опорный узел

Формула изобретения

1. Опорный узел, содержащий корпус, вал, расположенные вдоль оси вала, по крайней мере, две опорные секции, каждая из которых содержит упругий элемент, закрепленный на валу упор и закрепленную в корпусе опору, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях упора каждой опорной секции выполнены проточки, в одной из которых, выполненной со стороны наружной торцевой поверхности упора, размещен упругий элемент, закрепленный на валу с помощью упорного кольца с запорными сегментами, расположенными в проточке вала, а в кольцевой проточке, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора, закреплено антифрикционное кольцо, контактирующее с антифрикционным кольцом, установленным в держателе, который закреплен на основании опоры.

2. Опорный узел по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины.

3. Опорный узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что держатель с антифрикционным кольцом закреплен на основании опоры с возможностью смещения, при этом контактирующие поверхности основания опоры и держателя антифрикционного кольца выполнены сферическими.

4. Опорный узел по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен секцией предварительного поджатия упругих элементов, выполненной так же, как опорная секция и размещенной на конце вала с возможностью соприкасания наружной торцевой поверхности ее основания и наружной торцевой поверхности основания последней опорной секции.

5. Опорный узел по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что он снабжен верхней и нижней головками с подшипниками для вала и распорными втулками с компенсирующими шайбами для фиксации неподвижных опор в корпусе, расположенных так, что основание опоры первой секции закреплено в корпусе опорного узла между верхней головкой и опорной втулкой, основания опор последующих секций закреплены между распорными втулками, а основание опоры секции предварительного поджатия упругих элементов закреплено между нижней головкой опорного узла и основанием последней опорной секции.

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 для увеличения несущей способности опорного узла и уменьшения нагрузки на элементы опоры, например на каждый подшипник, в быстроходных опорах используется многорядная установка подшипников [1].

Однако в таких конструктивных решениях равномерное распределение осевой нагрузки между подшипниками может быть достигнуто только при выполнении жестких условий точности изготовления опорных деталей и размерных цепей между ними, а это приводит к увеличению трудоемкости при изготовлении и монтаже опорного узла. Неравномерное же распределение нагрузки между опорными элементами приводит к снижению несущей способности опоры в целом.

Известны также опоры с использованием гребенчатых подшипников, представляющие собой ряд дисков, выполненных как одно целое с валом либо расположенных на насадной втулке и входящих в кольцевые выточки корпуса, изготовленного из антифрикционного материала (см., например, [1], с. 385).

Основным условием правильной работы опоры этой конструкции является одновременное прилегание всех дисков к опорным поверхностям, что может быть достигнуто только при соблюдении высоких требований к точности изготовления, что также приводит к большим трудозатратам при изготовлении и сборке опорного узла.

Ближайшим техническим решением является упорный узел (подшипник) [2], содержащий корпус, в котором размещен в радиальных подшипниках вал с расположенными вдоль оси вала по крайней мере двумя опорными секциями, выполненными с упругими элементами, каждая из секций содержит упор, закрепленный на валу с возможностью взаимодействия с опорой, связанной с корпусом.

В известном упорном подшипнике для распределения нагрузки опора каждой секции выполнена с устройством регулировки осевой нагрузки, которое требует тщательной и точной настройки для обеспечения разного предварительного напряжения в ступенях и создания различных противодействующих сил, а также установки точных зазоров между отдельными элементами опорного узла. Все это приводит к значительным трудозатратам при изготовлении и монтаже опорного узла.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в увеличении грузоподъемности опоры за счет равномерного распределения нагрузки между упорными элементами и снижении трудоемкости при изготовлении и монтаже опорного узла.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в опорном узле, содержащем корпус, вал, расположенные вдоль оси вала по крайней мере две опорные секции, каждая из которых содержит упругий элемент, закрепленный на валу упор и закрепленную в корпусе опору, согласно изобретению на торцевых поверхностях упора каждой опорной секции выполнены проточки, в одной из которых, выполненной со стороны наружной торцевой поверхности упора, размещен упругий элемент, закрепленный на валу с помощью упорного кольца с запорными сегментами, расположенными в проточке вала, а в кольцевой проточке, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора, закреплено антифрикционное кольцо, контактирующее с антифрикционным кольцом, установленным в держателе, который закреплен от проворота на основании опоры. При этом упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, держатель с антифрикционным кольцом закреплен на основании опоры с возможностью смещения, а контактирующие поверхности основания опоры и держателя антифрикционного кольца выполнены сферическими. Кроме того, опорный узел снабжен секцией предварительного поджатия упругих элементов, выполненной так же, как опорная секция, и размещенной на конце вала с возможностью соприкасания наружной торцевой поверхности ее основания и наружной торцевой поверхности основания последней опорной секции. Кроме того, опорный узел снабжен верхней и нижней головками с подшипниками для вала и распорными втулками с компенсирующими шайбами для фиксации неподвижных опор в корпусе, расположенных так, что основание опоры первой секции закреплено в корпусе опорного узла между верхней головкой и распорной втулкой, основания опор последующих секций закреплены между распорными втулками, а основание опоры секции предварительного поджатия упругих элементов закреплено между нижней головкой опорного узла и основанием последней опорной секции.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на фиг.1 представлен общий вид опорного узла, а на фиг.2 представлена секция опорного узла.

Опорный узел состоит из корпуса 1, вала 2, установленного в самоустанавливающихся подшипниках 3 и 4, один из которых размещен в верхней головке 5, а другой в нижней головке 6 опорного узла. В корпусе 1 последовательно установлены опорные секции 7 в количестве не менее двух (на чертеже представлены три секции). Каждая опорная секция включает в себя подвижный упор 8, установленный на валу 2 с возможностью продольного перемещения, и неподвижную опору 9, зафиксированную в корпусе 1 распорными втулками 10 и компенсирующими шайбами 11. На торцевых поверхностях упора 8 выполнены кольцевые проточки 12 и 13 (фиг.2). В проточке 12, выполненной на наружной торцевой поверхности упора 8, установлен упругий элемент 14, представляющий собой тарельчатую пружину, которая продольно закреплена на валу с помощью упорного кольца 15 с запорными сегментами, расположенными в проточке вала 2, и упорных втулок 16. В проточке 13, выполненной на внутренней торцевой поверхности упора 8, запрессовано или приклеено антифрикционное кольцо 17. На основании 18 неподвижной опоры 9 закреплен от проворота с помощью штифтов 19 держатель 20, в котором также запрессовано или приклеено антифрикционное кольцо 21. Для обеспечения возможности перемещения держателя 20 с антифрикционным кольцом 21 относительно контактирующей поверхности основания 18 неподвижной опоры 9 в процессе самоустановки опорного узла отверстия под штифты 19 в держателе выполнены с большим диаметром, а контактирующие поверхности держателя и основания 18 неподвижной опоры 9 выполнены сферическими.

Сборку опорного узла производят следующим образом. Сначала собирают первую опорную секцию 7. Для этого на валу 2 в кольцевой проточке устанавливают упорное кольцо 15 с запорными сегментами, упорную втулку 16 и упор 8 с размещенными в кольцевых проточках 12, 13 упругим элементом 14 и антифрикционным кольцом 17. Затем устанавливают опору 9 с заранее смонтированным на основании 18 держателем 20 с антифрикционным кольцом 21, которое совмещают по опорным поверхностям с антифрикционным кольцом 17 на упоре 8, и устанавливают распорную втулку 10 с компенсирующей шайбой 11. Аналогичным образом производят сборку последующих опорных секций, количество которых обусловлено грузоподъемностью опорного узла.

После сборки всех опорных секций на валу 2 размещают секцию 22 предварительного поджатия упругих элементов, которая, так же как и опорная секция 7, состоит из упора 23 с антифрикционным кольцом 24, опоры 25 с антифрикционным кольцом 26, закрепленным в держателе 27, установленном на основании 28. Размещение секции 22 производят на конце вала 2 так, чтобы наружная торцевая поверхность 29 ее основания и наружная торцевая поверхность 30 основания последней опорной секции 7 соприкасались друг с другом. Далее все секции скрепляют винтом с гайкой 31, устанавливают головку 5 с самоустанавливающимся подшипником 3 и подсоединяют к ней корпус 1, собранный заранее с головкой 6, скрепляя все собранные на валу секции опорного узла.

При вращении вала 2, связанного с работающим механизмом, осевая нагрузка через упорные кольца 15 с запорными сегментами и упорные втулки 16 действует одновременно на все секции 7 опорного узла. Упругие элементы 14 всех секций воспринимают нагрузку, распределяя ее, и передают на упоры 8. Возможная неравномерность в распределении нагрузки, обусловленная разностью размерных цепей из-за погрешностей при изготовлении, компенсируется шайбами 11, которые обеспечивают одновременный контакт упоров 8 с опорами 9 и одновременное восприятие нагрузки антифрикционными кольцами 17 и 21. Далее распределенная нагрузка передается на основания 18 самоустанавливающихся неподвижных опор 9, где происходит устранение перекосов, возникающих в каждой секции опорного узла в процессе работы механизма. Пульсирующие нагрузки, которые также возникают в процессе работы механизма, гасятся упругими элементами 14, выполняющими в этом случае дополнительно функцию демпфирующего устройства.

Таким образом, предложенный опорный узел позволяет обеспечить равномерное распределение нагрузки между секциями и за счет этого увеличить грузоподъемность. Кроме того, применение антифрикционных колец позволяет использовать опорный узел в агрессивных средах с механическими примесями, что особенно актуально, например, для погружных скважинных насосов.

Источники информации

1. П.И. Орлов. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. М.: Машиностроение, 1988, с. 460-461, 385.

2. Патент США №4856914, кл. F 16 17/06, 15.08.1989.