Уплотнение - RU2345258C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к уплотнению для подшипника качения, содержащему уплотнительную шайбу и/или уплотнительную крышку, приданную ступице, которая охватывает с наружной стороны подшипник качения. Выполнение уплотнительной крышки предусматривает, что она закрывает подшипник качения с торцевой стороны. Напротив, уплотнительная шайба с внутренней стороны соединена с цилиндрическим участком неподвижного корпуса, на котором установлено внутреннее кольцо подшипника качения.

Функция и срок службы подшипника качения определяются, в частности, качеством уплотнения. Производителями автомобилей предъявляется требование рассчитать опоры качения, например, для тягового привода ДВС, на срок службы автомобиля.

В DE 4133777 С2 раскрыто уплотнение для подшипника качения, встроенного в натяжной ролик тягового привода. С обеих сторон тел качения известное уплотнение содержит уплотнительные шайбы, расположенные на вращающемся внешнем подшипниковом кольце и опирающиеся на внутреннее подшипниковое кольцо со скольжением по нему. Такое уплотнение обеспечивает ограниченную защиту опоры качения от брызг воды и проникновения загрязнений в подшипник качения или выход смазки из подшипника качения. Например, для внедорожников, рассчитанных на преодоление водных преград и подверженных массивному проникновению грязи в предусмотренное для ДВС монтажное пространство, это известное уплотнение непригодно.

В качестве меры повышения уплотняющих качеств уплотнений подшипников качения известны крышки, которыми подшипник качения частично закрыт с торцевых сторон. Например, в DE 953597 описано уплотнение, содержащее две отдельные эластичные прокладки, уплотнительные манжеты которых опираются на охватывающую вал втулку со скольжением по ней. Перед этими прокладками расположены, далее, две отделенные друг от друга закрывающие или уплотнительные шайбы. С внешней стороны предусмотрена закрепленная на корпусе закрывающая шайба, через центральное отверстие которой проходит вал. Вторая огибающая уплотнительная шайба фиксирована на валу. Конструкция этого известного уплотнения требует большой осевой конструктивной длины и с двумя расположенными со скольжением уплотнительными манжетами вызывает сильное выделение тепла, которое негативно сказывается на сроке службы подшипника качения.

С учетом недостатков известных решений в основе изобретения лежит задача создания недорогого в изготовлении уплотнения для подшипника качения компактной конструкции, с высокими уплотняющими свойствами и без негативно сказывающейся теплоты трения.

Эта задача решается посредством признаков п.п.1 и 2 формулы.

Изобретение по п.1 включает в себя в качестве уплотнения уплотнительную шайбу, закрепленную, по меньшей мере, с геометрическим замыканием на вращающейся ступице, которая охватывает подшипник качения снаружи. Для этого между уплотнительной шайбой и ступицей предусмотрено отдельное уплотнительное средство, которое эффективно уплотняет образующийся уплотнительный зазор между этими деталями. В состоянии монтажа уплотнительной шайбы эластичная уплотнительная манжета или отдельная уплотнительная среда герметично соединены с корпусом. Для этого уплотнительная шайба имеет с внутренней стороны в зоне центрального отверстия эластичную уплотнительную манжету или отдельную уплотнительную среду, которой уплотняют кольцевой зазор между жестким корпусом и уплотнительной шайбой. Предпочтительно, по меньшей мере, эластичное уплотнение выполнено с возможностью уменьшения опорного усилия фиксированного на ступице, огибающего эластичного уплотнения с увеличением частоты вращения. Этот принцип действия значительно уменьшает выделение тепла уплотнения и повышает, тем самым, срок службы подшипника качения.

Изобретение по п.2 включает в себя в качестве уплотнения уплотнительную крышку, закрепленную на вращающейся, охватывающей внешнее подшипниковое кольцо ступице с геометрическим и силовым замыканием. Уплотнительная крышка проходит по всей торцевой стороне подшипника качения. Отдельное эластичное уплотнительное средство предусматривается для уплотнения образующегося уплотнительного зазора между уплотнительной крышкой и ступицей.

Две концепции согласно изобретению пригодны, в частности, для уплотнения подшипника качения, предназначенного для консольно установленной детали. Уплотнительная шайба согласно изобретению расположена при этом между ступицей и жестко расположенным корпусом, а уплотнительная крышка - на противоположной стороне подшипника качения. Уплотнительной крышкой подшипник качения полностью закрыт с торцевой стороны, включая резьбовой элемент, необходимый для закрепления консольно установленной детали или подшипника качения.

Совпадая между собой, уплотнения согласно изобретению отличаются высокими уплотняющими свойствами и компактной конструкцией. Выполнение этих уплотнений обеспечивает, далее, экономичное изготовление и простой монтаж. Кроме того, уплотнительная шайба согласно изобретению выполнена в сочетании с уплотнением с внутренней стороны так, что не возникает опорного усилия или возникает опорное усилие, уменьшающееся с увеличением частоты вращения. С этим связано значительное уменьшение теплоты трения, что положительно сказывается на сроке службы подшипника качения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретений являются объектом зависимых п.п.3-21.

Предпочтительно уплотнения согласно изобретению могут применяться для подшипников качения огибных роликов, лентонатяжных роликов или вообще натяжных роликов или шкивов, предназначенных для тяговых приводов ДВС. Достигаемые с уплотнениями согласно изобретению уплотняющие свойства улучшают техническое обслуживание, обеспечивают преодоление автомобилями водных преград и препятствуют также массивному проникновению грязи. Кроме того, уплотнения согласно изобретению обеспечивают ограниченное по времени пребывание под водой тяговых приводов, агрегаты или детали которых содержат опирающиеся на подшипники качения шкивы.

Для повышения эффективности уплотнения согласно изобретению предложено комбинировать уплотнительную шайбу или уплотнительную крышку согласно изобретению с обычно используемыми в подшипниках качения прокладками, чтобы достичь двухступенчатого уплотнения подшипника качения. Подшипникам качения обычно непосредственно приданы жестко фиксированные, в частности, на внешнем подшипниковом кольце прокладки или уплотнительные элементы, которые, например, уплотнительной манжетой и с трением с небольшим опорным усилием или с соблюдением уплотнительного зазора приданы неподвижному внутреннему подшипниковому кольцу. Эти известные уплотнительные элементы, помещенные между подшипниковыми кольцами и, тем самым, интегрированные в подшипник качения, представляют собой первую уплотнительную ступень, которая в комбинации с предшествующим уплотнением согласно изобретению образует двухступенчатое уплотнение.

Выполнение уплотнительной шайбы и уплотнительной крышки согласно изобретению предусматривает снабжение этих деталей с внешней стороны аксиально выступающими, по меньшей мере, частично распределенными по периферии бортиками. Эти расположенные под прямым углом к уплотнительной крышке или уплотнительной шайбе бортики предусмотрены для закрепления на ступице, охватывающей подшипник качения с внешней стороны. Предпочтительно напрашивается, что для закрепления уплотнительной шайбы или уплотнительной крышки бортики местами охватывают сверху ступицу, которая охватывает подшипник качения с внешней стороны. Ступица посредством средней перемычки соединена за одно целое с радиально отстоящей рабочей поверхностью для образования изготовленного предпочтительно из пластика шкива. Упругие бортики выполнены так, что диаметр ступицы превышает внутренний диаметр бортиков, в результате чего возникает закрепление с силовым замыканием уплотнительной шайбы или уплотнительной крышки на ступице в состоянии монтажа.

В качестве дополнения и/или альтернативы закреплению с силовым замыканием изобретение включает в себя закрепление с геометрическим замыканием. Для этого бортик снабжен с внутренней стороны, по меньшей мере, одним утолщением, которое в состоянии монтажа защелкивается с геометрическим замыканием в соответствующей кольцевой канавке ступицы. При необходимости напрашивается снабжение бортика несколькими аксиально отделенными друг от друга утолщениями, которые взаимодействуют с соответственно выполненными кольцевыми канавками ступицы.

Для достижения оптимального уплотнения между уплотнительной шайбой и ступицей или уплотнительной шайбой и уплотнительной крышкой изобретение предусматривает отдельную эластичную прокладку. В качестве прокладки пригодно, в частности, круглое резиновое кольцо или кольцо круглого сечения, которое в состоянии монтажа опирается на торцевую сторону ступицы и дно уплотнительной шайбы или уплотнительной крышки. С наружной стороны отдельная прокладка направляется цилиндрическим, аксиально выступающим бортиком уплотнительной крышки или уплотнительной шайбы.

Для достижения определенного состояния монтажа эластичной прокладки изобретение включает в себя, далее, монтажную камеру. Она ограничена радиально с внешней стороны бортиком, а с внутренней стороны - уступом для образования аксиально ориентированной монтажной камеры, предназначенной для размещения эластичной прокладки.

Монтажная камера предпочтительно снабжена расположенным посередине огибающим ребром, на которое опирается прокладка. Аксиально выступающее, закругленное на конце ребро в состоянии монтажа входит с геометрическим замыканием в прокладку. Из-за небольшой поверхности контакта между ребром и прокладкой ребро даже в неблагоприятных положениях допуска может достаточно глубоко проникать в прокладку для достижения достаточных уплотняющих свойств.

Предпочтительно изобретение включает в себя изготовленные из пластика уплотнительные шайбы или уплотнительные крышки, причем, в частности, для больших партий подходит экономичный способ литья под давлением. В качестве альтернативы напрашивается изготовление уплотнительной шайбы или уплотнительной крышки из металлического материала способом глубокой вытяжки.

Один предпочтительный вариант осуществления изобретения по п.1 относится к выполнению эластичной прокладки на внутренней стороне в зоне центрального отверстия уплотнительной шайбы. Уплотнительная манжета этой прокладки снабжена при этом на конце расположенным с внешней стороны утолщением, образующим дополнительную массу. Для этого утолщение расположено так, что действующая в центре тяжести массы утолщения центробежная сила создает составляющую, которая с увеличением частоты вращения непрерывно приподнимается от опорной поверхности. Таким образом, уменьшается опорное усилие или усилие прилегания уплотнительной манжеты к соответствующему цилиндрическому участку корпуса. Эта мера вызывает при остановке ДВС высокие уплотняющие свойства за счет того, что уплотнительная манжета с максимальным опорным усилием прилегает к соответствующей поверхности контакта. У вращающегося уплотнения, т.е., например, при работающем ДВС, возникает непрерывно уменьшающееся, будучи обусловлено центробежной силой, опорное усилие уплотнительной манжеты. С выполнением утолщения уплотнительной манжеты можно оказать непосредственное влияние на принцип действия прокладки. В частности, на усилие прилегания уплотнительной манжеты могут влиять масса утолщения и осевое расстояние утолщения до радиального колена или до центра вращения уплотнительной манжеты. Обусловленное центробежной силой смещение уплотнительной манжеты имеет то преимущество, что в рабочем состоянии, в частности при высокой частоте вращения, возникающий контакт скольжения между уплотнительной манжетой и соответствующей поверхностью контакта уменьшается настолько, что не возникает негативно сказывающейся мощности трения в сочетании с выделением тепла. С другой стороны, при остановке ДВС и подшипника качения возникают высокие уплотняющие свойства, которые, например, выдерживают также экстремальное испытание - полное погружение в водяную ванну.

Другое выполнение уплотнительной шайбы согласно изобретению предусматривает, что снабженная утолщением уплотнительная манжета может быть расположена как аксиально наружу, так и аксиально внутрь, т.е. в направлении подшипника качения. В зависимости от расположения уплотнительной манжеты возникает, будучи обусловлено центробежной силой, действующее по часовой стрелке или против часовой стрелки, в самой значительной степени кругообразное движение вокруг точки сочленения или центра вращения уплотнительной манжеты.

Для уплотнительной шайбы, снабженная утолщением уплотнительная манжета которой расположена аксиально выступающей, напрашивается, что уплотнительная манжета входит в положении монтажа в осевую кольцевую канавку неподвижно расположенного корпуса. Помимо защищенного положения монтажа для уплотнительной манжеты наружная стенка кольцевой канавки обеспечивает одновременно ограничение обусловленного центробежной силой установочного движения уплотнительной манжеты.

Предпочтительно уплотнительная манжета в виде отдельной детали закреплена на направленном радиально внутрь участке уплотнительной шайбы. Уплотнительная манжета имеет для этого предпочтительно внешнюю огибающую кольцевую канавку, в которую с геометрическим замыканием входит радиальный участок уплотнительной шайбы. В качестве альтернативы изобретение включает в себя уплотнительную манжету, прилитую непосредственно к радиальному участку изготовленной из пластика уплотнительной шайбы.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает расположение в качестве уплотнения упругой среды между концевым участком направленного радиально внутрь участка уплотнительной шайбы и цилиндрическим участком неподвижного корпуса. Эластичная среда заполняет при этом кольцевой зазор, образующийся между свободным концом радиального участка уплотнительной шайбы и цилиндрическим участком корпуса. Для этого напрашивается жесткое расположение на цилиндрическом участке заполненного эластичной средой кольцевого элемента u-образного сечения, в который входит конец радиального участка уплотнительной шайбы.

Предпочтительно радиальный участок уплотнительной шайбы отбортован на конце под прямым углом для образования аксиально выступающего цилиндрического бортика. В положении монтажа бортик предпочтительно с зазором входит в осевую кольцевую канавку корпуса. Кольцевая канавка заполнена при этом эластичной средой, свойство которой по истечении небольшого времени работы обеспечивает в самой значительной степени свободное от контакта прилегание между бортиком и эластичной средой. За счет этого предотвращается негативно сказывающийся нагрев эластичной среды, что вызвало бы выход из строя этого уплотнения, а, с другой стороны, нагрело бы подшипник качения.

Предпочтительным образом осевой бортик уплотнительной шайбы образует в сочетании с эластичной средой уплотнительный лабиринт, благодаря которому независимо от рабочего состояния ДВС эффективно предотвращается проникновение влаги или загрязнений в подшипник качения.

Выполнение аксиально выступающего, соединенного с уплотнительной шайбой бортика предусматривает, что он выполнен с внутренней стороны цилиндрическим, а с внешней стороны - коническим. Эта конструкция обеспечивает для изготовления уплотнительной шайбы способом литья под давлением желаемой, лишенной заусенцев, конической зоны контакта бортика, которая положительно сказывается на взаимодействии с эластичной средой.

Согласно изобретению эластичной средой предпочтительно является смазка SF 507 или KE 2/3K по DIN 51502. Изобретение не ограничено, однако, ими, а включает в себя также другие подходящие эластичные среды.

Изобретение более подробно поясняется с помощью трех, изображающих различные примеры осуществления чертежей, на которых представляют:

- фиг.1: конструкцию уплотнения согласно изобретению для подшипника качения, содержащего уплотнительную крышку и уплотнительную шайбу;

- фиг.2: уплотнение, у которого в отличие от фиг.1 уплотнительная шайба уплотнена относительно корпуса при помощи уплотнительной среды;

- фиг.3: уплотнительную крышку, у которой расположенная между ступицей и уплотнительной крышкой эластичная прокладка помещена в радиальную монтажную камеру, образованную бортиком и уступом.

На фиг.1 в разрезе изображен консольно установленный ременный шкив 1, в который интегрирован подшипник 2 качения. Внутреннее подшипниковое кольцо 3 посредством резьбового элемента 4 без возможности проворачивания и фиксированно соединено с неподвижно расположенным корпусом 5. При этом внутреннее подшипниковое кольцо 3 центрировано на центрирующем выступе 6 резьбового элемента 4 и опирается на заплечик 7 корпуса 5. Внешнее подшипниковое кольцо 8 охвачено ступицей 9, причем внешнее подшипниковое кольцо 8 фиксировано на направленных радиально внутрь заплечиках 10а, 10b. Ступица 9 посредством средней стенки 11 и распределенных по периферии перемычек 12 соединена с диском 13 рабочего колеса, по боковой поверхности которого в смонтированном состоянии ременного шкива 1 проходит тяговый орган. Диск 13 рабочего колеса образует со ступицей 9 одну деталь, выполненную предпочтительно в виде пластиковой отливки, причем подшипник 2 качения в виде вкладной детали в процессе изготовления заливают с внешней стороны. Между подшипниковыми кольцами 3, 8 в сепараторе 14 расположены тела 15 качения, причем частично заполненное смазкой внутреннее пространство 16 подшипника 2 качения содержит с обеих сторон прокладки 17а, 17b. Жестко расположенные во внешнем подшипниковом кольце 8 прокладки 17а, 17b опираются посредством уплотнительных манжет 18а, 18b на внутреннее подшипниковое кольцо 3.

Для достижения двухступенчатого уплотнения подшипника 2 качения ременный шкив 1 содержит с внешней стороны уплотнительную крышку 19а, которая выполнена чашеобразной и имеет с внешней стороны отбортованные под прямым углом, аксиально выступающие бортики 20. Разделенные прорезями 21 бортики 20 в положении монтажа уплотнительной крышки 19а опираются с силовым замыканием на цилиндрический уступ 22а ступицы 9. Уплотнительная крышка 19а, проходящая по всей торцевой поверхности подшипника 2 качения, включая резьбовой элемент 4, изготовлена предпочтительно из пластика, в результате чего, с одной стороны, обеспечивается преимущество меньшего веса, а, с другой стороны, - упрощенного монтажа. В качестве дополнительной меры улучшения уплотнения уплотнительной крышки 19а предусмотрена прокладка 23а, которая в положении монтажа уплотнительной крышки 19а опирается между ступицей 9 и дном 42 уплотнительной крышки, а с внешней стороны охвачена бортиком 20. Преимущественно в качестве прокладки 23а предусмотрено эластичное круглое резиновое кольцо, которое в положении монтажа уплотнительной крышки 19а деформируется и обеспечивает эффективное уплотнение между ступицей 9 и уплотнительной крышкой 19а.

На обращенной к корпусу 5 стороне подшипник 2 качения снабжен уплотнительной шайбой 24а, которая, совпадая с уплотнительной крышкой 19а, посредством бортика 25 закреплена с силовым замыканием на уступе 22b ступицы 9. Далее между уплотнительной шайбой 24а и торцевой стороной ступицы 9 расположена прокладка 23b. Уплотнительная шайба 24а образует отходящий от бортика 25 радиально внутрь участок 26, который с сохранением кольцевого зазора 28 проходит до цилиндрического участка 27 корпуса 5. С внутренней стороны участок 26 уплотнительной шайбы 24а снабжен эластичной прокладкой 29, которая защелкнута на участке 26 уплотнительной шайбы 24а и которая в качестве альтернативы может быть прилита к участку 26. Прокладка 29 через уплотнительную манжету 30 опирается на цилиндрический участок 27 корпуса 5.

На свободном конце уплотнительная манжета 30 снабжена на внешней стороне утолщением 31, образующим дополнительную массу уплотнительной манжеты 30. Утолщение 31 вызывает уменьшение опорного усилия уплотнительной манжеты 30 с увеличением частоты вращения ременного шкива 1. Центробежная сила, действующая в центре тяжести массы утолщения 31, вызывает действующее в направлении стрелки, т.е. по часовой стрелке, установочное движение уплотнительной манжеты 30, начиная от цилиндрического участка 27 корпуса 5. Предпочтительно с увеличением частоты вращения ременного шкива 1 уменьшаются, тем самым, опорное усилие уплотнительной манжеты 30 и одновременно обусловленный трением нагрев корпуса 5 и соединенного с ним подшипника 2 качения. Уплотнительная манжета 30 входит в кольцевую канавку 32 корпуса 5, причем наружная стенка 33 кольцевой канавки 32 представляет собой ограничитель установочного движения уплотнительной манжеты 30, которая с увеличением частоты вращения подшипника 2 качения смещается по часовой стрелке к наружной стенке 33.

На фиг.2 изображен ременный шкив 1, уплотнительная шайба 24b которого выполнена с отличием от уплотнительной шайбы 24а на фиг.1. К радиальному колену 26 уплотнительной шайбы 24b примыкает аксиально выступающий, входящий в кольцевую канавку 28 бортик 34. Кольцевая канавка 28 заполнена при этом эластичной средой 35, в частности смазкой, в которую входит бортик 34. Бортик 34 выполнен с внутренней стороны цилиндрическим, а с внешней стороны - коническим. Консистенция эластичной среды 35 обеспечивает то, что по истечении определенной фазы разгона возникает свободный от касания, узкий уплотнительный зазор между бортиком 34 и эластичной средой 35. За счет этого достигается оптимальное уплотняющее действие и предотвращается негативно сказывающееся выделение тепла. Взаимодействие бортика 34 с эластичной средой 35 обеспечивает образование уплотнительного лабиринта 36, предпочтительно гарантирующего высокие уплотняющие свойства.

На фиг.3 изображена уплотнительная крышка 19b шкива 1, за счет которой может быть достигнуто улучшенное положение прокладки 23а. Уплотнительная крышка 19b образует монтажную камеру 38 для прокладки 23а, ограниченную с внешней стороны бортиком 20, а радиально - уступом 37. Бортик 20 в сочетании со смещенным внутрь, начинающимся от дна 42 уступом 37 радиально ограничивает монтажную камеру 38 для прокладки 23а. Идущее от дна 42 уплотнительной крышки 19b в зоне монтажной камеры 38, аксиально выступающее ребро 39 входит за счет небольшой поверхности контакта локально в прокладку 23а и даже в неблагоприятных положениях допуска между ступицей 9 и уплотнительной крышкой 19b обеспечивает оптимальное достаточное уплотняющее действие между ступицей 9 и уплотнительной крышкой 19b.

На фиг.3 изображено далее соединение с геометрическим замыканием уплотнительной крышки 19b и ступицы 9. Для этого бортик 20 уплотнительной крышки 19b снабжен с внутренней стороны огибающим утолщением 40, которое в положении монтажа уплотнительной крышки 19b входит с геометрическим замыканием в соответствующую цилиндрическому уступу 22а ступицы 9 кольцевую канавку 41. Эти меры для достижения улучшенных уплотняющих свойств посредством осевого ребра 39 и для закрепления уплотнительной крышки 19b на ступице 9 посредством радиального утолщения 40, как показано на фиг.3, могут быть перенесены непосредственно на уплотнительную шайбу 24b.

Перечень ссылочных позиций

1 - ременный шкив

2 - подшипник качения

3 - подшипниковое кольцо

4 - резьбовой элемент

5 - корпус

6 - центрирующий уступ

7 - заплечик

8 - подшипниковое кольцо

9 - ступица

10а - заплечик

10b - заплечик

11 - средняя стенка

12 - перемычка

13 - диск рабочего колеса

14 - сепаратор

15 - тело качения

16 - внутреннее пространство

17а - прокладка

17b - прокладка

18а - уплотнительная манжета

18b - уплотнительная манжета

19а - уплотнительная крышка

19b - уплотнительная крышка

20 - бортик

21 - прорезь

22а - уступ

22b - уступ

23а - прокладка

23b - прокладка

24а - уплотнительная шайба

24b - уплотнительная шайба

25 - бортик

26 - радиальный участок

27 - участок

28 - кольцевой зазор

29 - прокладка

30 - уплотнительная манжета

31 - утолщение

32 - кольцевая канавка

33 - наружная стенка

34 - бортик

35 - среда (эластичная)

36 - уплотнительный лабиринт

37 - уступ

38 - монтажная камера

39 - ребро

40 - утолщение

41 - кольцевая канавка

42 - дно

Реферат

Изобретение относится к уплотнению для опирающегося на подшипник качения ременного шкива (1). Для этого подшипнику (2) качения с внешней стороны придана уплотнительная крышка (19а), которая с торцевой стороны закрывает подшипник (2) качения и соединена с охватывающей подшипник (2) качения с внешней стороны ступицей (9). На противоположной стороне подшипник (2) качения содержит уплотнительную шайбу (24а), которая также закреплена на ступице (9) и взаимодействует с внутренней стороны с цилиндрическим участком (27) неподвижно расположенного корпуса (5). Технический результат: создание уплотнения для подшипника качения компактной конструкции, с высокими уплотняющими свойствами и без негативно сказывающейся теплоты трения. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула