опорный подшипниковый узел

Формула изобретения

1. Опорный подшипниковый узел, содержащий корпус, в котором установлен вал, размещенный в радиальных подшипниках, между которыми последовательно расположены вдоль оси вала, по меньшей мере, две опорные секции, каждая из которых содержит последовательно расположенные упор, закрепленный на валу, упорный подшипник скольжения, подвижно установленную опору и упругий элемент, связанный с одной стороны с корпусом, а с другой - с опорой, связанной с корпусом посредством ограничителя поворота опоры относительно оси вала, при этом одна часть упорного подшипника скольжения связана с опорой, а другая его часть - с упором.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент каждой секции выполнен в виде тарельчатой пружины, а опора выполнена с кольцевой проточкой, в которой расположена тарельчатая пружина с возможностью контактирования с ней своим торцом, имеющим меньшую кольцевую площадку, при этом другой торец тарельчатой пружины расположен с возможностью контактирования с опорным диском, связанным с корпусом с возможностью восприятия радиальных усилий при сжатии тарельчатой пружины.

3. Узел по п.1, отличающийся тем, что упоры крайних опорных секций выполнены за одно целое с деталями радиальных подшипников, установленных на валу.

4. Узел по п.1, отличающийся тем, что между опорными секциями расположены компенсаторы погрешностей изготовления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к узлам, воспринимающим повышенные осевые нагрузки, действующие на вал в процессе работы быстроходных механизмов.

Известно, что основным условием повышения несущей способности опорного узла является равномерное распределение нагрузки между опорными элементами. Для этого в опорах быстроходных механизмов используется, например, многорядная установка подшипников (кн. П.И.Орлов «Основы конструирования», Москва, «Машиностроение», 1988 г., с.460-461, 385).

Однако в описанных конструктивных решениях равномерное распределение осевой нагрузки между подшипниками может быть достигнуто только при выполнении жестких требований к точности изготовления опорных деталей и размерных цепей между ними, что усложняет изготовление и сборку опорного узла.

Известен также опорный узел, который содержит корпус, размещенный в радиальных подшипниках вал, и расположенные вдоль оси вала, по крайней мере, две опорные секции, выполненные с упругими элементами, при этом каждая из опорных секций содержит упор, закрепленный на валу с возможностью взаимодействия с опорой, связанной с корпусом (патент США №4,856,914, МПК F 16 C 17/06, от 15.08.1989).

В известной конструкции упорного подшипника для обеспечения распределения нагрузки между опорными элементами опора каждой секции снабжена устройством регулировки осевой нагрузки, которое требует проведения точной настройки для создания в каждой ступени опоры различного предварительного напряжения и соответственно различных противодействующих сил. Кроме того, при сборке указанного опорного узла необходимо выдерживать точную установку зазоров между его элементами. Перечисленные недостатки приводят к значительным трудозатратам при изготовлении и монтаже опорного узла.

Наиболее близким техническим решением является опорный узел по патенту RU №2235226 С2, МПК 7 F 16 C 17/26, опубл. 2002, содержащий корпус, вал, установленный в радиальных подшипниках, и расположенные вдоль оси вала, по крайней мере, две опорные секции, каждая из которых содержит упругий элемент, выполненный в виде тарельчатой пружины, опору, закрепленную в корпусе, и упор, установленный на валу, причем между опорой и упором размещен упорный подшипник скольжения.

Недостаток известного изобретения заключается в том, что закрепление на опоре держателя с одной частью подшипника скольжения и выполнение их контактирующих поверхностей сферическими снижает надежность работы опоры и усложняет процесс сборки и подгонки компенсаторов. Кроме того, упор в указанном опорном узле установлен на валу с возможностью продольного перемещения, что приводит к дисбалансу вала и зависанию упора, особенно при работе быстроходного механизма в сложных условиях, например с насосом, перекачивающим загрязненную жидкость.

Задачей предложенного изобретения является создание опорного узла повышенной грузоподъемности за счет равномерного распределения нагрузки между опорными элементами.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается:

- в выполнении упора неподвижным, что позволяет увеличить грузоподъемность опорного узла и его надежность за счет исключения зависания упора, что особенно важно при эксплуатации опорного узла в загрязненных средах, например в погружных насосных установках, и снижении стоимости изготовления;

- в выполнении опоры дискообразной формы с радиально расположенным штифтом, выполняющим роль ограничителя перемещения и исключающим заклинивание опоры в корпусе при самоустановки, кроме этого такое расположение штифтов уменьшает осевые габариты узла;

- в расположении упругого элемента на опоре, что позволило отказаться от сферических деталей за счет выполнения их функции, а также уменьшить массогабариты узла в целом;

- в исключении шлицевой продольной канавки на валу, что существенно упростило технологию его изготовления;

- в выполнении корпуса в виде единой детали, что упростило технологию изготовления корпуса, повысило надежность и сборку опорного узла.

Учитывая сложность выделения признаков относительно ближайшего аналога и выявление их причинно-следственной связи с техническим результатом, формула изобретения составлена без разделения на ограничительную и отличительную части.

Для достижения технического результата опорный подшипниковый узел содержит корпус, в котором установлен вал, размещенный в радиальных подшипниках, между которыми последовательно расположены вдоль оси вала, по меньшей мере, две опорные секции, каждая из которых содержит последовательно расположенные упор, закрепленный на валу, упорный подшипник скольжения, подвижно установленную опору и упругий элемент, связанный с одной стороны с корпусом, а с другой - с опорой, связанной с корпусом посредством ограничителя поворота опоры относительно оси вала, при этом одна часть упорного подшипника скольжения связана с опорой, а другая его часть - с упором.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы

- упругий элемент каждой опорной секции был бы выполнен в виде тарельчатой пружины, а опора выполнена с кольцевой проточкой, в которой расположена тарельчатая пружина с возможностью контактирования с ней своим торцом, имеющим меньшую кольцевую площадку, при этом другой торец тарельчатой пружины расположен с возможностью контактирования с опорным диском, связанным с корпусом с возможностью восприятия радиальных усилий при сжатии тарельчатой пружины;

- упоры крайних опорных секций были бы выполнены за одно целое с деталями радиальных подшипников, установленных на валу.

- между опорными секциями были бы расположены компенсаторы погрешностей изготовления.

На фиг.1 представлен общий вид опорного подшипникового узла.

На фиг.2 - вид А по фиг.1 на опорную секцию.

Опорный подшипниковый узел состоит из корпуса 1, выполненного из трубы, калиброванной по его внутреннему диаметру. Внутри корпуса 1 размещен вал 2, установленный в верхнем и нижнем радиальных подшипниках 3 и 4, между которыми последовательно расположены, по меньшей мере, две опорные секции 5. Каждая опорная секция 5 содержит последовательно расположенные упор 7, закрепленный на валу 2, упорный подшипник скольжения, подвижно установленную опору 6 и упругий элемент, связанный с одной стороны с корпусом 1, а с другой - с опорой 6. Упорный подшипник скольжения состоит из двух частей 8 и 9, первая из которых связана с опорой 6, а другая часть 9 - с упором 7.

Опора 6 с частью 8 упорного подшипника скольжения закреплена в корпусе 1 с возможностью ее осевых и угловых перемещений с помощью ограничителя перемещений, выполненного в виде штифта 22, размещенного в пазу корпуса 1. Упор 7 с частью 9 упорного подшипника скольжения установлен с заданным зазором относительно корпуса 1 и жестко закреплен на валу 2 с помощью шпонки 10 и стопорного кольца 11. Опора 6 в нижней своей части выполнена с проточкой 12, в которой установлен упругий элемент 13, выполненный в виде тарельчатой пружины, с торцом 14, имеющим меньшую кольцевую опорную площадку, и торцом 15, имеющим большую кольцевую опорную площадку. Причем торец 14 упругого элемента 13 с меньшей кольцевой опорной площадкой контактирует с торцевой поверхностью проточки 12, а торец 15 упругого элемента 13 с большей кольцевой опорной площадкой контактирует с опорным диском 16. Опорный диск 16 в каждой опорной секции 5 установлен с помощью распорной втулки 17 и компенсатора 18 погрешностей изготовления. Радиальные подшипники 3 и 4 вала 2 размещены в калиброванном корпусе 1 и зафиксированы с помощью распорных втулок 17, компенсатора 18 и винтом с гайкой 19.

На чертежах изображен вариант выполнения узла, согласно которому упоры 7 крайних опорных секций выполнены за одно целое с деталями радиальных подшипников 3 и 4, при этом в них установлены ответные части 20 и 21 опорных подшипников скольжения соответственно.

Все опорные секции 5 размещены в корпусе 1 и зафиксированы гайкой 19 посредством резьбового соединения.

Сборка опорного подшипникового узла заключается в последовательном размещении на валу 2 радиального подшипника 3, секций 5 и радиального подшипника 4. После чего шпонкой 10 закрепляют упор 7 и устанавливают компенсаторы 18, подобранные заранее с помощью измерительных колец таким образом, чтобы торцы 15 упругих элементов 13, имеющие большие кольцевые опорные площадки, соприкасались с опорными дисками 16. Затем все секции 5 опорного узла закрепляют в корпусе 1 с помощью гайки 19.

Работает опорный подшипниковый узел следующим образом.

При вращении вала 2, связанного с работающим механизмом, осевая нагрузка воспринимается всеми опорными секциями 5 одновременно. При этом упругие элементы 13 своими торцами 14, имеющими меньшие кольцевые опорные площадки, воспринимают нагрузку и передают ее на упоры 7 через торцы 15, выполненные с большими кольцевыми опорными площадками, опорные диски 16 и компенсаторы 18. При этом обеспечивается сопряжение всех контактирующих поверхностей опорного узла, равномерное восприятие нагрузки упорными подшипниками скольжения 8 и 9 на максимальной площади их сопряжения, а также устраняется неравномерность в распределении нагрузки, обусловленная разностью размерных цепей из-за погрешностей при изготовлении опорного узла. Возникающие в процессе работы быстроходного механизма пульсирующие нагрузки и перекосы в каждой секции 5 опорного подшипникового узла устраняются упругими элементами 13 за счет их выполнения в виде тарельчатых пружин и размещения в проточке 12 опоры 6. При этом точная соосность элементов опорного узла достигается установкой радиальных подшипников 3 и 4 вала 2 в корпусе 1, выполненного из трубы, калиброванной по внутреннему диаметру.

При использовании опорного подшипникового узла в быстроходных механизмах, работающих в сложных условиях, например с насосом для перекачки загрязненных жидкостей, зависания упоров 7 не происходит благодаря неподвижному их закреплению на валу 2 шпонкой 10.

Таким образом, предложенная конструкция опорного узла обладает простотой сборки, что приводит к снижению стоимости изготовления, и обеспечивает при этом повышение надежности при работе с быстроходными механизмами за счет равномерного распределения осевой нагрузки между секциями опорного узла.