подшипниковое устройство с дорожками для применения в поворотном соединении (варианты) и поворотное соединение (варианты)

Формула изобретения

1. Подшипниковое устройство с дорожками для применения в поворотном соединении, включающее охватываемый соединитель, который имеет центральную ось, первый конец и множество наружных кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет, по существу, дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая наружная канавка имеет, по существу, постоянный радиус, измеренный от центральной оси, причем каждая последующая от первого конца охватываемого соединителя наружная канавка имеет радиус, превышающий радиус предыдущей наружной канавки, охватывающий соединитель, сцентрированный коаксиально с охватываемым соединителем и предназначенный для приема и пригонки вокруг охватываемого соединителя, причем охватывающий соединитель имеет первый конец и множество внутренних кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет, по существу, дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно оси, каждая из внутренних канавок соответствует одной из наружных канавок и образует с ней дугообразную дорожку, и множество шариковых подшипников, расположенных в каждой дорожке для облегчения относительного вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, отличающееся тем, что величины соответствующих радиусов наружных канавок выбирают такими, что нагрузка между охватываемым и охватывающим соединителями при использовании поворотного соединения распределена, по существу, равномерно между дорожками.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждые охватываемый и охватывающий соединители имеют центральное сквозное отверстие, расположенное коаксиально вокруг центральной оси, образуя проход для потока жидкости.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый конец охватываемого соединителя имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, охватывающий соединитель имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, смежную с упомянутой внутренней кольцеобразной частью охватываемого соединителя, когда охватываемый соединитель входит в охватывающий соединитель, таким образом внутренние кольцеобразные части охватываемого и охватывающего соединителей образуют вместе внутреннюю кольцеобразную канавку уплотнения, кольцеобразное уплотнение имеет наружную уплотняющую поверхность, принимаемую отверстием уплотнения, таким образом она уплотняется с внутренними периферийными поверхностями внутренних частей охватываемого и охватывающего соединителей, причем оно имеет внутреннюю поверхность, по существу, заподлицо с каналом для потока жидкости.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что уплотнение изготовлено из неметаллического материала.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что уплотнение выполнено сжимаемым с радиальной посадкой.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая наружная канавка имеет часть, расположенную на вершине, по существу, дугообразного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

7. Подшипниковое устройство с дорожками для применения в поворотном соединении, включающее охватываемый соединитель, имеющий центральную ось, первый конец и множество наружных кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет, по существу, дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая наружная канавка имеет, по существу, постоянный радиус, измеренный от центральной оси, таким образом каждая наружная канавка имеет одинаковый радиус, охватывающий соединитель сцентрирован коаксиально охватываемому соединителю, и он предназначен для приема и посадки вокруг охватываемого соединителя, причем охватывающий соединитель имеет первый конец и множество внутренних кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет, по существу, дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая из внутренних канавок соответствует одной из наружных канавок и образует с ней дугообразную дорожку, множество шариковых подшипников, расположенных на каждой дорожке для облегчения относительного вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, каждые охватываемый и охватывающий соединители имеют сквозное отверстие, сцентрированное коаксиально вокруг центральной оси, образуя проход для потока жидкости, первый конец охватываемого соединителя имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, охватывающий соединитель имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, смежную с упомянутой внутренней кольцеобразной частью, когда охватываемый соединитель входит в охватывающий соединитель, таким образом внутренние кольцеобразные части охватываемого и охватывающего соединителей образуют вместе внутреннюю кольцеобразную канавку уплотнения, причем подшипниковое устройство с дорожками дополнительно включает кольцеобразное уплотнение, имеющее наружную уплотняющую поверхность и внутреннюю поверхность, по существу, заподлицо с проходом для потока жидкости, отличающееся тем, что утопленные внутренние кольцеобразные части охватываемого и охватывающего соединителей образуют соответствующие внутренние кольцевые поверхности, и наружная уплотняющая поверхность упомянутого кольцевого уплотнения уплотняется к упомянутым внутренним кольцевым поверхностям.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что уплотнение изготовлено из неметаллического материала.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что уплотнение выполнено сжимаемым с радиальной посадкой.

10. Подшипниковое устройство с дорожками, включающее первый трубчатый элемент, имеющий наружную, в основном кольцеобразную, канавку, по существу, дугообразного поперечного сечения, определенного первым радиусом, второй трубчатый элемент, имеющий внутреннюю, в основном кольцеобразную, канавку, по существу, дугообразного поперечного сечения, определенного первым радиусом, причем первый элемент предназначен для приема телескопически вторым элементом так, чтобы наружные и внутренние канавки были сцентрированы и образовывали, по существу, кольцеобразную дорожку, множество шариковых подшипников принимаются упомянутой дорожкой, причем каждый шариковый подшипник имеет радиус, по существу, такой же, как первый радиус, шариковые подшипники облегчают относительное вращение первого и второго трубчатых элементов, отличающееся тем, что внутренняя канавка имеет часть, расположенную на вершине, по существу, дуговидного поперечного сечения, включающую прямолинейный сегмент.

11. Подшипниковое устройство по п.10, отличающееся тем, что наружная канавка имеет часть, расположенную на вершине, по существу, дугообразного поперечного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

12. Подшипниковое устройство с дорожками, включающее первый трубчатый элемент, имеющий наружную, в основном кольцеобразную, канавку, по существу, дугообразного поперечного сечения, определенного первым радиусом, второй трубчатый элемент, имеющий внутреннюю обычно кольцеобразную канавку, по существу, дугообразного поперечного сечения, определенного первым радиусом, при этом первый элемент предназначен для приема телескопически вторым элементом так, чтобы наружные и внутренние канавки были сцентрированы для образования, по существу, кольцеобразной дорожки, множество шариковых подшипников, расположенных в упомянутой дорожке, причем шариковые подшипники имеют, по существу, такой же радиус, как и первый радиус, шариковые подшипники упрощают относительное вращение первого и второго трубчатых элементов, отличающееся тем, что наружная канавка имеет часть, расположенную на вершине, по существу, дугообразного поперечного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что внутренняя канавка имеет часть, расположенную на вершине, по существу, дугообразного поперечного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

14. Подшипниковое устройство с дорожками для применения в поворотном соединении, включающее пару противоположно расположенных трубчатых соединительных элементов, каждый из которых имеет коаксиальные между собой центральные оси и множество наружных кольцеобразных канавок, причем элементы расположены таким образом, что первый конец каждого элемента находится смежно с другим, каждая канавка имеет, по существу, дугообразное поперечное сечение и лежит в соответствующей плоскости, по существу, перпендикулярно к центральной оси, каждая наружная канавка имеет, по существу, постоянный радиус, измеренный от центральной оси, таким образом каждая наружная канавка имеет больший радиус, чем каждая смежная наружная канавка, расположенная ближе к каждому соответствующему первому концу, кольцо, сцентрированное коаксиально с соединительными элементами и предназначенное для приема и посадки вокруг соединительных элементов, причем имеет множество внутренних кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет, по существу, дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости, по существу, перпендикулярно к центральной оси, каждая внутренняя канавка соответствует одной из наружных канавок и образует вместе с ней дугообразную дорожку, и множество шариковых подшипников, расположенных в каждой дорожке, для упрощения относительного вращения соединительных элементов и кольца вокруг центральной оси, отличающееся тем, что величины соответствующих радиусов наружных канавок выбираются такими, что нагрузка между соединительными элементами, создаваемая при использовании поворотного соединения, распределяется, по существу, равномерно среди дорожек.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что каждый соединительный элемент и кольцо имеют центральное сквозное отверстие, расположенное коаксиально вокруг центральной оси для образования прохода для потока жидкости.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что каждый первый конец соединительных элементов имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, выполненную так, что внутренние кольцеобразные части образуют вместе внутреннюю кольцеобразную канавку уплотнения, кольцеобразное уплотнение имеет наружную уплотняющую поверхность, принимаемую отверстием в уплотнении, таким образом уплотняясь с внутренними периферийными поверхностями внутренних частей, причем уплотнение имеет внутреннюю поверхность, по существу, заподлицо с проходом для потока жидкости.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что уплотнение изготовлено из неметаллического материала.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что уплотнение выполнено сжимаемым с радиальной посадкой.

19. Поворотное соединение, содержащее центральную ось, охватываемый соединитель, имеющий наружную кольцеобразную поверхность, первый конец и по меньшей мере первую и вторую наружные кольцеобразные канавки, образованные на наружной поверхности концентрично с центральной осью, охватывающий соединитель, имеющий внутреннюю кольцеобразную канавку и по меньшей мере первую и вторую внутренние кольцеобразные канавки, образованные на внутренней выемке концентрично с центральной осью, причем внутренняя выемка предназначена для приема и перекрытия наружной поверхности так, чтобы каждая внутренняя канавка была сцентрирована с соответствующей наружной канавкой для образования по меньшей мере первой и второй дугообразных дорожек, причем диаметр каждой дугообразной дорожки больше диаметра каждой смежной дугообразной дорожки, расположенной ближе к первому концу охватываемого соединителя, и множество шариковых подшипников, принимаемых каждой дорожкой, для упрощения вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, отличающееся тем, что величины соответствующих диаметров дорожек выбраны такими, что нагрузка между охватываемым и охватывающим соединителями, распределяется, по существу, равномерно между дорожками.

20. Поворотное соединение, содержащее центральную ось, охватываемый соединитель, имеющий кольцеобразную наружную поверхность и первый конец, охватывающий соединитель, имеющий кольцеобразную выемку, предназначенную для приема с возможностью вращения наружной поверхности и первого конца, и по меньшей мере первое и второе кольцеобразные подшипниковые средства, расположенные между наружной поверхностью и выемкой, для упрощения вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, причем диаметр каждого подшипникового средства больше диаметра каждого смежного подшипникового средства, расположенного ближе к первому концу охватываемого соединителя, отличающееся тем, что величины соответствующих диаметров подшипниковых средств выбраны такими, что нагрузка между охватывающим и охватываемым соединителями, создаваемая при использовании поворотного соединителя, распределяется, по существу, равномерно между дорожками.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к подшипниковому устройству, и в частности к подшипниковому узлу с дорожками, который можно применять для согласования относительного вращения между соединенными трубами или трубопроводами для текучей среды в гидравлическом поворотном соединении.

Из патента США N 4418947 известно подшипниковое устройство с дорожками для применения в поворотном соединении, включающее охватываемый соединитель, который имеет центральную ось, первый конец и множество наружных кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет по существу дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая наружная канавка имеет по существу постоянный радиус, измеренный от центральной оси, причем каждая последующая от первого конца охватываемого соединителя наружная канавка имеет радиус, превышающий радиус предыдущей наружной канавки, охватывающий соединитель, сцентрированный коаксиально с охватываемым соединителем и предназначенный для приема и пригонки вокруг охватываемого соединителя, причем охватывающий соединитель имеет первый конец и множество внутренних кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет по существу дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая из внутренних канавок соответствует одной из наружных канавок и образует с ней дугообразную дорожку; и множество шариковых подшипников, расположенных в каждой дорожке для облегчения относительного вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси.

Однако известное подшипниковое устройство не исключает образования вмятин или деформаций на поверхностях дорожек качения шариков подшипников.

Такое образование вмятин ослабляет сжатие уплотнения и вызывает утечку в уплотнении, препятствуя поворотному соединению плавно поворачиваться в условиях давления и уменьшая значительно срок службы дорожки качения. В таких условиях поворотные соединения подвергаются другим видам повреждения.

Технической задачей настоящего изобретения является создание подшипникового устройства, позволяющего уменьшить образование вмятин на дорожках качения шариковых подшипников за счет продолговатой конфигурации со смещенным радиусом в поперечном сечении дорожки качения, позволяющей получать большую площадь контакта между каждым шариковым подшипником и дорожкой качения, уменьшая тем самым концентрацию нагрузки. Кроме того, настоящее изобретение улучшает уплотнение в чрезвычайных условиях и особенно исключает возможность образования вмятин от шариков при давлении значительно больше, чем то, которое достигается с обычными или известными поворотными соединениями, причем при минимальном увеличении массы и стоимости.

Данная техническая задача решается за счет того, что в подшипниковом устройстве с дорожками для применения в поворотном соединении, включающем охватываемый соединитель, который имеет центральную ось, первый конец и множество наружных кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет по существу дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая наружная канавка имеет по существу постоянный радиус, измеренный от центральной оси, причем каждая последующая от первого конца охватываемого соединителя наружная канавка имеет радиус, превышающий радиус предыдущей наружной канавки, охватывающий соединитель, сцентрированный коаксиально с охватываемым соединителем и предназначенный для приема и пригонки вокруг охватываемого соединителя, причем охватывающий соединитель имеет первый конец и множество внутренних кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет по существу дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости, в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая из внутренних канавок соответствует одной из наружных канавок и образует с ней дугообразную дорожку; и множество шариковых подшипников, расположенных в каждой дорожке для облегчения относительного вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, согласно изобретению величины соответствующих радиусов наружных канавок выбирают такими, что нагрузка между охватываемым и охватывающим соединителями при использовании поворотного соединения распределена по существу равномерно между дорожками.

При этом каждые охватываемый и охватывающий соединители могут иметь центральное сквозное отверстие, расположенное коаксиально вокруг центральной оси, образуя проход для потока жидкости, а первый конец охватываемого соединителя может иметь утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, охватывающий соединитель имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, смежную с упомянутой внутренней кольцеобразной частью охватываемого соединителя, когда охватываемый соединитель входит в охватывающий соединитель, таким образом внутренние кольцеобразные части охватываемого и охватывающего соединителей образуют вместе внутреннюю кольцеобразную канавку уплотнения; кольцеобразное уплотнение имеет наружную уплотняющую поверхность, принимаемую отверстием уплотнения, таким образом она уплотняется с внутренними периферийными поверхностями внутренних частей охватываемого и охватывающего соединителей, причем оно имеет внутреннюю поверхность по существу заподлицо с каналом для потока жидкости.

Уплотнение может быть изготовлено из неметаллического материала или выполнено сжимаемым с радиальной посадкой, a каждая наружная канавка может иметь часть, расположенную на вершине по существу дугообразного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

Кроме того, техническая задача решается за счет того, что в подшипниковом устройстве с дорожками для применения в поворотном соединении, включающем охватываемый соединитель, имеющий центральную ось, первый конец и множество наружных кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет по существу дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая наружная канавка имеет по существу постоянный радиус, измеренный от центральной оси, таким образом каждая наружная канавка имеет одинаковый радиус, охватывающий соединитель сцентрирован коаксиально с охватываемым соединителем, и он предназначен для приема и посадки вокруг охватываемым соединителем, причем охватывающий соединитель имеет первый конец и множество внутренних кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет по существу дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости в основном перпендикулярно к центральной оси, каждая из внутренних канавок соответствует одной из наружных канавок и образует с ней дугообразную дорожку, множество шариковых подшипников, расположенных на каждой дорожке для облегчения относительного вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, каждые охватываемый и охватывающий соединители имеют сквозное отверстие, сцентрированное коаксиально вокруг центральной оси, образуя проход для потока жидкости; первый конец охватываемого соединителя имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, охватывающий соединитель имеет утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, смежную с упомянутой внутренней кольцеобразной частью, когда охватываемый соединитель входит в охватывающий соединитель, таким образом внутренние кольцеобразные части охватываемого и охватывающего соединителей образуют вместе внутреннюю кольцеобразную канавку уплотнения, причем подшипниковое устройство с дорожками дополнительно включает кольцеобразное уплотнение, имеющее наружную уплотняющую поверхность и внутреннюю поверхность по существу заподлицо с проходом для потока жидкости, согласно изобретению утопленные внутренние кольцеобразные части охватываемого и охватывающего соединителей образуют соответствующие внутренние кольцевые поверхности, и наружная уплотняющая поверхность упомянутого кольцевого уплотнения уплотняется к упомянутым внутренним кольцевым поверхностям.

При этом уплотнение может быть изготовлено из неметаллического материала и выполнено сжимаемым с радиальной посадкой.

Дополнительно техническая задача решается за счет того, что в подшипниковом устройстве с дорожками, включающем первый трубчатый элемент, имеющий наружную, в основном кольцеобразную, канавку по существу дугообразного поперечного сечения, определенное первым радиусом, второй трубчатый элемент, имеющий внутреннюю, в основном кольцеобразную, канавку по существу дугообразного поперечного сечения, определенного первым радиусом, причем первый элемент предназначен для приема телескопически вторым элементом так, чтобы наружные и внутренние канавки были сцентрированы и образовывали по существу кольцеобразную дорожку, множество шариковых подшипников принимаются упомянутой дорожкой, причем каждый шариковый подшипник имеет радиус по существу такой же, как первый радиус, шариковые подшипники облегчают относительное вращение первого и второго трубчатых элементов, согласно изобретению внутренняя канавка имеет часть, расположенную на вершине по существу дуговидного поперечного сечения, включающую прямолинейный сегмент.

При этом наружная канавка может иметь часть, расположенную на вершине по существу дугообразного поперечного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

Кроме того, техническая задача решается за счет того, что в подшипниковом устройстве с дорожками, включающем первый трубчатый элемент, имеющий наружную, в основном кольцеобразную канавку по существу дугообразного поперечного сечения, определенного первым радиусом, второй трубчатый элемент, имеющий внутреннюю обычно кольцеобразную канавку, по существу дугообразного поперечного сечения, определенного первым радиусом, при этом первый элемент предназначен для приема телескопически вторым элементом так, чтобы наружные и внутренние канавки были сцентрированы для образования по существу кольцеобразной дорожки, множество шариковых подшипников, расположенных в упомянутой дорожке, причем шариковые подшипники имеют по существу такой же радиус, как и первый радиус, шариковые подшипники упрощают относительное вращение первого и второго трубчатых элементов, согласно изобретению наружная канавка имеет часть, расположенную на вершине по существу дугообразного поперечного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

Внутренняя канавка может иметь часть, расположенную на вершине по существу дугообразного поперечного сечения, содержащую прямолинейный сегмент.

Техническая задача также решается за счет того, что в подшипниковом устройстве с дорожками для применения в поворотном соединении, включающем пару противоположно расположенных трубчатых соединительных элементов, каждый из которых имеет коаксиальные между собой центральные оси и множество наружных кольцеобразных канавок, причем элементы расположены таким образом, что первый конец каждого элемента находится смежно с другим, каждая канавка имеет по существу дугообразное поперечное сечение и лежит в соответствующей плоскости по существу перпендикулярно к центральной оси, каждая наружная канавка имеет по существу постоянный радиус, измеренный от центральной оси, таким образом, каждая наружная канавка имеет больший радиус, чем каждая смежная наружная канавка, расположенная ближе к каждому соответствующему первому концу, кольцо, сцентрированное коаксиально с соединительными элементами и предназначенное для приема и посадки вокруг соединительных элементов, причем имеет множество внутренних кольцеобразных канавок, каждая из которых имеет по существу дугообразное поперечное сечение и расположена в соответствующей плоскости по существу перпендикулярно к центральной оси, каждая внутренняя канавка соответствует одной из наружных канавок и образует вместе с ней дугообразную дорожку, и множество шариковых подшипников, расположенных в каждой дорожке, для упрощения относительного вращения соединительных элементов и кольца вокруг центральной оси, согласно изобретению величины соответствующих радиусов наружных канавок выбираются такими, что нагрузка между соединительными элементами, создаваемая при использовании поворотного соединения, распределяется по существу равномерно среди дорожек.

При этом каждый соединительный элемент и кольцо могут иметь центральное сквозное отверстие, расположенное коаксиально вокруг центральной оси для образования прохода для потока жидкости.

Кроме того, каждый первый конец соединительных элементов может иметь утопленную внутреннюю кольцеобразную часть, выполненную так, что внутренние кольцеобразные части образуют вместе внутреннюю кольцеобразную канавку уплотнения, кольцеобразное уплотнение может иметь наружную уплотняющую поверхность, принимаемую отверстием в уплотнении, таким образом, уплотняясь с внутренними периферийными поверхностями внутренних частей, причем уплотнение может иметь внутреннюю поверхность по существу заподлицо с проходом для потока жидкости.

Уплотнение может быть изготовлено из неметаллического материала и выполнено сжимаемым с радиальной посадкой.

Техническая задача также решается за счет создания поворотного соединения, содержащего центральную ось, охватываемый соединитель, имеющий наружную кольцеобразную поверхность, первый конец и по меньшей мере первую и вторую наружные кольцеобразные канавки, образованные на наружной поверхности концентрично с центральной осью, охватывающий соединитель, имеющий внутреннюю кольцеобразную канавку и по меньшей мере первую и вторую внутренние кольцеобразные канавки, образованные на внутренней выемке концентрично с центральной осью, причем внутренняя выемка предназначена для приема и перекрытия наружной поверхности так, чтобы каждая внутренняя канавка была сцентрирована с соответствующей наружной канавкой для образования по меньшей мере первой и второй дугообразных дорожек, причем диаметр каждой дугообразной дорожки больше диаметра каждой смежной дугообразной дорожки, расположенной ближе к первому концу охватываемого соединителя, и множество шариковых подшипников, принимаемых каждой дорожкой, для упрощения вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, в котором согласно изобретению величины соответствующих диаметров дорожек выбраны такими, что нагрузка между охватываемым и охватывающим соединителями, создаваемая при использовании поворотного соединения, распределяется по существу равномерно между дорожками.

Кроме того, техническая задача решается за счет того, что в поворотном соединении, содержащем центральную ось, охватываемый соединитель, имеющий кольцеобразную наружную поверхность и первый конец, охватывающий соединитель, имеющий кольцеобразную выемку, предназначенную для приема, с возможностью вращения, наружной поверхности и первого конца, и по меньшей мере первое и второе кольцеобразные подшипниковые средства, расположенные между наружной поверхностью и выемкой, для упрощения вращения охватываемого и охватывающего соединителей вокруг центральной оси, причем диаметр каждого подшипникового средства больше диаметра каждого смежного подшипникового средства, расположенного ближе к первому концу охватываемого соединителя, согласно изобретению величины соответствующих диаметров подшипниковых средств выбраны такими, что нагрузка между охватывающим и охватываемым соединителями, создаваемая при использовании поворотного соединения, распределяется по существу равномерно между дорожками.

Далее изобретение будет подробно пояснено со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг. 1 - частичный вид в поперечном разрезе известного подшипникового устройства с тремя дорожками качения, применяемого в поворотном соединении;

фиг. 2 - частичный вид в поперечном разрезе первого варианта исполнения настоящего изобретения, имеющего блок подшипников с тремя дорожками качения в ступенчатой конфигурации и уплотнение прямо вокруг отверстия;

фиг. 3 - частичный вид в поперечном разрезе известного устройства, показанного на фиг. 1, сопоставленного с вторым вариантом исполнения настоящего изобретения, имеющим уплотнение прямо вокруг отверстия;

фиг. 4a - вид в разрезе в увеличенном масштабе шарикового подшипника в известном устройстве с дорожками качения подшипников;

фиг. 4b - вид в разрезе в увеличенном масштабе шарикового подшипника в устройстве подшипниковой дорожки качения в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 5 - частичный вид в разрезе второго варианта исполнения настоящего изобретения, имеющего двухконцевое ступенчатое подшипниковое устройство с двумя дорожками качения.

Фиг. 1 показывает известное поворотное соединение 10, имеющее охватываемый соединитель 12, входящий с возможностью вращения внутрь охватывающего соединителя 14. Образован сквозной канал 16 для жидкости, сообщающийся с трубами или трубопроводами (не показаны) для потока жидкости, проходящими от каждого соединителя. Каждый соединитель 12, 14 имеет соответственно образованное на них множество кольцеобразных канавок 18, 20. Когда соединители 12 и 14 вставлены вместе, канавки 18 и 20 сцентрированы друг с другом, образуя кольцеобразные дорожки 22. В каждой дорожке 22 размещают множество шариковых подшипников 24 для обеспечения подшипниковой опоры и чтобы соединители 12, 14 могли поворачиваться относительно друг друга. Дорожки 22 и шариковые подшипники 24 расположены коаксиально вокруг центральной оси 26 канала 16 для потока. Все дорожки 22 имеют по существу одинаковый радиус. Между аксиальными поверхностями охватываемого соединителя 12 и охватывающего соединителя 14 расположено кольцеобразное эластомерное сжимающееся уплотнение для исключения потока жидкости между ними. Сжимающееся уплотнение 28 установлено с предварительным напряжением.

Когда в канал 16 для потока вводят жидкость под давлением, то создается гидростатическая конечная нагрузка, заставляющая охватываемый и охватывающий соединители 12, 14 смещаться аксиально в сторону друг от друга. Затем шариковые подшипники 24 подвергаются аксиальным равнодействующим силам, которые передаются через поверхности контакта между шариковыми подшипниками 24 и дорожками 22. Равнодействующая сила, которой подвергается каждая дорожка подшипника 22, распределяется относительно соответствующего положения каждой дорожки. Например, канавка 20 охватываемого элемента, расположенная ближе всего к уплотнению 28, подвергается первой нагрузке, вторая канавка подвергается второй нагрузке, которая является накопленной из первой нагрузки, и т. п. Таким образом, с каждой последующей дорожкой 22 подшипника, перемещаемой в сторону от уплотнения 28, нагрузка на канавку 20 охватываемого элемента увеличивается. Охватывающий соединитель 14 подвергается аналогичной нагрузке, причем наивысшая нагрузка будет создаваться на дорожку подшипника, расположенную ближе всего к уплотнению.

Как показано на фиг. 1, в типичном подшипниковом узле с тремя дорожками распределение нагрузки для каждой дорожки 22, начиная с той, которая ближе всего к уплотнению 28, составляет примерно 47, 31 и 22%. Желательно, чтобы нагрузка распределялась более равномерно для уменьшения нагрузки на первую дорожку без уменьшения общей допустимой нагрузки подшипникового узла. Это достигается в соответствии с настоящим изобретением благодаря ступенчатой конфигурации.

Первый вариант исполнения настоящего изобретения показан на фиг. 2. Поворотное соединение 110 имеет охватываемый соединитель 112, принимаемый с возможностью вращения, внутрь охватывающего соединителя 114. Посредством них образуется уплотненный канал 116 для потока жидкости, сообщающийся с трубами или трубопроводами (не показаны) для жидкости, проходящими от каждого соединителя. Каждый соединитель 112, 114 имеет соответственно образованное на нем множество кольцеобразных канавок 118, 120. Когда соединители 112 и 114 вставляют вместе, канавки 118 и 120 центрируются друг с другом, образуя кольцеобразные дорожки качения 122 подшипников. В каждой дорожке 122 расположено множество шариковых подшипников 124 для обеспечения подшипниковой опоры и чтобы соединители 112, 114 могли поворачиваться относительно друг друга. Дорожки 122 и шариковые подшипники 124 расположены коаксиально вокруг центральной оси 126 канала 116 для потока.

Настоящее изобретение относится к ступенчатому устройству, в котором радиусы последовательных дорожек 122 подшипников увеличиваются постепенно в последовательных дорожках 122 в направлении движения в сторону от конца охватываемого соединителя, который контактирует с охватывающим соединителем 114. Эта ступенчатая конструкция обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на каждый шариковый подшипник 124 за счет более равномерного распределения растягивающего напряжения через каждую втулочную секцию на каждой соответствующей дорожке 122.

Количество ступеней может изменяться от двух или более и для каждой ступени может быть одна или более дорожек. Длину радиуса дорожки определяют в функции площади поперечного сечения соединителя в каждом месте дорожки, конечной нагрузки, радиуса дорожки и других параметров. Размеры вычисляют так, чтобы по возможности равномерно распределять конечную нагрузку среди каждой дорожки подшипников. Желательно, хотя это и не требуется, чтобы шариковые подшипники 124 имели одинаковый размер во всем узле 110 и, следовательно, каждая дорожка 122 будет содержать различное количество шариковых подшипников 124.

В соответствии с настоящим изобретением применяют уплотнение 128, имеющее цилиндрическое отверстие типа раскрытого в патенте США N 4930791, причем оно изготовлено из неметаллических материалов, например, "Тефлона", имеющего различные свойства, чем обычные эластомерные сжимаемые уплотнения, например, уплотнение 28 на фиг. 1. Обычные эластомерные материалы для уплотнений имеют присущие им ограничения в отношении экструзии, совместимости с жидкостями, температурного интервала и разрушения. Аксиальные концы охватываемого и охватывающего соединителей 112, 114 имеют пропазованные участки 130 и 132 соответственно, которые образуют пропазованный паз 134, когда соединители 112, 114 соединяют вместе, как показано на фиг. 2.

Уплотнение 128 с цилиндрическим отверстием принимается им так, что внутренняя периферийная поверхность 138 уплотнения становится вровень с внутренней поверхностью канала 116 для потока. Пропазованные участки 130 и 132 имеют аксиальные торцовые части 140 и 142, обращенные друг к другу, которые принимают аксиальные концы уплотнения 128 с цилиндрическим отверстием. Торцевые части 140 и 142 зацепляются аксиальными концами 144 и 146 уплотнения 128 с цилиндрическим отверстием. Наружная периферийная поверхность 148 образует уплотнение с внутренней периферийной поверхностью паза 134.

Поскольку геометрия и материал уплотнения 128 с цилиндрическим отверстием позволяет иметь по существу меньшую площадь поперечного сечения, чем обычное эластомерное уплотнение 28 со сравниваемой характеристикой, то гидростатическая конечная нагрузка и, следовательно, площадь контакта между каждым шариковым подшипником 124 и дорожкой 122 значительно уменьшаются. В результате будет меньше образовываться вмятин на дорожке 122. Узел 110, показанный на фиг. 2, дополнительно включает в себя отверстие 150 для шарикового подшипника и дополнительное кольцеобразное уплотнение из эластомера или другие соответствующие уплотнения 152. Также предусмотрено отверстие для обнаружения утечки 154.

Для дополнительной иллюстрации новизны настоящего изобретения фиг. 3 сравнивает известный узел 10 на фиг. 1 с вторым вариантом 210 устройства в соответствии с настоящим изобретением вдоль центральной линии 200. Поскольку уплотнение 228 с цилиндрическим отверстием имеет более низкий профиль уплотнения, чем обычное уплотнение 28, то радиус 256 уплотнения в соответствии с настоящим изобретением меньше, чем радиус 56 известного уплотнения 28. Результатом этого является то, что меньшая площадь соединителей подвергается гидростатическому давлению и, следовательно, уменьшенной гидростатической конечной нагрузке. В то время, как обычное уплотнение 28 подвергают аксиальному сжатию для его предварительного напряжения, уплотнение 228 с цилиндрическим отверстием свободно от аксиальной нагрузки. Таким образом силы трения между соединителями и уплотнением 228 по существу не существуют, тогда как обычное уплотнение 28 контактирует с охватывающим соединителем 14 на внутренней периферии и аксиальных поверхностях и с охватываемым соединителем 12 на аксиальной поверхности.

Фиг. 4a показывает обычное подшипниковое устройство, подвергаемое гидростатической нагрузке, в котором шариковый подшипник 24 принимается дорожкой 22, образованной канавками 18, 20, в охватываемом и охватывающем соединителях. Типичные дорожки подшипника, например, те, которые показаны на фиг. 4a, обрабатывают на станке как канавки 18, 20, имеющие постоянный радиус 321. Радиус 321 канавок должен быть больше, чем радиус 322 шариковых подшипников до такой степени, чтобы сборка стала возможной. Результатом этого является образование концентрированных зон контакта 318, 320, когда соединители смещаются под действием осевой нагрузки. Такие концентрации нагрузок приводят к образованию вмятин на дорожках.

Для уменьшения концентрации зон контакта, как было описано выше, в соответствии с настоящим изобретением применяют смещенные радиусы, как показано на фиг. 4b. На фиг. 4b видно, что канавка 420 в охватываемом соединителе образована по существу с таким же радиусом, как и шариковый подшипник 424, за исключением, что на вершине 422 канавки 420 имеется прямолинейная часть 425, образованная за счет смещения центральной точки 426 канавки 420 к смещенной центральной точке 428. Канавку 418 в охватывающем соединителе можно образовать по существу с одинаковой кривизной, как и шариковый подшипник 424. Эта конструкция обеспечивает достаточный зазор для упрощения сборки и при этом максимизирует зоны контакта на шариковом подшипнике 424 до соответствующих канавок 418, 420, тем самым уменьшая образование вмятин. Либо одна канавка в соединителе для отдельной дорожки может иметь такой признак, как смещенный радиус, либо обе канавки могут иметь уменьшенное смещенное расстояние.

Фиг. 5 показывает третий вариант исполнения настоящего изобретения, в котором применяют ступенчатую конфигурацию, показанную в конструкции на фиг. 2, имеющий соединители 512, 514, которые расположены торец к торцу и соединены кольцом 513, расположенным вокруг соединителей 512, 514. Каждый соединитель 512, 514 имеет множество ступенчатых канавок 518, 519, соответствующих множеству ступенчатых канавок 520, 521 в кольце 513. Применяют одно уплотнение 538 с цилиндрическим отверстием. Это устройство работает по существу также, как и первый вариант исполнения, показанный на фиг. 2, и имеет по существу те же признаки.

Хотя был описан и показан оптимальный способ осуществления настоящего изобретения, однако должно быть ясно, что в объеме настоящего изобретения возможны модификации и изменения.