнение в соответствии с настоящим изобретением представляет собой уплотнение подшипникового узла. Подшипниковый узел состоит из наружного кольца, которое имеет обращенную внутрь пару дорожек качения, пары подшипниковых конусов, которые содержит обращенные наружу дорожки качения. Два ряда конусных роликов расположены между внутренней и внешней дорожками качения и контактируют с ними. Между подшипниковыми конусами установлена центральная распорная втулка. В боковой зазор между подшипниковым конусом и колпаком (или упорным кольцом) устанавливается уплотнение, уплотнительная секция которого введена в обращенное внутрь цилиндрическое расточенное отверстие наружного кольца подшипникового узла. Уплотнительная секция соединена со статором, внутренняя секция которого расположена в непосредственной близости от ротора цилиндрической конфигурации, закрепленного в выемке опорного кольца. Защитная шайба устанавливается с натягом на опорное кольцо со стороны колпака (или упорного кольца). Между статором и ротором образуется извилистый канал и полость, которые представляют собой лабиринтное уплотнение, удерживающее утечку смазки из подшипникового узла. Полость между статором, уплотнительной секцией и защитной шайбой заполнена смазкой более вязкой консистенции, которая обеспечивает дополнительную герметичность уплотнения. Радиальный капал между уплотнительной секцией и защитной шайбой служит для отвода грязи и воды, причем выход из канала развернут против направления движения загрязнения извне.

Указанные характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые приведены в качестве примера и не служат для ограничения полезной модели.

На фиг. 1 показано сечение примерного узла подшипника.

На фиг. 2 показано детально сечение уплотнения примерного узла подшипника, показанного на фиг. 1.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой показан узел подшипника. Узел подшипника 1, который устанавливается на цапфу 2 свободного консольного конца вала или оси 3 железнодорожного вагона в качестве опоры, приведен в качестве примера. Следует иметь в виду, что описанный узел подшипника 1 может быть также приспособлен для использования в различных других обычных промышленных применениях. Причем заявленное уплотнение узла подшипника 1 может быть применимо не только к двурядным коническим подшипникам, но к любым антифрикционным подшипникам. Узел подшипника 1 типично предварительно собирают до его установки на цапфу 2 вала или оси 3 железнодорожного вагона. На торец вала 4 и галтель шейки 5 напрессовывается упорное кольцо 6, которое препятствует смещению узла подшипника 1 по оси внутрь. Колпак 7 подшипника крепится с помощью винтов или болтов 8 на конец вала или оси 3. Узел подшипника 1 предварительно собран из нескольких индивидуальных компонентов: наружное кольцо 9, имеющее пару дорожек качения 10, 11, образованных на внутренней поверхности наружного кольца 9 подшипника по одной рядом с каждым концом наружного кольца 9 подшипника. Дорожки качения 10, 11 взаимодействуют соответственно с парой внутренних колец 12, 13, чтобы захватывать и поддерживать два ряда конусных роликов 14, 15. Центральная распорная втулка 16 установлена между внутренними кольцами 12, 13, чтобы удерживать их с точным заданным промежутком друг от друга и обеспечивать надлежащие боковые зазоры 17, 18 подшипника. В некоторых подшипниках используют сепаратор для контроля расстановки роликов 14, 15, чтобы сохранять их относительное положение на дорожках качения 10, 11. Наружное кольцо 9 подшипника содержит цилиндрические расточенные отверстия 19, 20 на своих противоположных концах снаружи от дорожек качения 10, 11. Пара бесконтактных уплотнений 21, 22, запрессованных соответственно в цилиндрические расточенные отверстия 19, 20, наружного кольца 9, обращены в сторону опорных колец 23, 24, один конец, которых входит в зацепление с концами соответствующих внутренних колец 12, 13, другой конец опорного кольца 23 введен в зацепление с колпаком 7, а конец опорного кольца 24 введен в зацепление с упорным кольцом 6. Расточенное отверстие и внешний диаметр опорных колец 23, 24 имеют такие размеры, которые обеспечивают посадку с натягом. Бесконтактные уплотнения 21, 22 главным образом закрывают каждый конец узла подшипника 1, защищая подшипник от внешних загрязнений и утечки смазки из подшипника. Бесконтактное уплотнение 22 является аналогичным бесконтактному уплотнению 21, поэтому отдельно рассматриваться не будет. Детально сечение бесконтактного уплотнения узла подшипника, показанного на фиг. 1, представлено на фиг. 2.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 2, на которой подробно показано расположение деталей бесконтактного уплотнения. Бесконтактное уплотнение представляет собой уплотнительную секцию 25, цилиндрической конфигурации, в которой концевая секция 26 большего диаметра запрессована или плотно вставлена в цилиндрическое расточенное отверстие 19 в наружном кольце 9 подшипника. Уплотнительная секция 25 содержит основную цилиндрическую секцию 27, которая идет параллельно концевой секции 26, причем основная цилиндрическая секция 27 имеет меньший диаметр, чем концевая секция 26. Внутренняя кольцевая секция 28 является перпендикулярной к основной цилиндрической секции 27 и идет внутрь в направлении опорного кольца 23.

Статор 29 является в целом цилиндрической деталью, имеющей внешнюю секцию 30 большего диаметра. Внешняя поверхность внешней секции 30 соединена при помощи сварки, склеивания, выдавливания, посадки с натягом или другой подходящей технологии с внутренней поверхностью основной цилиндрической секции 27 уплотнительной секции 25. Статор 29 также содержит первую промежуточную секцию 31, которая идет от внешней секции 30 параллельно внутренней кольцевой секции 28 уплотнительной секции 25, вторую промежуточную секцию 32, которая идет под острым углом от первой промежуточной секции 31 к осевому выступу 33, третью промежуточную секцию 34, которая идет внутрь в направлении опорного кольца 23 и внутреннюю секцию 35, параллельную основной цилиндрической секции 27. Кольцевой выступ 36 внутренней секции 35 образует с опорным кольцом.23 радиальный зазор 37 размером номинально 0,07 см.

Ротор 38 представляет собой в целом цилиндрическую деталь, имеющую внешнюю секцию 39 большего диаметра. Промежуточная секция 40 идет от внешней секции 39 перпендикулярно к ней. Промежуточная секция 40 содержит в целом плоскую внешнюю поверхность 41, которая плотно прилегает к концу соответствующего внутреннего кольца 12. Внутренняя секция 42 ротора 38 идет от промежуточной секции 40 перпендикулярно к ней, образует с кольцевым выступом 36 и внутренней секцией 35 статора 29 зазор 43 размером номинально 0,1-0,2 см. Внешняя поверхность 44 внутренней секции 42 плотно прилегает к опорному кольцу 23 и соединена с ним при помощи сварки, склеивания или посадки с натягом. Буртик или ребро 45 или другое средство крепления могут быть предусмотрены у внутренней секции 42 ротора 38 для крепления к опорному кольцу 23. Выемка 46 на поверхности опорного кольца 23 служит для установки буртика или ребра 45.

Защитная шайба 47 препятствует проникновению загрязнения и влаги внутрь подшипникового узла 1. Защитная шайба 47 устанавливается с натягом на опорное кольцо 23 внутренней секцией 48, причем внутренняя секция 48 образует с кольцевым выступом 36 статора 29 зазор 49 размером номинально 0,1-0,2 см. Средняя секция 50 защитной шайбы 47 прилегает к поверхности колпака 7. Наружная секция 51 защитной шайбы 47 расположена в непосредственной близости от внутренней цилиндрической секции 27 и внутренней кольцевой секции 28 уплотнительной секции 25. Между внутренней секцией 48 защитной шайбы 47 и внутренней кольцевой секцией 28 уплотнительной секции 25 образуется зазор 52, который открывает радиальный канал 53. Выход 54 радиального канала 53 обращен в сторону центра подшипникового узла 1 обратную от направления движения грязи.

Комбинация и конфигурация уплотнительной секции 25, статора 29 и ротора 38 содействуют удержанию смазочного материала внутри узла подшипника 1. Когда внешняя секция 39 и внутренняя секция 42 ротора 38 вращаются вокруг внутренней секции 35 статора 29, создается извилистый тракт, что затрудняет выход смазочного материала из уплотнительного узла. Преимущественно, внутренняя секция 35 статора 29 выступает в канал, образованный внешней секцией 39 и внутренней секцией 42 ротора 38, минимум на половину его длины, однако такой выступ может составлять от 25% до 75% длины канала или больше. Наличие кольцевого выступа 36 внутренней секции 35 статора 29 дополнительно ограничивает выход смазочного материала из уплотнения. Предпочтительный промежуток между внутренней секцией 42 ротора 38 и внутренней секцией 35 статора 29 составляет номинально 0,08 см, а внешней секцией 39 ротора 38 с внутренней секцией 35 статора 29 также составляет номинально 0,08 см. Однако следует иметь в виду, что собственно уплотнительная секция 25 обычно изготовлена из соответствующей стали, так же как статор 29 и ротор 38. Однако за рамки настоящего изобретения не выходит возможность изготовления одного компонента или нескольких компонентов, выбранных из группы, в которую входят уплотнительная секция 25, статор 29 и ротор 38, из специально разработанного пластика (полимера) или термопласта, такого как сложный полиэфир или композиционный материал.

Внутренняя поверхность основной цилиндрической секции 27 уплотнительной секции 25, внешняя секция 30, первая промежуточная секция 31, вторая промежуточная секция 32 и осевой выступ 33 статора 29, внешняя поверхность внешней секции 39 ротора 38 образуют накопительный резервуар 55 для смазки, которая выдавливается из подшипникового узла 1. Наклон поверхности второй промежуточной секции 32 статора 29 обращенной в полость 55 затрудняет стекание с нее масла. Из накопительного резервуара 55 смазка частично попадает в извилистый канал 56 между внутренней секцией 35 статора 29 и внешней секцией 39 ротора 38. Ламинарное течение смазки по извилистому каналу 56 переходит в турбулентное в полости 57, образованной между цилиндрической деталью ротора 38 и внутренней секцией 35 статора 29. Частично из полости 57 смазка попадает в извилистый канал 58 между внутренней секцией 35 статора 29 и внутренней секцией 42 ротора 38. Центробежные силы, возникающие во время работы подшипника отбрасывают смазку в сторону большого радиуса и выталкивают ее из каналов 56, 58. Зазор 43 предотвращает создание замкнутого жидкостного кольца и осуществляет обратную откачку смазки. Кольцевой выступ 36 внутренней секции 35 статора 29 образует дополнительный барьер для утечки смазочного материала из подшипникового узла 1. Кроме того, утечка смазочного материала через радиальный зазор 37 ограничена наличием в полости 59, образованной внутренней кольцевой секцией 28, внутренней секцией 48 защитной шайбы 47 и статором 29, смазки более вязкой консистенции, которая выполняет роль пробки в радиальном зазоре 37. Зазор 49 предотвращает создание замкнутого жидкостного кольца. Смазка, которая заполняет полость 59, препятствует проникновению воды и грязи по радиальному каналу 53 извне. Во время работы подшипника центробежные силы выбрасывают грязь и воду из канала 53 наружу, выход 54 из канала 53 развернут против направления движения загрязнения извне, предотвращая прямое попадание брызг в канал.

Claims (1)

1. Бесконтактное уплотнение узла подшипника, содержащего наружное кольцо с двумя дорожками качения, обращенными внутрь, и расточным цилиндрическим отверстием, пару внутренних колец с обращенными наружу дорожками качения, разделенных центральной распорной втулкой, и состоящего из уплотнительной секции цилиндрической конфигурации, введенной внутрь цилиндрического расточенного отверстия наружного кольца, и обращенную внутрь в сторону опорного кольца, прикрепленным к нему статором, таким образом, что статор не входит в контакт с цилиндрической внешней поверхностью опорного кольца, а его внутренняя секция расположена в непосредственной близи от ротора, закрепленного в выемке опорного кольца, отличающееся тем, что конструктивная форма промежуточных секций статора и его осевого выступа образуют вместе с основной цилиндрической секцией накопительный резервуар, причем форма второй промежуточной секции затрудняет стекание с него масла, его кольцевым выступом внутренней секции, образующего радиальные зазоры с внутренней секцией ротора и внутренней секцией защитной шайбы, которые останавливают утечку масла, введением защитной шайбы, внутренняя секция которой вместе с уплотнительной секцией и статором образуют резервуар для вязкой смазки, а средняя и внешняя секции которой вместе с уплотнительной секцией образуют радиальный зазор для отвода загрязнения.

Images