Патент на изобретение №2272944

(54) СЕПАРАТОР ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения, работающим в узлах машин и механизмов. Сепаратор подшипника качения состоит из неразъемно-соединенных между собой двух одинаковых полусепараторов с гнездами для тел качения, перемычками между гнезд, основой, самосмазывающим наполнителем и каркасом, который установлен в слое наполнителя. Основа выполнена из материала более прочного, чем материал наполнителя и каркаса, и/или с дополнительным упрочнением. Наполнитель выполнен из антифрикционного материала, совместимого с материалом основы, и объединен с основой с образованием прочной связи, при этом наполнителю придана форма, соответствующая форме основы. Полусепараторы снабжены накладками, которые расположены на перемычках и гнездах и закреплены на основе без зазоров и возможности поворота и перемещения между поверхностями гнезд для тел качения в любом из пространственных направлений, а форма и размеры накладок выполнены соответствующими форме и размерам перемычек и гнезд. Технический результат – увеличение усталостной прочности сепаратора за счет увеличения жесткости и прочности его конструкции. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности – к подшипникам качения, работающим в узлах машин и механизмов.

Известен применяющийся в стандартном подшипнике качения (ПК) массивный сепаратор, состоящий из двух полусепараторов с гнездами для тел качения (ТК) и перемычками между ними, соединенными между собой заклепками, установленными в соосных отверстиях перемычек; при этом заклепки содержат стержень с закладной головкой на одном конце и замыкающей головкой на другом конце, сформированной в процессе клепки сепаратора при сборке ПК [1].

Сепаратор ПК при работе испытывает циклические нагрузки растяжения и сжатия, а также подвергается трению со стороны бортиков колец и (или) ТК. В связи с чем большую роль играет усталостная прочность материала и его способность обеспечить скольжение поверхностей деталей с наименьшим трением. Поэтому обычно массивные сепараторы изготавливаются из сплавов цветных металлов, например, из латуни или бронзы. Недостатком такого сепаратора является то, что он обладает сравнительно большой массой и высокой стоимостью. Кроме того, сепаратор такой конструкции является дорогостоящим при изготовлении, так как требует точного изготовления размеров. Для уменьшения массы и стоимости массивных сепараторов их часто изготавливают из текстолита или других полимерных материалов. Так как усталостная прочность полимерных материалов намного меньше, чем у металлов, то такие сепараторы несмотря на хорошие антифрикционные свойства в ряде случаев не находят своего применения.

Известен ряд технических решений, направленных на увеличение усталостной прочности сепаратора при работа ПК. Например, ПК, содержащий наружное и внутреннее кольца, размещенные между ними ТК, а также сепаратор в виде втулки, имеющей на одном торце разделяющие ТК зубья и выполненной из антифрикционного материала; при этом сепаратор снабжен армирующим зубчатым сепаратором в виде втулки, размещенным со стороны зубьев другого сепаратора и охватывающим его зубья своими зубьями, причем армирующий сепаратор выполнен с лапками на концах зубьев, огибающими торец другого сепаратора, и усиками для фиксации ТК, расположенными на перемычках между зубьями и отогнутыми внутрь сепаратора; а торец сепаратора из антифрикционного материала, огибаемый лапками армирующего сепаратора, может быть выполнен со скосом [2]. Другим аналогичным техническим решением является ПК, содержащий наружное и внутреннее кольца и ТК, размещенные между кольцами в зубчатом сепараторе, состоящем из двух частей, одна из которых (армируемая) выполнена из антифрикционного материала и имеет зубцы, а другая (армирующая) выполнена из металла с зубцами, охватывающими зубцы армируемой части; при этом зубцы армирующей части сепаратора имеют длину, обеспечивающую охват зубцов армируемой части по наружной, внутренней цилиндрическим поверхностям и по торцу, при этом охватывающие одну из цилиндрических поверхностей концы упомянутых зубцов соизмеримы по величине с шириной желоба и расположены в нем, а армируемая часть сепаратора имеет контакт с бортом одного из колец [3].

Недостатком конструкции таких сепараторов ПК является то, что они занимают много места во внутренней полости ПК и тем самым не позволяют смазывающему веществу свободно проникать к поверхностям колец, ТК и других деталей ПК, на которых осуществляется трение качения и трение скольжения. Кроме того, сепараторы такой конструкции трудоемки в изготовлении, из-за чего они имеют сравнительно высокую стоимость.

Наиболее близким техническим решением, направленным на увеличение усталостной прочности сепаратора при работе ПК, принятым в качестве прототипа, является металлополимерный сепаратор ПК, состоящий из неразъемно-соединенных между собой двух одинаковых полусепараторов с гнездами для ТК, перемычками между гнезд, основой, наполнителем и металлическим каркасом, который установлен в слое самосмазывающего наполнителя с возможностью перемещения и выполнен в виде теплопроводной сетки, частично выступающей из наполнителя; при этом теплопроводная сетка может быть выполнена из бронзы [4].

Недостатком такого сепаратора является небольшая жесткость основы полусепаратора, которая не обеспечивает длительного восприятия циклических нагрузок, возникающих в сепараторе при работе ПК. Это объясняется следующим. ПК накладывает определенные ограничения на размеры сепаратора – сепаратор не должен выступать за торцы ПК. Поэтому толщина сепаратора принимается, по возможности, наименьшей допустимой из расчета на усталостную прочность. Конструкция описанного металлополимерного сепаратора из-за наличия в ней трех элементов, а именно: основы, наполнителя и каркаса не позволяет выполнить сепаратор с достаточной толщиной основы. Поэтому прочность сепаратора, зависящая в основном от толщины основы, несколько снижена. Увеличение толщины сепаратора недопустимо, так как в большинстве случаев это приводит к снижению рабочих характеристик ПК, таких как грузоподъемность. Из-за подвижности каркаса поверхности гнезд для ТК сепаратора в процессе работы ПК постоянно меняют свою форму. Каждое гнездо приобретает форму, отличную от форм остальных гнезд сепаратора, что приводит к постоянному изменению жесткости сепаратора. Все это, в конечном счете, снижает усталостную прочность сепаратора.

Целью изобретения является увеличение усталостной прочности сепаратора за счет увеличения жесткости и прочности его конструкции.

Указанная цель достигается следующим.

1. Сепаратор ПК, состоящий из неразъемно-соединенных между собой двух одинаковых полусепараторов с гнездами для ТК, перемычками между гнезд, основой, самосмазывающим наполнителем и каркасом, который установлен в слое наполнителя, отличающийся тем, что:

1.1. Основу выполняют из материала более прочного, чем материал наполнителя и каркаса, и/или с дополнительным упрочнением, например, из пружинной стальной ленты, или из стали обыкновенного качества с дробеструйной обработкой, или алмазным выглаживанием, или термообработкой, или любыми другими приемлемыми способами.

1.2. Наполнитель выполняют из антифрикционного материала, совместимого с материалом основы.

1.3. Наполнитель объединяют с основой с образованием прочной связи, например, клееной, или сварной, или паяной, или любой другой.

1.4. Наполнителю придают форму, соответствующую форме основы.

1.5. Полусепараторы снабжают накладками, которые располагают на перемычках и гнездах для ТК.

1.6. Накладки закрепляют на основе без зазоров и возможности поворота и перемещения между поверхностями гнезд для ТК в любом из пространственных направлений.

1.7. Форму и размеры накладок выполняют соответствующими форме и размерам перемычек и гнезд для ТК.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что накладки выполняют из материала, прочность которого не менее, чем прочность основы.

3. Сепаратор по п.1 или п.2, отличающийся тем, что:

3.1. Форму накладок выполняют коробчатой, например, с открытой полостью в сторону, противоположную стороне присоединения смежного полусепаратора, или с открытой полостью в сторону присоединения смежного полусепаратора.

3.2. Накладки устанавливают на перемычках и гнездах для ТК с предварительным натягом.

4. Сепаратор по п,1 или п.2 отличающийся тем, что:

4.1. Накладки выполняют П-образной формы со средней и двумя боковыми полками.

4.2. Боковые полки накладок выполняют в виде чередующихся клиновых выступов и впадин, по меньшей мере, по одному выступу и одной впадине на одной боковой полке.

4.3. Клиновые выступы и впадины покрывают коррозионным материалом, например, раствором кислоты, щелочи, соли или любым другим коррозионным веществом.

4.4. В собранном сепараторе каждая пара сопряженных накладок взаимодействует между собой боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин с образованием неразъемного соединения.

4.5. Длину боковых полок накладок устанавливают не менее толщины материала сепаратора.

4.6. Угол между боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин принимают не более пяти градусов.

4.7. Размеры клиновых выступов и впадин устанавливают в пределах размеров боковых полок накладок.

5. Сепаратор по п.4 отличающийся тем, что:

5.1. Накладки выполняют за одно целое с перемычками полусепараторов.

5.2. Боковые полки располагают на наружном и внутреннем диаметрах сепаратора.

5.3. Ширину полусепаратора устанавливают не более половины ширины сепаратора в собранном ПК.

5.4. Между перемычками полусепараторов образуют полость, которую заполняют наполнителем или оставляют свободной.

6. Сепаратор по п.1 или п.2, отличающийся тем, что:

6.1. Накладки выполняют за одно целое с перемычками полусепараторов.

6.2. Накладки выполняют П-образной формы со средней и двумя боковыми полками.

6.3. Боковые полки накладок выполняют в виде чередующихся клиновых выступов и впадин, по меньшей мере, по одному выступу и одной впадине на одной боковой полке.

6.4. Клиновые выступы и впадины покрывают коррозионным материалом, например, раствором кислоты, щелочи, соли или любым другим коррозионным веществом.

6.5. В собранном сепараторе каждая пара сопряженных накладок взаимодействует между собой боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин с образованием неразъемного соединения.

6.6. Длину боковых полок накладок устанавливают не менее толщины материала сепаратора.

6.7. Угол между боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин принимают не более пяти градусов.

6.8. Размеры клиновых выступов и впадин устанавливают в пределах размеров боковых полок накладок.

6.9. Боковые полки располагают на наружном и внутреннем диаметрах сепаратора.

6.10. Ширину полусепаратора устанавливают не более половины ширины сепаратора в собранном ПК.

6.11. Между перемычками полусепараторов образуют полость, которую заполняют наполнителем или оставляют свободной.

Указанные выше отличия заявленного устройства от конструкции прототипа необходимы для достижения поставленной цели и объясняются следующим:

1.1) Основу выполняют из материала более прочного, чем материал наполнителя и каркаса, и/или с дополнительным упрочнением, для того чтобы обеспечить необходимую усталостную прочность сепаратора. Требуемая усталостная прочность материала основы обеспечивается или подбором соответствующего материала, или материалом, который дополнительно подвергается упрочнению. Например, сталь обыкновенного качества в состоянии поставки обладает сравнительно невысокой прочностью, но может быть подвергнута дробеструйной обработке, или алмазному выглаживанию, или термообработке с целью упрочнения. В качестве более прочного материала может быть взята пружинная стальная лента, которую нет необходимости подвергать упрочнению и которая в состоянии поставки имеет требуемую прочность.

1.2) Наполнитель выполняют из антифрикционного материала, совместимого с материалом основы для того, чтобы была возможность объединить основу и наполнитель в одно целое и создать между ними прочную связь. Создание такой связи необходимо, в частности, для того, чтобы материал наполнителя не отслаивался от основы. Отслоение самосмазывающего наполнителя от основы (разрушение антифрикционного покрытия) нарушает функцию сепаратора и, в конечном счете, приводит к преждевременному выходу из строя ПК.

1.3) Наполнитель объединяют с основой с образованием прочной связи для того, чтобы основа и наполнитель составляли одно целое и имели более лучшие характеристики по усталостной прочности. Это объясняется тем, что наполнитель в меньшей степени, но также несет нагрузку, воспринимаемую сепаратором. Поэтому наличие прочной связи между основой и наполнителем способствует увеличению прочности сепаратора. Наполнитель может быть объединен с основой, например, клееной, или сварной, или паяной, или любой другой связью, обеспечивающей требуемую прочность их объединения и прочность сепаратора. Причем наполнитель и основа, объединенные любым способом до изготовления полусепаратора, позволяют снизить затраты на производство сепаратора.

1.4) Наполнителю придают форму, соответствующую форме основы для того, чтобы обеспечить прочную связь между основой и наполнителем по всей поверхности взаимодействия наполнителя с основой. А также для того, чтобы поверхность основы на всей своей протяженности была покрыта равномерным слоем наполнителя требуемой толщины.

1.5) Полусепараторы снабжают накладками, которые располагают на перемычках и гнездах для ТК для того, чтобы увеличить жесткость перемычек и тем самым обеспечить требуемую усталостную прочность сепаратора. Накладки позволяют сепаратору сохранять форму гнезд для ТК при работе ПК.

1.6) Накладки закрепляют на основе без зазоров и возможности поворота и перемещения между поверхностями гнезд для ТК в любом из пространственных направлений для того, чтобы обеспечить восприятие циклических нагрузок, действующих при работе ПК на сепаратор, и тем самым несколько разгрузить его.

1.7) Форму и размеры накладок выполняют соответствующими форме и размерам перемычек и гнезд для ТК для того, чтобы придать накладкам как можно большие размеры и тем самым большую жесткость. А также для того, чтобы обеспечить закрепление накладок без зазоров и возможности поворота и перемещения между поверхностями гнезд для ТК в любом из пространственных направлений.

2) Накладки выполняют из материала, прочность которого не менее, чем прочность основы, для того, чтобы повысить прочность перемычек и гнезд, чем увеличивается усталостная прочность сепаратора.

3.1) Форму накладок выполняют коробчатой для того, чтобы уменьшить их материалоемкость без изменения прочности, а также по возможности повысить их жесткость. При этом накладки могут быть размещены на перемычках любым возможным способом, что не влияет на их прочность и жесткость. Например, накладки могут быть установлены открытой полостью в сторону, противоположную стороне присоединения смежного полусепаратора или с открытой полостью в сторону присоединения смежного полусепаратора.

3.2) Накладки устанавливают на перемычках и гнездах для ТК с предварительным натягом для того, чтобы создать в перемычках изначально небольшие растягивающие напряжения и тем самым несколько увеличить жесткость конструкции сепаратора. А также для того, чтобы обеспечить более точное позиционирование гнезд сепаратора и тем самым обеспечить точное размещение ТК во внутренней полости ПК при его работе.

4.1); 6.2) Накладки выполняют П-образной формы со средней и двумя боковыми полками для того, чтобы накладки могли охватывать сепаратор своими поверхностями и образовывать прочное неразъемное соединение. Кроме того, такие накладки позволяют исключить применение заклепок для неразъемного соединения полусепараторов в одно целое – сепаратор.

4.2); 6.3) Боковые полки накладок выполняют в виде чередующихся клиновых выступов и впадин, по меньшей мере, по одному выступу и одной впадине на одной боковой полке для того, чтобы клиновые выступы и впадины боковых полок накладок взаимодействовали с клиновыми впадинами и выступами боковых полок смежных накладок соответственно и образовывали неразъемное соединение.

4.3); 6.4) Клиновые выступы и впадины покрывают коррозионным материалом, например, раствором кислоты, щелочи, соли или любым другим коррозионным веществом для того, чтобы после сборки сепаратора клиновые выступы и впадины взаимодействовали между собой с образованием неразъемного соединения не только механическим образом, но еще и химическим. Это объясняется, например, следующим. Окисленные детали трудно разъединить из-за возникших в контакте между ними химических связей материалов с пленками окислов обеих деталей. При этом окислы обычно имеют больший объем, чем сам материал. Поэтому между окисленными деталями возникают внутренние напряжения, упрочняющие соединение.

4.4); 6.5) В собранном сепараторе каждая пара сопряженных накладок взаимодействует между собой боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин с образованием неразъемного соединения для того, чтобы обеспечить соединению накладок необходимую прочность и тем самым придать жесткость собранному сепаратору.

4.5); 6.6) Длину боковых полок накладок устанавливают не менее толщины материала сепаратора для того, чтобы клиновые выступы и впадины могли взаимодействовать между собой в собранном сепараторе. Кроме того, выполнение элементов менее толщины материала вызывает большие затруднения.

4.6); 6.7) Угол между боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин принимают не более пяти градусов, для того чтобы обеспечить заклинивание выступов во впадинах и таким образом создать прочное соединение.

4.7); 6.8) Размеры клиновых выступов и впадин устанавливают в пределах размеров боковых полок накладок потому, что клиновые выступы и впадины не должны выходить за пределы накладок.

5.1); 6.1) Накладки выполняют за одно целое с перемычками полусепараторов для того, чтобы обеспечить технологичность конструкции. Уменьшение количества изготавливаемых и собираемых деталей всегда повышает технологичность конструкции.

5.2); 6.9) Боковые полки располагают на наружном и/или внутреннем диаметрах сепаратора для того, чтобы увеличить жесткость сепаратора.

5.3); 6.10) Ширину полусепаратора устанавливают не более половины ширины сепаратора в собранном ПК для того, чтобы уменьшить силы трения, действующие на сепаратор со стороны вращающихся ТК при работе ПК. Это объясняется тем, что силы трения ТК о сепаратор тем меньше, чем дальше от середины сепаратора находятся точки касания ТК о сепаратор.

5.4); 6.11) Между перемычками полусепараторов образуют полость, которую заполняют наполнителем или оставляют свободной для того, чтобы улучшить условия смазки ТК. При наличии в полости наполнителя увеличивается количество самосмазывающего вещества вокруг ТК, а наличие свободной полости в пространстве между гнездами для ТК позволяет улучшить циркуляцию смазывающего вещества вокруг ТК. И то и другое способствует уменьшению сил трения между гнездами и ТК.

Таким образом, предлагаемый сепаратор позволяет увеличить усталостную прочность сепаратора ПК за счет увеличения жесткости и прочности его конструкции.

На фиг.1 изображен сепаратор подшипника качения в двух проекциях с элементами. На фиг.2 изображены две проекции сепаратора ПК с накладками, составляющими одно целое с перемычками полусепараторов.

Сепаратор ПК состоит из неразъемно-соединенных между собой двух одинаковых полусепараторов 1 с гнездами 2 для ТК и перемычками 3 между гнезд 2. Каждый полусепаратор 1 имеет основу 4, наполнитель 5 и каркас 6, который установлен в слое наполнителя 5. Сепаратор снабжен накладками 7, которые расположены на перемычках 3 между гнезд 2 для ТК и выполнены соответствующими форме и размерам перемычек 3 и гнезд 2 для ТК. При этом накладки 7 выполняют коробчатой или П-образной формы. Накладки 7 коробчатой формы (см. фиг.1) установлены и закреплены на перемычках 3 между гнезд 2 своими открытыми полостями в сторону, противоположную стороне присоединения смежного полусепаратора 1. Накладки 7 П-образной формы (см. фиг.2), выполненные за одно целое с перемычками 3 полусепараторов 1, взаимодействуют между собой боковыми поверхностями клиновых выступов 9 и впадин 10 с образованием неразъемного соединения.

Сепаратор подшипника качения работает только в составе ПК. Работа сепаратора заключается в обеспечении разделения вращающихся ТК. При этом сепаратор, состоящий из двух одинаковых полусепараторов, не позволяет поверхностям ТК соприкасаться друг с другом при работе ПК. Это обеспечивается тем, что полусепараторы имеют гнезда для ТК и перемычки. При этом накладки увеличивают жесткость и прочность сепаратора и не позволяют усилиям со стороны ТК рассоединить полусепараторы и тем самым нарушить целостность сепаратора. Выполнение накладок за одно целое с перемычками полусепараторов и образование полости между перемычками позволяет уменьшить силы трения между гнездами и ТК.

Источники информации

1. Руководящий документ РД ВНИПП.025-02 “Подшипники шариковые радиальные однорядные. Расчет и проектирование”, Москва, ОАО “ВНИПП”, 2002.

2. А.с. СССР №603788 Н.И.Фокин и др. Подшипник качения. М.Кл.² F 16 C 33/38, БИ №15, 1978.

3. А.с. СССР №761757 Н.И.Фокин и др. Подшипник качения. М.Кл.³ F 16 C 33/38, БИ №33, 1980.

4. А.с. СССР №554429 A.M.Красовский. Металлополимерный сепаратор подшипника качения. М.Кл.² F 16 C 33/38, БИ №14, 1977. Прототип.

Формула изобретения

1. Сепаратор подшипника качения, состоящий из неразъемно-соединенных между собой двух одинаковых полусепараторов с гнездами для тел качения, перемычками между гнезд, основой, самосмазывающим наполнителем и каркасом, который установлен в слое наполнителя, отличающийся тем, что основа выполнена из материала более прочного, чем материал наполнителя и каркаса, и/или с дополнительным упрочнением, наполнитель выполнен из антифрикционного материала, совместимого с материалом основы, и объединен с основой с образованием прочной связи, при этом наполнителю придана форма, соответствующая форме основы, полусепараторы снабжены накладками, которые расположены на перемычках и гнездах и закреплены на основе без зазоров и возможности поворота и перемещения между поверхностями гнезд для тел качения в любом из пространственных направлений, а форма и размеры накладок выполнены соответствующими форме и размерам перемычек и гнезд.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что накладки выполнены из материала, прочность которого не менее прочности основы.

3. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что форма накладок выполнена коробчатой, и накладки установлены на перемычках и гнездах с предварительным натягом.

4. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что накладки выполнены П-образной формы со средней и двумя боковыми полками в виде чередующихся клиновых выступов и впадин, покрытых коррозионным материалом, в собранном сепараторе каждая пара сопряженных накладок взаимодействует между собой боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин с образованием неразъемного соединения, при этом длина боковых полок накладок установлена не менее толщины материала сепаратора, угол между боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин принят не более пяти градусов, а размеры клиновых выступов и впадин установлены в пределах размеров боковых полок накладок.

5. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что накладки выполнены за одно целое с перемычками полусепараторов, боковые полки расположены на наружном и внутреннем диаметрах сепаратора, ширина полусепаратора установлена не более половины ширины сепаратора в собранном подшипнике качения, а между перемычками полусепараторов образована полость, которая заполнена наполнителем или оставлена свободной.

6. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что накладки выполнены за одно целое с перемычками полусепараторов П-образной формы со средней и двумя боковыми полками в виде чередующихся клиновых выступов и впадин, покрытых коррозионным материалом, в собранном сепараторе каждая пара сопряженных накладок взаимодействует между собой боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин с образованием неразъемного соединения, при этом длина боковых полок накладок установлена не менее толщины материала сепаратора, угол между боковыми поверхностями клиновых выступов и впадин принят не более пяти градусов, а размеры клиновых выступов и впадин установлены в пределах размеров боковых полок накладок, боковые полки расположены на наружном и внутреннем диаметрах сепаратора, ширина полусепаратора установлена не более половины ширины сепаратора в собранном подшипнике качения, а между перемычками полусепараторов образована полость, которая заполнена наполнителем или оставлена свободной.

РИСУНКИ