Узел конического роликоподшипника (варианты)

Изобретение относится к узлу конического роликоподшипника, используемому в железнодорожных вагонах, в частности к усовершенствованному сепаратору для такого узла конического роликоподшипника. Узел конического роликоподшипника содержит внутреннее кольцо, имеющее обращенную наружу дорожку качения, наружное кольцо, имеющее обращенную внутрь дорожку качения, конические роликовые элементы, расположенные между внутренней и наружной дорожками качения и контактирующие с ними, и цилиндрический сепаратор (80) для обеспечения расстановки и выравнивания роликовых элементов. При этом сепаратор (80) содержит внутреннее кольцо (81), внешнее кольцо (83) и множество гнездовых стержней (85), идущих между кольцом (81) и кольцом (83), а также множество опорных гнездовых стержней (87), идущих между кольцом (81) и кольцом (83), причем каждый стержень (87) имеет полную толщину больше, чем полная толщина каждого стержня (85). Отличиями узла конического роликоподшипника по второму варианту является то, что сепаратор (80) представляет собой единую конструкцию, изготовленную из полимерного материала с наполнителем из стекловолокон. Отличительной особенностью третьего варианта является то, что каждый гнездовой стержень (85) имеет базовую секцию, прикрепленную к кольцу (81), при этом полная толщина каждого стержня (85) меньше, чем толщина базовой секции стержня (85), причем каждый опорный гнездовой стержень (87) имеет базовую секцию, прикрепленную к кольцу (81), при этом полная толщина каждого стержня (87) на большей части его длины ориентировочно соответствует толщине базовой секции стержня (87). Технический результат: снижение вероятности перекоса роликов за счет снижения вибраций сепаратора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предпосылки к созданию изобретения

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к коническим роликоподшипникам, а более конкретно к усовершенствованному сепаратору для таких конических роликоподшипников, предназначенных для использования в железнодорожных вагонах.

Известны узлы роликоподшипников, которые содержат два ряда конических роликоподшипников, предварительно собранных в автономный, предварительно смазанный комплект, предназначенный для установки на цапфы на концах осей или валов. Такие узлы подшипников используют как узлы подшипников вагона, которые устанавливают на цапфы на концах осей вагона. В подшипниках этого типа типично используют два ряда конических роликоподшипников, установленных соответственно на каждом конце внутри общего наружного кольца подшипника, причем их соответствующие опорные конусы имеют внутренний диаметр, выбранный так, чтобы обеспечивать посадку с натягом на цапфу оси, при этом цилиндрическая втулка или распорка, установленная между указанными конусами, обеспечивает точную расстановку (точный промежуток между рядами роликоподшипников) на цапфе. Сепаратор удерживает конические роликоподшипники в каждом ряду с промежутками друг от друга и при надлежащем выравнивании (соосности). Уплотнения, установленные внутри на каждом конце наружного кольца подшипника, обеспечивают плотный контакт с компенсационными кольцами, упирающимися в наружные концы соответствующих опорных конусов на каждом конце узла.

В типичной конструкции железнодорожного вагона осевая цапфа обработана с галтелью на внутреннем (бортовом) конце, причем заднее кольцо, имеющее поверхность, дополнительную к контуру галтели, и поверхность упора для входа в зацепление с внутренним концом внутреннего компенсационного кольца, точно устанавливает узел подшипника на цапфе. Торцевой колпак, который установлен на конце оси при помощи болтов, ввинченных в отверстия на конце оси, входит в зацепление с внешним (забортным) компенсационным кольцом и зажимает весь узел на конце оси. Компенсационные кольца типично имеют внутренний диаметр, размер которого выбран так, что позволяет обеспечивать посадку с натягом на цапфу по меньшей мере на части ее длины, так чтобы весь узел как единое целое был запрессован на конец цапфы вала.

Сущность изобретения

В соответствии с изобретением предлагается узел конического роликоподшипника, который содержит внутреннее кольцо (или конус), плотно надетое на участок цапфы оси или вала. Внутреннее кольцо имеет обращенную наружу дорожку качения. Внешнее или наружное кольцо имеет обращенную внутрь дорожку качения. Роликовые элементы расположены между внутренней и наружной дорожками качения и контактируют с ними. Сепаратор представляет собой единую конструкцию, которая позволяет выравнивать роликовые элементы и удерживать их с промежутком друг от друга. Сепаратор изготовлен из найлона или полимера с волокнистым материалом наполнителя и имеет усовершенствованную конструкцию с усиленными опорными гнездовыми стержнями.

Заднее кольцо имеет профилированную поверхность, дополнительную к профилированной поверхности галтели, образованной на оси, и входящую в зацепление с ней. Галтель идет от цапфы до заплечика на оси. За счет взаимодействия профилированных поверхностей исключается осевое перемещение заднего кольца вдоль вала (оси). Компенсационное кольцо введено между внутренней дорожкой качения и задним кольцом и входит в зацепление с ними.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан разрез осевой цапфы, на которой установлен узел конического роликоподшипника в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 показан вид в перспективе сепаратора для узла конического роликоподшипника в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.3 показан частично сепаратор для узла конического роликоподшипника в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой узел конического роликоподшипника, обозначенный в общем виде позицией 10, показан установленным на цапфе 12, на свободном, консольном конце вала или оси 14, а типично оси вагона. Цапфа 12 подвергнута механической обработке с очень жесткими допусками и заканчивается на ее внутреннем конце профилированной галтелью 22, переходящей в цилиндрический заплечик 18 оси 14. На свободном конце оси участок цапфы 12 заканчивается имеющим небольшую конусность или коническим направляющим участком 24, размеры которого выбраны так, чтобы облегчить установку узла подшипника на цапфу. Множество резьбовых отверстий 26 образованы в торце оси 14 для приема винтов или болтов 28, предназначенных для крепления контровочного колпака 30 подшипника на конце оси, чтобы зажимать подшипник в заданном положении, как это описано далее более подробно.

Узел 10 конического роликоподшипника предварительно собирают ранее его установки и устанавливают на цапфе 12, зажимая его при помощи колпака 30. Узел конического роликоподшипника содержит единое наружное кольцо 32 подшипника, имеющее пару дорожек 34, 36 качения, образованных рядом друг с другом, которые взаимодействуют с парой соответствующих конусов 38, 40 подшипника, чтобы поддерживать соответственно два ряда конических роликов 42, 44 между собой. Центральная распорка 46 установлена между конусами 38, 40 для того, чтобы поддерживать конусы с точным промежутком друг от друга.

Наружное кольцо 32 подшипника содержит цилиндрические расточки 48, 50 на своих противоположных концах, снаружи от дорожек 34, 36 качения, и пару уплотнений 52, 54, которые запрессованы соответственно в каждую из цилиндрических расточек 48, 50. Уплотнения 52, 54 содержат соответствующие упругие уплотняющие элементы 56, 58, которые установлены с трением на паре компенсационных кольцевых втулок 60, 62 соответственно и образуют уплотнение с парой компенсационных кольцевых втулок 60, 62, направленные внутрь концы которых входят в зацепление с направленными наружу концами соответствующих конусов 38, 40 подшипника. Другой конец компенсационной кольцевой втулки 60 входит в цилиндрическую расточку 64 в осевом направленном наружу конце заднего кольца 66, которое, в свою очередь, имеет расточку 68 на своем другом конце, размер которой выбран так, чтобы принимать при посадке с натягом цилиндрический заплечик 18 оси 14. Расточка 64 и внешний диаметр компенсационной кольцевой втулки 60 тоже имеют такие размеры, которые обеспечивают посадку с натягом, так что компенсационная кольцевая втулка 60 будет запрессована в заднее кольцо 66, которое подвергнуто точной механической обработке, чтобы получить профилированную внутреннюю поверхность 70, дополнительную к профилю галтели 22 и входящую в зацепление с ней, когда подшипник устанавливают на оси. Направленный наружу конец втулки 62 упирается в контровочный колпак 30.

Сепаратор 80 типично представляет собой единую конструкцию, изготовленную из полимерного материала, такого как полимер или найлон. Материал сепаратора 80 дополнительно содержит наполнитель из волокон, а обычно из стекловолокон или углеродных волокон, обычно имеющих длину по меньшей мере 10 мм или больше, причем содержание волокнистого наполнителя обычно составляет по меньшей мере от 25 до 50% от веса собственно полимерного материала сепаратора.

Сепаратор 80 может быть изготовлен при помощи операции литьевого формования с использованием полимера или найлона. Стекловолокна или углеродные волокна могут быть добавлены в процесс получения одноосно ориентированного волокнистого пластика, чтобы повысить прочность полимерного материала.

Сепаратор 80 может быть изготовлен при помощи процесса литьевого формования с использованием полимера или найлона. Стекловолокна или углеродные волокна могут быть добавлены в совмещенную операцию компаундирования, чтобы повысить прочность собственно полимерного материала сепаратора.

Можно видеть, что сепаратор 80 имеет в целом цилиндрическую конструкцию. Сепаратор 80 содержит в целом круговое внутреннее кольцо 81 и в целом круговое внешнее кольцо 83 большего диаметра. Множество гнездовых стержней 85 идут от внутреннего кольца 81 до внешнего кольца 83, чтобы создать конструктивную поддержку между внутренним кольцом 81 и внешним кольцом 83 сепаратора.

Множество опорных гнездовых стержней 87 также идут от внутреннего кольца 81 до внешнего кольца 83, чтобы создать конструктивную поддержку между внутренним кольцом 81 и внешним кольцом 83 сепаратора.

Можно видеть, что каждый гнездовой стержень 85 содержит базовую секцию 86 с радиальной толщиной, равной радиальной толщине внутреннего кольца 81. Однако каждый гнездовой стержень 85 имеет коническую область 89, в которой радиальная толщина снижается до размера А, который меньше, чем радиальная толщина базовой секции 86.

Можно видеть, что каждый опорный гнездовой стержень 87 содержит базовую секцию 88 с радиальной толщиной, равной радиальной толщине внутреннего кольца 81. Однако каждый опорный гнездовой стержень 87 продолжается с радиальной толщиной В, которая больше, чем радиальная толщина А гнездового стержня 85, на большей части его длины.

В сепараторе 80, который показан на фиг.2, имеется несколько гнездовых стержней 85 и опорных гнездовых стержней 87. Для того чтобы смазочные материалы могли проходить внутрь узла 10 конического роликоподшипника, нежелательно иметь все опоры между внутренним кольцом 81 и внешним кольцом 83 в виде опорных гнездовых стержней 87. Однако выполнение нескольких опор в виде более прочных опорных гнездовых стержней 87 позволяет обеспечивать лучшее выравнивание конических роликов 42 и 44. В тяжелых условиях эксплуатации, которым подвержены грузовые железнодорожные вагоны, конические ролики 42 и 44 могут перекашиваться или терять соосность за счет вибрации, которая приложена к подшипнику 10 при его работе в типичном железнодорожном вагоне. Температуры, которым подвергается сепаратор 80 за счет нагревания конических роликов 42 и 44, также могут способствовать вибрации роликов 42 и 44 и приводить к несоосности конических роликов 42 и 44. Даже в эксплуатируемых в настоящее время полимерных сепараторах гнездовые стержни сепаратора могут перемещаться и допускать несоосность конических роликов. Усовершенствованный сепаратор в соответствии с настоящим изобретением снижает возможность такой вибрации сепаратора и возникновения несоосности конических роликов.

Фактически потенциальные вибрации сепаратора ограничены величиной меньше, чем 0.03 дюйма, главным образом за счет повышенной жесткости опор. Кроме того, могут быть созданы уменьшенные зазоры между роликами и сепаратором за счет усовершенствованной конструкции и использования материала с пониженным коэффициентом теплового расширения. Пониженный коэффициент теплового расширения позволяет иметь более жесткие допуски гнезда, за счет чего могут быть снижены вибрации сепаратора. Пониженные вибрации сепаратора и гнезда с меньшими зазорами позволяют снизить вероятность перекоса роликов.

Снижение вибраций сепаратора позволяют снизить вероятность перекоса роликов за счет вибрации узла подшипника.

Под вибрацией сепаратора понимают величину возможного радиального перемещения сепаратора в конкретной сборке роликов и конуса.

Вибрации сепаратора происходят в диапазоне перемещений, допустимых в радиальном направлении сепаратора, на компонентах внутренней дорожки качения.

1. Узел конического роликоподшипника, который содержит: внутреннее кольцо роликоподшипника, имеющее обращенную наружу дорожку качения, наружное кольцо роликоподшипника, имеющее обращенную внутрь дорожку качения, и конические роликовые элементы, расположенные между внутренней и наружной дорожками качения и контактирующие с ними, и цилиндрический сепаратор для обеспечения расстановки и выравнивания роликовых элементов, который содержит внутреннее кольцо, внешнее кольцо и множество гнездовых стержней, идущих между внутренним кольцом и внешним кольцом сепаратора, а также множество опорных гнездовых стержней, идущих между внутренним кольцом и внешним кольцом сепаратора, причем каждый опорный гнездовой стержень имеет полную толщину больше, чем полная толщина каждого гнездового стержня.

2. Узел конического роликоподшипника по п.1, в котором каждый гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу сепаратора, причем полная толщина каждого гнездового стержня меньше, чем толщина базовой секции гнездового стержня.

3. Узел конического роликоподшипника по п.1, в котором каждый опорный гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу сепаратора, причем полная толщина каждого опорного гнездового стержня на большей части его длины ориентировочно соответствует толщине базовой секции опорного гнездового стержня.

4. Узел конического роликоподшипника по п.1, в котором каждый гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу сепаратора, причем полная толщина каждого гнездового стержня меньше, чем толщина базовой секции гнездового стержня, при этом каждый опорный гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу сепаратора, причем полная толщина каждого опорного гнездового стержня на большей части его длины ориентировочно соответствует толщине базовой секции опорного гнездового стержня.

5. Узел конического роликоподшипника по п.1, в котором каждый гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу сепаратора, причем каждый гнездовой стержень имеет конусность по его толщине от базовой секции, так что полная толщина каждого гнездового стержня меньше, чем толщина базовой секции гнездового стержня.

6. Узел конического роликоподшипника по п.1, в котором сепаратор представляет собой единую конструкцию, изготовленную из полимерного материала с наполнителем из стекловолокон.

7. Узел конического роликоподшипника по п.6, в котором полимерный материал представляет собой найлон, а стекловолокна в наполнителе имеют длину свыше 10 мм.

8. Узел конического роликоподшипника по п.6, в котором содержание стекловолокнистого наполнителя составляет по меньшей мере 25% от веса полимерного материала.

9. Узел конического роликоподшипника по п.1, в котором сепаратор изготовлен при помощи литьевого формования из найлонового полимерного материала, который содержит по меньшей мере 25% по весу наполнителя из стекловолокон длиной по меньшей мере 10 мм.

10. Узел конического роликоподшипника, который содержит: внутреннее кольцо роликоподшипника, имеющее обращенную наружу дорожку качения, наружное кольцо роликоподшипника, имеющее обращенную внутрь дорожку качения, и конические роликовые элементы, расположенные между внутренней и наружной дорожками качения и контактирующие с ними, и цилиндрический сепаратор для обеспечения расстановки и выравнивания роликовых элементов, который содержит внутреннее кольцо, внешнее кольцо и множество гнездовых стержней, идущих между внутренним кольцом и внешним кольцом сепаратора, а также множество опорных гнездовых стержней, идущих между внутренним кольцом и внешним кольцом сепаратора, причем каждый опорный гнездовой стержень имеет полную толщину больше, чем полная толщина каждого гнездового стержня, при этом сепаратор представляет собой единую конструкцию, изготовленную из полимерного материала с наполнителем из стекловолокон.

11. Узел конического роликоподшипника по п.10, в котором каждый гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу, причем полная толщина каждого гнездового стержня меньше, чем толщина базовой секции гнездового стержня.

12. Узел конического роликоподшипника по п.10, в котором каждый опорный гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу, причем полная толщина каждого опорного гнездового стержня на большей части его длины ориентировочно соответствует толщине базовой секции опорного гнездового стержня.

13. Узел конического роликоподшипника по п.10, в котором каждый гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу, причем полная толщина каждого гнездового стержня меньше, чем толщина базовой секции гнездового стержня, при этом каждый опорный гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу, причем полная толщина каждого опорного гнездового стержня на большей части его длины ориентировочно соответствует толщине базовой секции опорного гнездового стержня.

14. Узел конического роликоподшипника по п.10, в котором каждый гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу, причем каждый гнездовой стержень имеет конусность по его толщине от базовой секции, так что полная толщина каждого гнездового стержня меньше, чем толщина базовой секции гнездового стержня.

15. Узел конического роликоподшипника по п.10, в котором полимерный материал представляет собой найлон, а стекловолокна в наполнителе имеют длину свыше 10 мм.

16. Узел конического роликоподшипника по п.10, в котором содержание стекловолокнистого наполнителя составляет по меньшей мере 25% от веса найлонового полимерного материала.

17. Узел конического роликоподшипника по п.10, в котором сепаратор изготовлен при помощи литьевого формования из найлонового полимерного материала, который содержит по меньшей мере 25% по весу наполнителя из стекловолокон длиной по меньшей мере 10 мм.

18. Узел конического роликоподшипника, который содержит: внутреннее кольцо роликоподшипника, имеющее обращенную наружу дорожку качения, наружное кольцо роликоподшипника, имеющее обращенную внутрь дорожку качения, и конические роликовые элементы, расположенные между внутренней и наружной дорожками качения и контактирующие с ними, и цилиндрический сепаратор для обеспечения расстановки и выравнивания роликовых элементов, который содержит внутреннее кольцо, внешнее кольцо и множество гнездовых стержней, идущих между внутренним кольцом и внешним кольцом сепаратора, а также множество опорных гнездовых стержней, идущих между внутренним кольцом и внешним кольцом сепаратора, причем каждый опорный гнездовой стержень имеет толщину больше, чем толщина каждого гнездового стержня, при этом сепаратор представляет собой единую конструкцию, изготовленную из найлонового полимерного материала со стекловолокнистым наполнителем, причем каждый гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу, при этом полная толщина каждого гнездового стержня меньше, чем толщина базовой секции гнездового стержня, причем каждый опорный гнездовой стержень имеет базовую секцию, прикрепленную к внутреннему кольцу сепаратора, при этом полная толщина каждого опорного гнездового стержня на большей части его длины ориентировочно соответствует толщине базовой секции опорного гнездового стержня.

19. Узел конического роликоподшипника по п.18, в котором потенциальная вибрация сепаратора составляет меньше, чем 0,03 дюйма.

20. Узел конического роликоподшипника по п.18, в котором содержание стекловолокнистого наполнителя составляет по меньшей мере 25% от веса найлонового полимерного материала, причем стекловолокнистый наполнитель имеет стекловолокна длиной свыше 10 мм.