осевое шарнирное соединение и устройство подшипника скольжения

Формула изобретения

1. Шарнирное соединение, содержащее первый и второй конструкционные элементы и опорную ось с элементами крепления ее к конструкционным элементам, отличающееся тем, что первый конструкционный элемент содержит две параллельно соединяющиеся детали, отстоящие друг от друга и имеющие круглые отверстия, расположенные друг против друга, содержит втулку, жестко соединенную со вторым конструкционным элементом и расположенную между соединяющимися деталями соосно их отверстиям, опорная ось проходит соосно через опорную втулку, причем ее концевые части проходят через указанные отверстия, каждая концевая часть имеет расходящиеся наружу углубления для образования внутренней конической поверхности, имеющей заданную конусность и периферийную зажимную часть, ограниченную указанной конической поверхностью, цилиндрическую внешнюю поверхность опорной оси и торцевую поверхность опорной оси, также соединение содержит два элемента введения в контактное взаимодействие, выполненных в виде конического кольца для каждой зажимной части, содержащего центральное отверстие, причем каждое коническое кольцо имеет коническую наружную поверхность, взаимодействующую с внутренней конической поверхностью зажимной части, и предназначено для установки в углубления концевой части, а также два элемента, снабженных резьбой, проходящих через центральное отверстие конических колец и центральное отверстие через опорную ось и предназначенных для осевого смещения колец в углублениях, причем зажимные части расположены таким образом, что под воздействием элементов, снабженных резьбой, между опорной осью и конструкционными деталями образуется стыковое соединение, опорная ось выполнена в виде втулки, имеющей цилиндрическое сквозное отверстие, диаметр которого равен наименьшему диаметру углублений, опорная втулка содержит подшипник скольжения, состоящий из цилиндрического вкладыша, снабженного на каждом его конце внутренними упругими уплотнительными выступами, выполненными вместе с вкладышем, вокруг которых выполнено кольцевое пространство, предназначенное для упругого расширения уплотнительных выступов при введении опорной оси во вкладыш, при этом в нерабочем состоянии уплотнительные выступы имеют внутренний диаметр, выполненный меньше диаметра опорной оси.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что коническая поверхность зажимной части выполнена с конусностью 5 - 20^o.

3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что коническая поверхность кольца выполнена с конусностью, которая незначительно превышает или равна конусности конической поверхности зажимной части.

4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что разность конусностей конической поверхности кольца и конической поверхности зажимной части не превышает 3^o.

5. Соединение по п.4, отличающееся тем, что указанная разность конусностей составляет 2^o.

6. Соединение по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что элемент, снабженный резьбой, состоит из болта и гайки, предназначенной для резьбового сцепления со свободным концом болта и предназначенной для перемещения конических колец в конических углублениях опорной оси.

7. Соединение по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что пространства вокруг уплотнительных выступов образованы фаской на наружной поверхности концевой части.

8. Соединение по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что каждая концевая часть снабжена наружной фаской, предназначенной для образования по меньшей мере части указанного пространства и для регулирования упругого расширения и прилегания до величины, необходимой для обеспечения возможности введения опорной оси и уплотнительного контактирования уплотнительного выступа с опорной осью.

9. Соединение по любому из пп.1 - 8, отличающееся тем, что указанное пространство образовано фаской, выполненной на противоположной поверхности опорной втулки или на ней и концевой части вкладыша.

10. Соединение по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что диаметр уплотнительного выступа на 0,1 - 1,0 мм меньше диаметра опорной оси.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к осевому шарнирному соединению для соединения первого и второго конструкционных элементов с помощью оси.

Известно "Шарнирное соединение" по а.с. SU N 723246, кл. F 16 C 11/04 от 25.03.80, содержащее два конструкционных элемента, цилиндрическую опорную ось с элементами крепления ее к конструкционным элементам.

Однако, на производственных участках сталкиваются с трудностями получения простой, надежной и без люфта фиксации осевых шарнирных соединений, в которых ось, несущая деталь (машины), сильно нагружена и одновременно поворачивается относительно оси. Другая трудность, с которой сталкиваются на производстве при использовании таких осевых шарнирных соединений, заключается в необходимости защиты опорных поверхностей от проникновения грязи, которое вызывает ускоренный износ опорных частей. Примерами таких осевых шарнирных соединений с проблемами фиксации и опоры являются примеры соединения с помощью оси захватов в захватном устройстве для лесоматериалов, соединения с помощью оси гидравлического цилиндра с этими захватами и соединение с помощью оси параллельных связей с обоими захватами. Обычные устройства подшипников скольжения имеют вкладыш и отдельные уплотнительные кольца, установленные в специальных гнездах во вкладыше и во втулке, в которой установлен вкладыш. Как уже упоминалось, такие устройства не обеспечивают достаточной защиты от грязи и утечек смазки.

В связи с этим может иметь место износ на поверхностях скольжения и смазка должна осуществляться через короткие интервалы времени. Они также дороги в производстве и трудоемки в сборке.

Целью настоящего изобретения является обеспечение осевого шарнирного соединения такой конструкции, чтобы гарантировать надежную и без люфта фиксацию, и которое имеет устройство подшипника скольжения, которое существенно уменьшает вышеупомянутые проблемы, связанные с обычными устройствами подшипников скольжения.

Осевое шарнирное соединение, соответствующее настоящему изобретению, отличается тем, что первый конструкционный элемент содержит две параллельно соединяющиеся детали, отстоящие друг от друга и имеющие круглые отверстия, расположенные друг против друга, соединение дополнительно содержит втулку, жестко соединенную со вторым конструкционным элементом и расположенную между соединяющимися деталями соосно их отверстиям, опорная ось проходит соосно через опорную втулку, причем ее концевые части проходят через указанные отверстия, каждая концевая часть имеет расходящиеся наружу углубления для образования внутренней конической поверхности, имеющей заданную конусность и периферийную зажимную часть, ограниченную указанной конической поверхностью, цилиндрическую внешнюю поверхность опорной оси и торцевую поверхность опорной оси, также соединение содержит два элемента введения в контактное взаимодействие, выполненных в виде конического кольца для каждой зажимной части, содержащего центральное отверстие, причем каждое коническое кольцо имеет коническую наружную поверхность, взаимодействующую с внутренней конической поверхностью зажимной части, и предназначено для установки в углубления концевой части, а также два элемента, снабженных резьбой, проходящих через центральное отверстие конических колец и центральное отверстие через опорную ось и предназначенных для осевого смещения колец в углублениях, причем зажимные части расположены таким образом, что под воздействием элементов, снабженных резьбой, между опорной осью и конструкционными деталями образуется стыковое соединение, опорная ось выполнена в виде втулки, имеющей цилиндрическое сквозное отверстие, диаметр которого равен наименьшему диаметру углублений, опорная втулка содержит подшипник скольжения, состоящий из цилиндрического вкладыша, снабженного на каждом его конце внутренними упругими уплотнительными выступами, выполненными вместе с вкладышем, вокруг которых выполнено кольцевое пространство, предназначенное для упругого расширения уплотнительных выступов при введении опорной оси во вкладыш, при этом в нерабочем состоянии уплотнительные выступы имеют внутренний диаметр, выполненный меньше диаметра опорной оси.

Согласно изобретению коническая поверхность зажимной части выполнена с конусностью 5-20 градусов.

Согласно изобретению коническая поверхность кольца выполнена с конусностью, которая незначительно превышает или равна конусности конической поверхности зажимной части.

Согласно изобретению разность конусностей конической поверхности кольца и конической поверхности зажимной части не превышает 3 градусов.

Согласно изобретению указанная разность конусностей составляет два градуса.

Согласно изобретению элемент, снабженный резьбой, состоит из болта и гайки, предназначенной для резьбового сцепления со свободным концом болта и предназначенной для перемещения конических колец в конических углублениях опорной оси.

Согласно изобретению пространства вокруг уплотнительных выступов образованы фаской на наружной поверхности концевой части.

Согласно изобретению каждая концевая часть снабжена наружной фаской, предназначенной для образования по меньшей мере части указанного пространства и для регулирования упругого расширения и прилегания до величины, необходимой для обеспечения возможности введения опорной оси и уплотнительного контактирования уплотнительного выступа с опорной осью.

Согласно изобретению указанное пространство образовано фаской, выполненной на противоположной поверхности опорной втулки или на ней и концевой части вкладыша.

Согласно изобретению диаметр уплотнительного выступа на 0,1-1,0 мм меньше диаметра опорной оси.

На фиг. 1 - 3 показаны различные виды захватного устройства для лесоматериалов, имеющие осевые шарнирные соединения, соответствующие настоящему изобретению.

На фиг. 4 и фиг. 5 - два различных вида внутреннего захвата клешневого типа захватного устройства, соответствующего устройству, показанному на фиг. 1 - 3.

Фиг. 6 - детали основания и внутреннего захвата клешневого типа захватного устройства, соответствующего устройству, показанному на фиг. 1 - 3 (соединенных с возможностью поворота с помощью оси), соответствующего настоящему изобретению.

Фиг. 7 - вид опорной оси осевого шарнирного соединения, соответствующий устройству, показанному на фиг. 6.

Фиг. 8 - поперечное сечение кольца, используемого в осевом шарнирном соединении, соответствующем устройству, показанному на фиг. 6.

Фиг. 9 - вид вкладыша подшипника скольжения в опорной втулке осевого шарнирного соединения, соответствующего устройству, показанному на фиг. 6.

Фиг. 10 - вид части вкладыша подшипника скольжения, соответствующего вкладышу, показанному на фиг. 9.

На фиг. 1 - 3 показан один вариант осуществления захватного устройства для лесоматериалов, имеющего внутренний захват 1 клешневого типа, соединенного с помощью оси на одном конце стойки 2 в подшипнике 7, и наружный захват 3 клешневого типа, соединенный с помощью оси на другом конце основания 2 в соответствующем подшипнике 7. Гидравлический цилиндр 4 также соединен с помощью оси с этими двумя захватами клешневого типа, причем конец его поршневого штока расположен в одном захвате клешневого типа в подшипнике 8, а конец цилиндра - в другом захвате клешневого типа в подшипнике 9. Две параллельные связи 5 также соединены с помощью оси между двумя захватами 1, 3 клешневого типа на каждой стороне гидравлического цилиндра, причем один из их концов шарнирно соединен с той же осью, что и конец цилиндра гидравлического цилиндра в подшипнике 9, а другой конец с отдельными подшипниками 10 в захватах клешневого типа.

Функционирование и проблемные области захватного устройства в подшипниках 7, 8, 9, 10 могут быть описаны следующим образом: когда в гидравлический цилиндр 4 подают смазочное масло для гидравлических систем, захваты 1, 3 клешневого типа открываются или закрываются, поворачиваясь в подшипниках 7 вследствие воздействия гидравлического цилиндра 4, а также параллельных связей 5. Поскольку гидравлический цилиндр 4 работает при высоком гидравлическом давлении, захватам 1, 3 клешневого типа передаются большие усилия, вследствие чего указанные подшипники также подвергаются воздействию высокого давления на поверхность. Для обеспечения длительного срока службы всей конструкции важно, чтобы оси, вокруг которых должны поворачиваться подвижные элементы, могли быть зафиксированы в стыковом положении, а также, чтобы грязь не попадала к элементу подшипника скольжения, прижатому к другому элементу, причем смазка в то же самое время могла бы эффективно подаваться к подвижной поверхности.

Все вышеупомянутые подшипники 7, 8, 9, 10 составляют осевые шарнирные соединения, которые выполнены в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 6 показан предпочтительный вариант осуществления осевого шарнирного соединения, которое может быть смонтировано на описанном выше захватном устройстве. Осевое шарнирное соединение соединяет вместе первый конструкционный элемент 20 и второй конструкционный элемент 21. Первый конструкционный элемент 20 содержит две параллельные соединительные пластины 22, 23, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и имеющие круглые отверстия 24, 25, расположенные друг против друга. В иллюстрируемом случае применения первый конструкционным элемент 20 содержит основание 2 захватного устройства, а второй конструкционный элемент 21 - один из захватов 1 клешневого типа, верхняя часть которого проходит между металлическими пластинами. Осевое шарнирное соединение содержит опорную втулку 26, жестко прикрепленную к захвату 1 клешневого типа, как можно также видеть на фиг. 5. Опорная втулка 26 установлена в зазоре 27 между металлическими пластинами 22, 23 соосно с их отверстиями 24, 25. Опорная втулка 26 содержит элемент подшипника скольжения, содержащий цилиндрический вкладыш 28, на внутреннюю поверхность которого через лубрикатор 29 подается смазка.

Осевое шарнирное соединение содержит опорную ось 30, проходящую через опорную втулку 26, причем ее концевые части 31, 32 проходят через отверстия 24, 25 металлических пластин 22, 23. Опорная ось выполнена из упругого металлического материала. Каждая концевая часть 31, 32 имеет углубление 33, 34, расходящееся в направлении наружу, для образования внутренних конических поверхностей 35, 36, имеющих заданную конусность и периферийную зажимную часть 37, 38, ограниченную указанными коническими поверхностями 35, 36, при этом цилиндрическая внешняя поверхность 39 опорной оси немного выступает наружу из металлических пластин 22, 23. Указанная конусность предпочтительно составляет 5-20 градусов. Зажимные части 37, 38 гомогенны, то есть не имеют осевых прорезей и аналогичных элементов. Опорная ось 30 имеет форму втулки, имеющей цилиндрическое отверстие 43, проходящее через нее, причем диаметр этого отверстия соответствует наименьшему диаметру указанных конических углублений 33, 34 в концевых частях 31, 32, в углублениях которых продолжается отверстие 43. Втулкообразная опорная ось 30 имеет заданную относительно небольшую толщину стенки, составляющую 5-20 мм (а предпочтительно приблизительно 10 мм), для обеспечения гарантии достаточно упругого растяжения конических концевых частей 31, 32. Каждое из конических углублений 33, 34 имеет протяженность в осевом направлении, по существу равную или, что предпочтительно, превышающую толщину металлических пластин 22, 23. Конические концевые части 31, 32 гомогенны, то есть они не имеют осевых прорезей, которые могут вызвать образование трещин.

Сочетание трех элементов, а именно конусности, протяженности конических концевых частей 31, 32 в осевом направлении и максимальной толщины конических концевых частей 31, 32, эквивалентном толщине стенки опорной оси, гарантирует то, что конические концевые части могут расширяться в радиальном направлении при приложении к коническим поверхностям 33, 34 внешнего усилия. И наконец, осевое шарнирное соединение содержит элемент 44, 45 введения в контактное взаимодействие (смотри также фиг. 8) для каждой зажимной части 37, 38, предусмотренный с конической наружной поверхностью 46, 47, имеющей ту же или немного большую конусность, чем конусность внутренней конической поверхности 35, 36 зажимной части 37, 38, а также элемент 48, 49, снабженный резьбой, предназначенный для аксиального смещения элементов 44, 45 (введения в контактное взаимодействие) в углублениях 33, 34 концевых частей, чтобы прижать зажимные части 37, 38 к металлическим пластинам 22, 23 для образования стыкового соединения металлических пластин 22, 23, опорной оси 30 и элемента 48, 49, снабженного резьбой, то есть без вращения между металлическими пластинами 22, 23 и опорной оси 30 вокруг центральной оси 50 осевого шарнирного соединения. Указанная конусность предпочтительно составляет 5-23 градуса, причем различие конусности составляет приблизительно от 0 до трех градусов, а предпочтительно 2 градуса.

В показанном варианте осуществления каждый элемент введения в контактное взаимодействие состоит из кольца 44, 45, имеющего центральное отверстие 51 (фиг. 8), а элемент, снабженный резьбой, состоит из болта 48 и гайки 49 для одновременного аксиального перемещения конических колец 44, 45 в углублениях. В приемлемом варианте осуществления конусность кольца 44, 45 составляет 17 градусов, в то время как конусность опорной оси 30 составляет 15 градусов. Это гарантирует то, что в верхней части зажимных частей 37, 38, где они наиболее тонкие, прикладывается большее начальное зажимное усилие.

При сборке подшипника оси, опорную ось 30 сначала пропускали через отверстия 24, 25 в металлических пластинах 22, 23 и вкладыш 28 опорной втулки. После этого кольцо 4 устанавливали без зазора на болте 48 и последний затем пропускали через опорную ось 30. Другое кольцо 45 устанавливали без зазора на выступающем конце болта и после этого на болт 48 навинчивали гайку 49. После затяжки гайки 49 два кольца 44, 45 расширят концевые части 31, 32 опорной оси 30 в радиальном направлении наружу к металлическим пластинам 22, 23, поскольку конические поверхности 46, 47 колец будут скользить вдоль внутренних конических поверхностей 35, 36 опорной оси 30, фиксируя в соответствии с этим опорную ось 30 к основанию 2 посредством клина и сил трения. Это фиксирующее усилие частично зависит от угла конических поверхностей 35, 36; 46, 47, частично от крутящего момента затяжки (резьбового соединения), прикладываемого к болту 48 и гайке 49, и частично от толщины стенки опорной оси 30. Для разборки осевого шарнирного соединения отворачивали гайку 49, после чего из опорной втулки 26 могла быть извлечена вся опорная ось 30 с болтом 48 и кольцом 44, освобождая в соответствии с этим сцепление захвата 1 клешневого типа и основания 2.

Вариант осуществления с коническими опорными поверхностями на опорной оси 30 и кольцах 44, 45 и с зажимными частями 37, 38, прижатыми непосредственно к металлическим пластинам 22, 23, обеспечивает очень надежную фиксацию опорной оси 30, исключающую, таким образом, наличие обычных проблем люфта и ослабления крепления опорной оси.

Элемент подшипника скольжения имеет уплотнительные элементы 52, 53, расположенные на обоих концах вкладыша 28 для уплотнения поверхностей 54 скольжения от аксиального проникновения грязи и утечки смазки в процессе работы. Как можно более убедительно видеть на фиг. 9, вкладыш 28 и уплотнительные элементы 52, 53 выполнены как одна деталь. Каждый уплотнительный элемент 52, 53 представляет собой бесконечный фланцеобразный выступ, проходящий непосредственно вблизи торцевой поверхности 55, 56 вкладыша 28. Уплотнительный выступ 52, 53 имеет внутренний диаметр, который немного меньше диаметра опорной оси 30. Приемлемая разность диаметров составляет 0,1-1,0 мм. Каждая концевая часть 57, 58 (смотри фиг. 9) вкладыша 28 обеспечена снаружи фаской 59, 60, образующей функционально свободное кольцевое пространство 61, 62 (смотри фиг.6) между вкладышем и опорной втулкой 26. Это пространство 61, 62 позволяет уплотнительному выступу 52, 53 расширяться в радиальном направлении наружу, когда опорную ось 30 проталкивают во вкладыш 28, при этом он удерживается в опорной втулке 26, и обеспечивать эффективное уплотнение к цилиндрической поверхности опорной оси 30. Это расширение и давление являются упругими. Таким образом, узел, состоящий из вкладыша 28 и уплотнительных выступов 52, 53, выполнен из упругого материала, предпочтительно пластмассы, хотя безусловно может быть также использован металл, обладающий достаточной упругостью. Очевидно, что совершенно неупругий материал, например, подшипниковая бронза, не может быть использован. Указанное кольцевое пространство 61, 62 может быть также получено путем образования аналогичной фаски только на опорной втулке 26 или образованием фаски как на опорной втулке 26, так и на вкладыше. Однако образование фаски на вкладыше дает дополнительное преимущество, которое заключается в том, что уменьшается толщина стенки на концевых частях 57, 58 вкладыша, облегчая в соответствии с этим расширение концевой части 57, 58 внутренним уплотнительным выступом 52, 53 в процессе сборки, а также облегчая регулирование упругого давления до величины, которой достаточно для достижения требуемого эффекта уплотнения. Следовательно, фаску, предназначенную для этой цели, выполняют в зависимости от толщины вкладыша 28, упругих свойств материала и величины пространства 61, 62 в обратном направлении, требуемого, чтобы предоставить достаточно места для упругого расширения выступов при сборке, и для упругого, уплотняющего прилегания выступов в процессе работы. Для облегчения введения опорной оси 30 во вкладыш 28, наружный угол уплотнительного выступа 52, 53 скругляли (смотри фиг. 10), причем скругляли также край опорной оси 30, который в процессе сборки приходит в контактное взаимодействие c уплотнительными выступами 52, 53.

Уплотнительные выступы 52, 53 предотвращают проникновение грязи к поверхностям 54 скольжения и препятствуют утечке смазки с этих поверхностей в процессе работы. Уплотнительные выступы 52, 53 более эффективны, чем обычные уплотнения, и сильно уменьшают проникновение грязи. Смазка также удерживается на поверхностях 54 скольжения гораздо дольше, так что может быть соответственно увеличен период времени между введениями смазки. В соответствии с настоящим изобретением, соединение с помощью оси без применения смазки может быть достигнуто посредством правильного выбора материала для цилиндрической опорной оси 30 и элементов 28, 52, 53 подшипника скольжения. Прочное крепление узла в опорной втулке 26, при максимальной прочности опоры, получали посредством объединения уплотнительных элементов 52, 53 (выступов) со вкладышем 28. Благодаря применению упрощенной интегральной конструкции, стоимость производства и сборки уменьшалась по сравнению со стоимостью обычных устройств подшипника скольжения. Отпадала также необходимость обработки опорной втулки 26 для обеспечения гнезд для установки уплотнительных колец. Пространства 61, 62, расположенные в радиальном направлении наружу от уплотнительных выступов 52, 53, и упругие свойства уплотнительных выступов 52, 53 позволяют вдавливать свежую смазку в поверхности 54 скольжения, поскольку вследствие увеличенного давления смазки уплотнительные выступы будут расширяться и старая смазка может быть выдавлена в осевом направлении за уплотнительные выступы.