Уплотнительное устройство для упорного подшипника качения
Изобретение относится к уплотнительному устройству (14а) на упорном подшипнике качения (10), который состоит из двух вращающихся колец (12, 13), между которыми расположены тела качения (4), причем уплотнительное устройство (14а) уплотняет пространство (16) упорного подшипника качения (10). Уплотнительное устройство (14а) содержит в качестве армирования симметричную относительно оси вращения жесткую втулку (15a, 15b, 15c), которая окружает с внешней стороны оба вращающихся кольца (12, 13), причем уплотнительное устройство (14a, 14b, 14c) зафиксировано с помощью по меньшей мере одного участка крепления (20a, 20b, 20c). Жесткая втулка (15a, 15b, 15c) имеет с ее стороны, указывающей в направлении вращающихся колец (12, 13), уплотняющие участки (19a, 19b) и образует сплошное соединение с эластичным уплотняющим материалом (17), по меньшей мере, на уплотнительных участках (19a, 19b). Жесткая втулка (15a, 15b) имеет расположенный вокруг или частично стабилизирующий участок (18), который выступает по оси в пространство подшипника качения (16) и образует первый уплотняющий участок (19a) из уплотняющих участков (19a, 19b) по отношению к направленной по оси внутренней стенке (21) первого вращающегося кольца (12) обоих вращающихся колец (12, 13), при этом предусмотрена выходящая из участка (18) и опирающаяся на другое вращающееся кольцо (13) рабочая кромка уплотнения (22) из материала (17), которая образует второй уплотняющий участок (19b) из уплотняющих участков (19a, 19b). Также заявлены подвеска автотранспортного средства с упорным подшипником качения (10) и ось с управляемыми колесами автотранспортного средства, содержащую такую подвеску. Технический результат: создание оптимизированной компактной конструкции уплотнительного устройства для упорного подшипника качения, отличающейся простотой и обладающей улучшенной функцией удерживания и высоким качеством уплотнения, и изготовление которого не требует больших затрат. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к упорному подшипнику качения, состоящему из двух вращающихся колец, между которыми расположены тела качения, помещенные в сепаратор для подшипников качения, а для уплотнения пространства, в котором расположены подшипники качения, упорный подшипник качения окружен с внешней стороны уплотнительным устройством.
Упорные подшипники качения, которые называются также упорными подшипниками, испытывают усилия в продольном направлении вала или оси и известны в разнообразных вариантах выполнения. В подвесках колес для транспортных средств обычно устанавливаются поворотные кулаки для крепления управляемых колес с возможностью поворота на балке моста ходовой части. Соединение между поворотным кулаком и балкой моста выполняется посредством шкворня, который устанавливается в соответствующих отверстиях поворотного кулака и балки моста. Осевые усилия между поворотным кулаком и балкой моста передаются через установленный на шкворне упорный подшипник качения. Для того чтобы упорный подшипник качения выполнял свои функции и имел продолжительный срок службы, требуется эффективное уплотнение, которое, с одной стороны, предотвращает вытекание смазочного вещества из подшипника, а с другой стороны, предотвращает проникновение загрязнений в упорный подшипник качения. Такое уплотнение предусмотрено, в частности, для опор поворотных кулаков, в которых смазочное вещество долгое время остается в опоре без дополнительной смазки. Кроме того, для опор поворотных кулаков может быть предусмотрено дополнительное заполнение смазкой, причем опору заполняют смазочным веществом до тех пор, пока оно не начнет выходить в зоне уплотнения.
В документе DE 2102656 A описывается применение упорного подшипника качения в опоре поворотного кулака моста транспортного средства. При этом балка моста опирается через упорный подшипник качения на нижнее приемное устройство поворотного кулака с вилкообразным концом и позволяет проворачивать поворотный кулак. Верхнее вращающееся кольцо упорного подшипника качения расположено в чашеобразном корпусе, край которого, выполненный в виде втулки, охватывает рабочую поверхность нижнего рабочего диска с зазором. Между скосом нижнего вращающегося кольца и образующей поверхность прилегания для нижнего вращающегося кольца торцевой поверхностью нижнего приемного устройства поворотного кулака с вилкообразным концом уплотняющее кольцо прочно зажато с помощью участка в форме валика. Эластичная часть кольца распространяется от валика в пространство между деталью в форме втулки и окружной поверхностью вращающегося кольца. Посредством эластичной части кольца одновременно уплотняется пространство тела качения, т.е. внутреннее пространство упорного подшипника качения.
В основу изобретения положена задача предложить оптимизированную компактную конструкцию уплотнительного устройства для упорного подшипника качения, отличающуюся простотой и обладающую улучшенной функцией удерживания и высоким качеством уплотнения, изготовление которого не требует больших затрат.
Эта задача решается посредством настоящего изобретения, охарактеризованного признаками п. 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения, ссылающихся на п. 1, указываются, соответственно, другие преимущественные варианты выполнения изобретения. Предложенное в изобретении, предназначенное для упорного подшипника качения уплотнительное устройство содержит в качестве армирования симметричную относительно оси вращения жесткую втулку, которая местами образует сплошное соединение с эластичным уплотняющим материалом. В собранном состоянии симметричная относительно оси вращения жесткая втулка окружает оба вращающихся кольца упорного подшипника качения, причем уплотнительное устройство фиксируется на вращающемся кольце, по меньшей мере, на одном участке крепления, выполненном предпочтительно с помощью прессовой посадки.
Посредством непосредственного сплошного соединения уплотняющего материала на жесткой втулке конструктивные элементы соединены друг с другом как единое целое, в результате чего образуется требуемая неразъемная конструкция уплотнительного устройства. Уплотняющие участки могут быть реализованы посредством предпочтительно подвулканизированного или закрепленного с помощью клея уплотняющего материала на жесткой втулке. Уплотняющий материал, согласно изобретению, может иметь специальную форму, или в соединении с жесткой втулкой герметично опираться на вращающиеся кольца, чтобы обеспечить эффективное уплотнение пространства упорного подшипника качения.
Посредством предложенных в изобретении мероприятий, таких как определенная функция удерживания жесткой втулки, на основе непосредственного соединения с уплотняющим материалом одновременно обеспечивается точное монтажное положение уплотняющих участков. Такой принцип действия является предпочтительным в отношении качества уплотнения по сравнению с известными до сих пор, состоящими из двух частей уплотнительными устройствами, в которых уплотнительное кольцо устанавливалось с заданной степенью свободы относительно окружающей снаружи упорный подшипник качения втулки. Простая, оптимизированная, компактная конструкция предложенного в изобретении уплотнительного устройства, кроме того, может быть изготовлена без больших затрат, а также может быть легко смонтирована.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, предусмотрено, что участок крепления уплотнительного устройства образуется посредством того, что концевая зона жесткой втулки зачеканивается на проходящем под углом, или с наклоном, внешнем контуре вращающегося кольца. Для этого альтернативно или дополнительно изобретение содержит участок крепления, который образуется в соединении с уплотняющим материалом жесткой втулки. При этом валик, сформированный уплотняющим материалом и распространяющийся с помощью жесткого элемента, опирается в собранном состоянии на проходящий под углом внешний контур вращающегося кольца подшипника качения.
Предложенная в изобретении конструкция уплотнительного устройства содержит, кроме того, жесткую втулку, которая опирается на вращающееся кольцо упорного подшипника качения через эластичный уплотняющий материал с силовым замыканием для образования первого уплотняющего участка. Для этого жесткая втулка охватывает вращающееся кольцо, предварительно зажимая его с силовым замыканием. Второй работающий совместно с другим вращающимся кольцом уплотняющий участок образует сформированную из уплотняющего материала рабочую кромку уплотнения, которая герметично опирается на вращающееся кольцо.
Преимущественно в изобретении предлагается возможность непосредственно соединять оба вращающихся кольца упорного подшипника качения через уплотнительное устройство с помощью участка крепления. Таким образом, исключается опасность потерять все конструктивные детали подшипника качения, и образуются предварительно собранный блок, который, например, упрощает проведение автоматизированного монтажа. Для того чтобы обеспечить беспрепятственное относительное движение между обоими вращающимися кольцами, предлагается зачеканивать участок крепления с зазором относительно проходящего под углом внешнего контура вращающегося кольца.
Другой предложенный в изобретении вариант выполнения уплотнительного устройства содержит стабилизирующий участок для жесткой втулки. Он содержит расположенную вокруг или частично, выровненную по оси в пространстве подшипника качения, ступень, которая также может быть выполнена в виде выемки. В предпочтительном положении стабилизирующий участок в собранном состоянии опирается с геометрическим замыканием на внутреннюю зону вращающегося кольца. Тем самым зона уплотнения одновременно создается посредством того, что стабилизирующий участок герметично прилегает к вращающемуся кольцу через уплотнительный материал.
Жесткая втулка уплотнительного устройства полностью закрыта с одной стороны уплотняющим материалом предпочтительно в зоне участка крепления, уплотняющего участка, а также стабилизирующего участка. Альтернативно этому жесткая втулка может иметь полностью с одной стороны уплотняющий материал, который крепится, создавая неразъемное соединение, в частности, с помощью вулканизации, или с помощью клея, на внутренней стороне жесткой втулки.
В качестве материала для жесткой втулки, в соответствии с изобретением, предпочтительно применяется листовой материал из металла, из которого могут изготавливаться без снятия стружки, в частности, методом глубокой вытяжки, жесткой втулки, в том числе, в больших количествах и без больших затрат. Для этого может использоваться, в частности, также коррозионно-стойкая листовая сталь с толщиной листа более 0,3 мм, предпочтительно 0,6 мм и менее 1,0 мм.
Согласно другому варианту выполнения изобретения, изобретение содержит элемент для облегчения монтажных работ. Кроме того, жесткая втулка может, например, содержать несколько распределенных по окружности и симметрично расположенных шеек, направленных радиально наружу. Шейки могут использоваться для того, чтобы упростить монтаж уплотнительного устройства с помощью инструмента.
Для уплотнительного устройства, в качестве подходящего эластичного уплотняющего материала, предусмотрен похожий на резину эластомер, например, NBR или ЕРМ (этиленпропиленовый каучук). Этот синтетический материал отличается высокой температуростойкостью, причем его эластичность сохраняется почти без изменений в диапазоне изменения температур от -40 до +50°С, в котором используются автотранспортные средства.
Предпочтительно, согласно изобретению, уплотненный упорный подшипник качения может устанавливаться в осях с управляемыми колесами транспортных средств, в частности, грузовых автомобилей. При этом балка моста в собранном состоянии опирается через упорный подшипник качения на поворотный кулак, который может поворачиваться вокруг шкворня.
Другие признаки изобретения видны из следующего описания и чертежей, на которых в упрощенном виде представлен пример выполнения изобретения. Изобретение не ограничивается этим примером выполнения. Если не указано иное, одинаковые или функционально одинаковые конструктивные элементы обозначены в описании одинаковыми ссылочными позициями.
На чертежах представлено следующее:
Фиг. 1 - фрагмент оси с управляемыми колесами транспортного средства, в котором балка моста опирается через упорный подшипник качения на поворотный кулак.
Фиг. 2 - схематичное изображение упорного подшипника качения в первом примере выполнения предложенного в изобретении уплотнительного устройства.
Фиг. 3 - схематичное изображение упорного подшипника качения во втором примере выполнения предложенного в изобретении уплотнительного устройства.
Фиг. 4 - схематичное изображение упорного подшипника качения в третьем примере выполнения предложенного в изобретении уплотнительного устройства.
На фиг. 1 в схематичном виде показан фрагмент подвески колеса 1 для управляемого переднего колеса автотранспортного средства. Поворотный кулак 2 вместе с соответствующим подшипником ступицы колеса 3, ступица колеса, а также не показанное колесо транспортного средства расположены с возможностью поворота относительно балки моста 5. Поворотный кулак 2 и балка моста 5 соединены друг с другом через шкворень 6 с возможностью поворота. Пригнанный в балке моста 5 шкворень 6 установлен через подшипник 7, например, подшипник скольжения, в верхнем приемном устройстве 9а, а также через два игольчатых подшипника 8а, 8b - в нижнем приемном устройстве 9b поворотного кулака 2 с возможностью вращения. Балка моста 5 опирается через упорный подшипник качения 10, посредством которого направляется шкворень 6, на выступ нижнего приемного устройства 9b поворотного кулака 2. Верхнее вращающееся кольцо 12 упорного подшипника качения 10 при этом соответствует балке моста 5, а нижнее вращающееся кольцо 13 - поворотному кулаку 2. Тела качения 4, установленные предпочтительно в сепараторе подшипника качения, направляются между вращающимися кольцами 12, 13. На внешней стороне упорный подшипник качения 10 окружен уплотнительным устройством 11, которое защищает пространство тел качения 16 от проникающих извне в подшипник качения 10 загрязнений, а также от выхода смазочного вещества.
На фиг. 2 - фиг. 4 показаны устанавливаемые различным образом устройства уплотнений 14а, 14b, 14c в соединении с показанным в схематичном виде упорным подшипником качения 10, вращающиеся кольца 12, 13 которого показаны.
Уплотнительное устройство 14а, согласно фиг. 2, состоит из образующей армирование жесткой втулки 15а, которая окружает с внешней стороны оба вращающихся кольца 12, 13 упорного подшипника качения 10. Жесткая втулка 15а находится в кинематической связи с вращающимися кольцами 12, 13 через уплотняющие участки 19а, 19b, а также участок крепления 20а. С внутренней стороны жесткая втулка 15а закрыта уплотняющим материалом 17 до прилегания по оси к вращающемуся кольцу 12. Первый уплотняющий участок 19а образуется стабилизирующим участком 18, который опирается опосредованно через уплотняющий материал 17 на внутреннюю стенку 21 вращающегося кольца 12 в осевом направлении. Выходящая из стабилизирующего участка 18 и опирающаяся с силовым замыканием на внутреннюю стенку 23 вращающегося кольца 13 рабочая кромка уплотнения 22 образует второй уплотняющий участок 19b. Между вращающимися кольцами 12, 13 жесткая втулка 15а образует улучшающий прочность втулки 15а стабилизирующий участок 18, образованный в виде направленной к пространству тела качения 16 упорного подшипника качения 10 ступени прямоугольной формы. Соответствующий вращающемуся кольцу 13 конец жесткой втулки 15а предусмотрен в качестве участка крепления 20а, который прилегает скошенным внешним контуром 24 вращающегося кольца 13 посредством деформации, или зачеканивания в его конечном положении. В качестве мероприятия, позволяющего уплотнить регулируемый кольцевой зазор 25 со стороны вращающегося кольца 13, уплотняющий материал 17 образует вытянутую в сторону вращающегося кольца 13 рабочую кромку уплотнения 26.
Комплектация упорного подшипника качения 10 уплотнительным устройством 14а, согласно фиг. 2, может выполняться во время проведения монтажа, этапы которого описаны ниже. Сначала жесткая втулка 15а сдвигается до прилегания стабилизирующего участка 18 на вращающееся кольцо 12. Внутренний диаметр жесткой втулки 15а и внешний диаметр вращающегося кольца 12 можно выбирать таким образом, чтобы при стыковке этих конструктивных элементов можно было обеспечить переходную или прессовую посадку. Затем тела качения 4 с сепаратором подшипника или без него устанавливаются в соответствии с вращающимся кольцом 12, прежде, чем другое вращающееся кольцо 13 не будет установлено в осевом направлении в жесткую втулку 15а. После этого выполняется зачеканивание участка крепления 20а до прилегания к проходящему под углом внешнему контуру 24 вращающегося кольца 13. Альтернативно можно установить уплотнительное устройство 14а, опрессовывая его в жесткую втулку 15а, например, с помощью радиально подводимого инструмента для пластической деформации после монтажа стабилизирующего участка 18.
На фиг. 3 показано уплотнительное устройство 14b, которое отличается от уплотнительного устройства 14а по фиг. 2 оформленным иначе участком крепления 20b. К нижнему концу жесткой втулки 15b примыкает образованный уплотнительным материалом 17 валик 27, который образует участок крепления 20b и находится в кинематической связи с наклонным внешним контуром 24 вращающегося кольца 13.
На фиг. 4 показано уплотнительное устройство 14с, жесткая втулка 15с которого не содержит стабилизирующий участок. Функционирующий вместе с вращающимся кольцом 13 участок крепления 20b уплотнительного устройства 14с согласуется с вариантом исполнения в соответствии с фиг. 3. Другой находящийся в соединении с вращающимся кольцом 12 участок крепления 20с уплотнительного устройства 14с аналогичен показанному на фиг. 2 участку крепления 20а. Участок крепления 20с образует соответствующий вращающемуся кольцу 12 конец жесткой втулки 15с, который, в результате деформации в его конечном положении приводится в соответствие с наклонным внешним контуром 28 вращающегося кольца 12. Для того чтобы уплотнить регулируемый кольцевой зазор 29 со стороны вращающегося кольца 12, уплотняющий материал 17 образует вытянутую в сторону вращающегося кольца 12 рабочую кромку уплотнения 30. Дополнительно или альтернативно для создания эффективного уплотнения предлагается постоянно уплотнять жесткую втулку 15с в зоне прилегания к вращающемуся кольцу 12 сначала через эластичный уплотняющий материал 17, а затем прижимать жесткую втулку 15с непосредственно к внешнему контуру вращающегося кольца 12. Для уплотнительного устройства 14с можно, кроме того, предусмотреть элемент для облегчения монтажных работ 31. Для этого жесткая втулка 15с содержит предпочтительно несколько расположенных симметрично шеек, направленных радиально наружу, с помощью которых, например, можно упростить выполнение монтажа уплотнительного устройства 14с с применением отдельного инструмента.
1. Уплотнительное устройство на упорном подшипнике качения (10), который содержит два вращающихся кольца (12, 13), между которыми расположены тела качения (4), причем уплотнительное устройство (11; 14a, 14b, 14c) предназначено для уплотнения пространства (16) упорного подшипника качения (10) и содержит в качестве армирования симметричную относительно оси вращения жесткую втулку (15a, 15b, 15c), которая окружает с внешней стороны оба вращающихся кольца (12, 13), причем уплотнительное устройство (14a, 14b, 14c) зафиксировано с помощью по меньшей мере одного участка крепления (20a, 20b, 20c), а жесткая втулка (15a, 15b, 15c) имеет с ее стороны, указывающей в направлении вращающихся колец (12, 13), уплотняющие участки (19a, 19b) и образует сплошное соединение с эластичным уплотняющим материалом (17), по меньшей мере, на уплотнительных участках (19a, 19b), отличающееся тем, что жесткая втулка (15a, 15b) имеет расположенный вокруг или частично стабилизирующий участок (18), который выступает по оси в пространство подшипника качения (16) и образует первый уплотняющий участок (19a) из уплотняющих участков (19a, 19b) по отношению к направленной по оси внутренней стенке (21) первого вращающегося кольца (12) обоих вращающихся колец (12, 13), при этом предусмотрена выходящая из стабилизирующего участка (18) и опирающаяся на другое вращающееся кольцо (13) рабочая кромка уплотнения (22) из эластичного уплотняющего материала (17), которая образует второй уплотняющий участок (19b) из уплотняющих участков (19a, 19b).
2. Уплотнительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что жесткая втулка (15a, 15c) имеет по меньшей мере один участок крепления (20a, 20c), на котором жесткая втулка (15a, 15c) локально зачеканена на проходящем под углом внешнем контуре (24, 28) вращающегося кольца (12, 13).
3. Уплотнительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что жесткая втулка (15b, 15c) примыкает к сформированному уплотняющим материалом (17) валику (27), который функционирует совместно с проходящим под углом внешним контуром (24) вращающегося кольца (13) в качестве участка крепления (20b).
4. Уплотнительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что жесткая втулка (15a, 15b) для формирования первого уплотняющего участка (19a) опирается с силовым замыканием по оси на внутреннюю стенку (21) первого вращающегося кольца (12) через эластичный уплотняющий материал (17), а рабочая кромка уплотнения (22) опирается с силовым замыканием на другую внутреннюю стенку (23) второго вращающегося кольца (13).
5. Уплотнительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что вращающиеся кольца (12, 13) упорного подшипника качения (10) соединены через участок крепления (20b, 20c) жесткой втулки (15c).
6. Уплотнительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что стабилизирующий участок (18) образован в виде направленной по оси, выступающей в пространство подшипника качения (16) ступени или выемки (19a).
7. Уплотнительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в качестве материала для жесткой втулки (15a, 15b, 15c) предусмотрен листовой материал из металла, который обеспечивает изготовление жесткой втулки (15a, 15b, 15c) без снятия стружки методом глубокой вытяжки, причем толщина листового материала составляет от 0,3 мм до 1,0 мм.
8. Уплотнительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что жесткая втулка (15c) содержит элемент для облегчения монтажа (31).
9. Уплотнительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в качестве эластичного уплотняющего материала (17) для уплотнительного устройства (14a, 14b, 14c) предусмотрен резиноподобный эластомер.
10. Упорный подшипник качения (10), содержащий два вращающихся кольца (12, 13), между которыми расположены тела качения (4), и с уплотнительным устройством по любому из пп. 1-9.
11. Подвеска колеса (1) автотранспортного средства с упорным подшипником качения (10) по п. 10, отличающаяся тем, что она содержит балку моста (5) и поворотный кулак (2), причем балка моста (5) и поворотный кулак (2) соединены друг с другом через шкворень (6) с возможностью поворота, и причем балка моста (5) опирается через упорный подшипник качения (10) на поворотный кулак (2).
12. Ось с управляемыми колесами автотранспортного средства, содержащая подвеску колеса (1) по п. 11.
