PL242023B1

PL242023B1 - Mechanism of introducing the preload of angular contact bearings supporting the shaft

Info

Publication number: PL242023B1
Application number: PL433496A
Authority: PL
Inventors: Jakub Sikorski
Original assignee: Politechnika Łódzka
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2023-01-09
Also published as: PL433496A1

Abstract

Mechanizm wprowadzania napięcia wstępnego łożysk skośnych podpierających wał w korpusie, w którym wał (2) ułożyskowany jest łożyskami (3 i 4), przy czym bieżnia zewnętrzna łożyska (4) umieszczonego na jednym z końców wału (2) oparta jest na pokrywie (5), bieżnie wewnętrzne łożysk (3 i 4) oparte są na stopniach wału (2), a na przeciwległym końcu wału (2) umieszczona jest tuleja (6) oraz pokrywa (7), korpus (1) połączony jest z tuleją (6) śrubą regulacyjną, tuleja (6) umieszczona jest w korpusie (1) przylegając do łożyska (3), przy czym tuleja (6) posiada nieprzelotowy wzdłużny otwór, w którym umieszczony jest podzespół obejmujący wkładki oraz element kulisty, ponadto w osi śruby regulacyjnej tuleja (6) posiada wybranie charakteryzuje się tym, że tuleja (6) posiada na obwodzie wystające elementy posiadające śrubowo skośne powierzchnie, które przystosowane są do współpracy z kanałami o zarysie śrubowym, wykonanymi w pokrywie (7), umożliwiającymi ruch obrotowo wzdłużny tulei (6) w korpusie (1), z kolei śruba regulacyjna zamocowana jest jednym końcem w gwintowanym otworze elementu kulistego, a drugim w łożysku wahliwym osadzonym w korpusie (1) za pomocą oprawy łożyska.The mechanism for introducing the preload of angular contact bearings supporting the shaft in the body, in which the shaft (2) is supported by bearings (3 and 4), with the outer race of the bearing (4) located at one of the ends of the shaft (2) resting on the cover (5) , the inner races of the bearings (3 and 4) are based on the steps of the shaft (2), and at the opposite end of the shaft (2) there is a sleeve (6) and a cover (7), the body (1) is connected to the sleeve (6) with a screw sleeve (6) is placed in the body (1) adjacent to the bearing (3), the sleeve (6) has a blind longitudinal hole in which the subassembly including inserts and a spherical element is placed, moreover, in the axis of the adjusting screw sleeve (6 ) has a recess characterized by the fact that the sleeve (6) has protruding elements on the periphery with helically beveled surfaces, which are adapted to cooperate with helical channels made in the cover (7), enabling the sleeve (6) to rotate longitudinally in the body (1), in turn, the adjusting screw is fixed with one end in the threaded hole of the spherical element, and with the other end in the self-aligning bearing embedded in the body (1) by means of a bearing holder.

Description

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm wprowadzania napięcia wstępnego układu łożysk skośnych podpierających wirujący wał maszyny w korpusie.The subject of the invention is a mechanism for introducing the preload of the system of angular contact bearings supporting the rotating shaft of the machine in the body.

Znane jest rozwiązanie konstrukcyjne do wstępnego napinania łożysk skośnych w postaci odpowiednio ukształtowanej płyty oporowej przykręconej śrubami do korpusu maszyny umożliwiającej oparcie bieżni zewnętrznych łożysk. Bieżnie wewnętrzne łożysk oparte są na odpowiednio ukształtowanych stopniach wału. W tym rozwiązaniu napięcie wstępne regulowane jest poprzez umieszczenie podkładek regulacyjnych pomiędzy płytą oporową, a bieżnią łożysk. Dokręcenie płyty powoduje ustalenie napięcia wstępnego układu łożysk na stałym poziomie. Jego zmiana wymaga odkręcenia płyty oporowej i wymiany podkładek regulacyjnych. System ten wymaga również demontażu wszystkich elementów zamontowanych na końcu wału w celu umożliwienia wymiany zestawu podkładek regulacyjnych.There is a known design solution for pre-tensioning angular contact bearings in the form of a suitably shaped thrust plate screwed to the machine body to support the outer races of the bearings. The inner races of the bearings are based on suitably shaped shaft steps. In this solution, the preload is adjusted by placing shims between the thrust plate and the bearing race. Tightening the plate causes the preload of the bearing system to be fixed at a constant level. Its change requires unscrewing the support plate and replacing the adjusting washers. This system also requires the disassembly of all components mounted at the end of the shaft in order to replace the set of shims.

Znany jest także mechanizm, w którym bieżnie zewnętrzne łożysk oparte są na specjalnej nakrętce wkręconej w obudowę wału. Bieżnie wewnętrzne łożysk oparte są na odpowiednio ukształtowanych stopniach wału. Regulacja napięcia wstępnego układu łożysk wymaga dobrego dostępu do nakrętki w celu jej obrotu za pomocą specjalnego klucza. Dodatkowo nakrętka zazwyczaj wymaga zastosowania elementów zabezpieczających przed jej niekontrolowanym odkręceniem.There is also a mechanism in which the outer races of the bearings are based on a special nut screwed into the shaft housing. The inner races of the bearings are based on suitably shaped shaft steps. Adjusting the preload of the bearing system requires good access to the nut to turn it with a special wrench. In addition, the nut usually requires the use of elements protecting against its uncontrolled unscrewing.

Znany jest także układ, w którym bieżnie zewnętrzne łożysk oparte są na nieruchomych kołnierzach obudowy, gdzie napięcie układu regulowane jest poprzez dokręcanie nakrętki łożyskowej, umieszczonej na wale, dociskającej bieżnię wewnętrzną. Rozwiązanie to wymaga unieruchomienia wału w celu uzyskania momentu dokręcającego nakrętkę. W powyższej konstrukcji konieczne jest stosowanie nakrętki kontrującej lub podkładki zabezpieczającej przed odkręceniem pod wpływem zmiennych obrotów wału. W wielu konstrukcjach konieczny jest również demontaż uszczelnienia lub pokrywy znajdującej się na końcu wału.There is also known a system in which the outer races of the bearings are based on fixed flanges of the housing, where the tension of the system is regulated by tightening the bearing nut placed on the shaft, pressing the inner race. This solution requires the immobilization of the shaft in order to obtain the tightening torque of the nut. In the above design, it is necessary to use a lock nut or a washer to prevent unscrewing under the influence of variable shaft rotation. In many designs, it is also necessary to remove the shaft end seal or cover.

W powyższych rozwiązaniach mechanizmów napinających łożyska skośne wymagany jest dobry dostęp do obudowy wału w miejscu, gdzie zachodzi konieczność regulacji napięcia wstępnego układu łożysk pracujących w maszynie, co często wiąże się z koniecznością demontażu wszystkich elementów zamontowanych na końcu wału oraz podzespołów współpracujących z wałem.In the above solutions of tensioning mechanisms for angular contact bearings, good access to the shaft housing is required in the place where it is necessary to adjust the preload of the bearing system operating in the machine, which often involves the need to dismantle all elements mounted at the end of the shaft and components cooperating with the shaft.

Z opisu patentowego PAT.233793 znany jest mechanizm wprowadzania napięcia wstępnego układu łożysk skośnych podpierających wał w korpusie, w którym wał ułożyskowany jest dwoma łożyskami, przy czym bieżnia zewnętrzna łożyska umieszczonego na jednym z końców wału oparta jest na kołnierzu korpusu lub pokrywie, a bieżnie wewnętrzne łożysk oparte są na stopniach wału. Na przeciwległym końcu wału umieszczony jest układ tulei koronowej oraz pokrywy koronowej, w którym tuleja koronowa oraz pokrywa koronowa stykają się odpowiadającymi sobie powierzchniami skośnymi, przy czym pokrywa koronowa połączona jest z korpusem rozłącznie, a tuleja koronowa umieszczona jest suwliwie w korpusie pomiędzy pokrywą koronową a bieżnią zewnętrzną łożyska. Korpus i tuleja koronowa posiadają nieprzelotowe wzdłużne otwory, w których umieszczone są zespoły, z których jeden obejmuje wkładki oraz element kulisty, a drugi wkładki oraz element kulisty. Tuleja koronowa posiada w osi elementu kulistego wybranie, a korpus połączony jest z tuleją koronową śrubą regulacyjną umieszczoną w otworach przelotowych elementów kulistych, przy czym powierzchnia otworu przelotowego elementu kulistego w tulei koronowej jest gwintowana. Pokrywa koronowa korzystnie połączona jest z korpusem za pomocą śrub. Korzystnie nieprzelotowe wzdłużne otwory korpusu i tulei koronowej oraz zewnętrzne wkładki zakończone są powierzchniami gwintowanymi, co umożliwia regulację luzu obu zespołów wkładki - element kulisty.From the patent description PAT.233793, there is known a mechanism for introducing the preload of a system of angular contact bearings supporting the shaft in the body, in which the shaft is supported by two bearings, the outer race of the bearing located at one of the ends of the shaft is based on the body flange or cover, and the inner races bearings are based on the steps of the shaft. At the opposite end of the shaft, there is a system of a crown sleeve and a crown cover, in which the crown sleeve and the crown cover are in contact with corresponding oblique surfaces, the crown sleeve is separably connected to the body, and the crown sleeve is slidably placed in the body between the crown cover and the raceway outer bearing. The body and the crown sleeve have blind longitudinal holes in which assemblies are placed, one of which includes inserts and a spherical element, and the other inserts and a spherical element. The crown sleeve has a recess in the axis of the spherical element, and the body is connected to the crown sleeve with an adjustment screw placed in the through holes of the spherical elements, while the surface of the through hole of the spherical element in the crown sleeve is threaded. The crown cover is preferably connected to the body by means of screws. Preferably, the blind longitudinal holes of the body and the crown sleeve, as well as the outer inserts, end with threaded surfaces, which enables adjustment of the clearance of both insert assemblies - the spherical element.

Istotą wynalazku jest mechanizm wprowadzania napięcia wstępnego łożysk skośnych podpierających wał w korpusie, w którym wał ułożyskowany jest dwoma łożyskami, przy czym bieżnia zewnętrzna łożyska umieszczonego na jednym z końców wału oparta jest na pokrywie, bieżnie wewnętrzne łożysk oparte są na stopniach wału, a na przeciwległym końcu wału umieszczona jest tuleja oraz pokrywa, korpus połączony jest z tuleją śrubą regulacyjną, ponadto tuleja umieszczona jest w korpusie, przylegając do łożyska, przy czym tuleja posiada nieprzelotowy wzdłużny otwór, w którym umieszczony jest podzespół obejmujący wkładki oraz element kulisty, ponadto w osi śruby regulacyjnej tuleja posiada wybranie, ponadto tuleja posiada na obwodzie wystające elementy o śrubowo skośnych powierzchniach, które przystosowane są do współpracy z kanałami o zarysie śrubowym, wykonanymi w pokrywie, umożliwiającymi ruch obrotowo wzdłużny tulei w korpusie, z kolei śruba regulacyjna zamocowana jest jednym końcem w gwintowanym otworze elementu kulistego, a drugim w łożysku wahliwym osadzonym w korpusie za pomocą oprawy łożyska.The essence of the invention is the mechanism for introducing the preload of angular contact bearings supporting the shaft in the body, in which the shaft is supported by two bearings, the outer race of the bearing located at one end of the shaft is based on the cover, the inner race of the bearings are based on the steps of the shaft, and on the opposite at the end of the shaft there is a sleeve and a cover, the body is connected to the sleeve with an adjustment screw, moreover, the sleeve is placed in the body, adjacent to the bearing, the sleeve has a blind longitudinal hole in which a subassembly containing inserts and a spherical element is placed, moreover, in the axis of the screw the sleeve has a recess, moreover, the sleeve has protruding elements with helical beveled surfaces on the circumference, which are adapted to work with helical channels made in the cover, enabling the sleeve to rotate longitudinally in the body, while the adjusting screw is fixed with one end in a threaded open the shaft of the spherical element and the other in a self-aligning bearing mounted in the body by means of a bearing housing.

Korzystnie, pokrywy połączone są z korpusem za pomocą śrub.Preferably, the covers are connected to the body by screws.

Korzystnie nieprzelotowy wzdłużny otwór tulei oraz zewnętrzna wkładka zakończone są powierzchnią gwintowaną.Preferably, the blind longitudinal hole of the sleeve and the outer insert end with a threaded surface.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia precyzyjną regulację napięcia wstępnego łożysk kulkowych skośnych poprzez regulację stopnia dokręcenia śruby. Jest to konieczne do stabilnej pracy układu łożysk kulkowych skośnych oraz zapewnia długie bezawaryjne funkcjonowanie maszyny.The solution according to the invention enables precise adjustment of the preload of angular contact ball bearings by adjusting the screw tightening degree. This is necessary for the stable operation of the angular contact ball bearing system and ensures long trouble-free operation of the machine.

Zastosowanie elementów kulistych oraz łożyska wahliwego eliminuje powstawanie niekorzystnych sił poprzecznych napinających podzespół regulacyjny podczas ruchu obrotowo przesuwnego tulei koronowej. Dodatkowo zastosowana w rozwiązaniu według wynalazku śruba regulacyjna nie wymaga stosowania elementów zabezpieczających przed jej odkręceniem.The use of spherical elements and a self-aligning bearing eliminates the formation of unfavorable transverse forces that tighten the adjusting sub-assembly during the rotational and sliding movement of the crown sleeve. In addition, the adjustment screw used in the solution according to the invention does not require the use of elements protecting against its unscrewing.

Zapewnienie stałego smarowania między współpracującymi powierzchniami skośnymi tulei oraz pokrywy pozwala na przenoszenie sił bez zacięć.Ensuring constant lubrication between the cooperating oblique surfaces of the sleeve and the cover allows for the transfer of forces without jamming.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala także na regulację napięcia wstępnego układu łożysk bez konieczności demontażu elementów zamontowanych na końcu wału oraz wymaga dostępu do obszaru wokół obudowy wału wyłącznie w okolicy śruby regulacyjnej, co jest korzystne przy ciasnej zabudowie podzespołów maszyny.The solution according to the invention also allows the adjustment of the initial tension of the bearing system without the need to dismantle the elements mounted at the end of the shaft and requires access to the area around the shaft housing only in the vicinity of the adjusting screw, which is beneficial when the machine components are tightly packed.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mechanizm w widoku z przekrojem poprzecznym korpusu, fig. 2 przekrój mechanizmu w płaszczyźnie śruby regulacyjnej równoległy do wału maszyny, fig. 3 widok mechanizmu z przekrojem korpusu w rzucie izometrycznym, fig. 4 przekrój mechanizmu w płaszczyźnie śruby regulacyjnej prostopadły do wału maszyny, fig. 5 układ sił i momentów oddziałujących w podzespole podczas wprowadzania napięcia wstępnego do układu łożysk za pomocą mechanizmu, fig. 6 widok tulei w rzucie izometrycznym, fig. 7 widok pokrywy w rzucie izometrycznym.The subject of the invention is shown in an example of embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the mechanism in a view with a cross-section of the body, Fig. 2 - A cross-section of the mechanism in the plane of the adjustment screw parallel to the machine shaft, Fig. 3 - A view of the mechanism with a cross-section of the body in an isometric projection, Fig. 4 cross-section of the mechanism in the plane of the adjusting screw perpendicular to the machine shaft, Fig. 5 Arrangement of forces and moments acting in the sub-assembly during the introduction of preload to the bearing system by means of the mechanism, Fig. 6 View of the sleeve in isometric projection, Fig. 7 View of the cover in projection isometric.

W korpusie 1 znajduje się wał 2 podparty na łożyskach 3 i 4, przy czym bieżnia zewnętrzna łożyska 4 umieszczonego na jednym z końców wału 2 oparta jest na pokrywie 5, a bieżnia zewnętrzna łożyska 3 umieszczonego na drugim z końców wału 2 oparta jest na tulei 6 współpracującej z pokrywą 7, bieżnie wewnętrzne łożysk 3 i 4 oparte są na stopniach wału 2. Pokrywy 5 i Z połączone są rozłącznie z korpusem 1 za pomocą śrub 8, które utrzymują pokrywy 5 i Z w niezmiennej pozycji.In the body 1 there is a shaft 2 supported on bearings 3 and 4, the outer race of the bearing 4 located at one end of the shaft 2 is based on the cover 5, and the outer race of the bearing 3 located at the other end of the shaft 2 is based on the sleeve 6 cooperating with the cover 7, the inner races of the bearings 3 and 4 are based on the steps of the shaft 2. The covers 5 and Z are detachably connected to the body 1 by means of bolts 8, which keep the covers 5 and Z in a fixed position.

Tuleja 6 umieszczona jest w korpusie 1 i posiada na obwodzie wystające elementy 18, których śrubowo skośne boczne powierzchnie współpracują ze śrubowymi kanałami 19 wykonanymi w pokrywie Z, co umożliwia ustalenie położenia tulei wewnątrz korpusu. Tuleja 6 posiada nieprzelotowy otwór wzdłużny 17 zakończony powierzchnią gwintowaną, w którym umieszczone są wkładki 9 i 10 oraz element kulisty 11. Wkładka 10 jest zakończona powierzchnią gwintowaną, co umożliwia regulację luzu podzespołu. Element kulisty 11 utrzymywany jest we właściwej pozycji w tulei 6 za pomocą wklęsłych powierzchni wkładek 9 i 10.The sleeve 6 is placed in the body 1 and has protruding elements 18 on its circumference, whose helically inclined side surfaces cooperate with helical channels 19 made in the cover Z, which makes it possible to determine the position of the sleeve inside the body. The sleeve 6 has a blind longitudinal hole 17 ended with a threaded surface, in which the inserts 9 and 10 and the spherical element 11 are placed. The spherical element 11 is held in the correct position in the sleeve 6 by the concave surfaces of the inserts 9 and 10.

Element kulisty 11 posiada gwintowany otwór, w który wkręcona jest śruba regulacyjna 12 połączona z korpusem 1 za pomocą łożyska wahliwego 13. Łożysko 13 utrzymywane jest we właściwej pozycji w korpusie 1 za pomocą oprawy łożyska 14, zamocowanej rozłącznie do korpusu 1 śrubami 15, które utrzymują oprawę 14 w niezmiennej pozycji. Tuleja 6 posiada w osi śruby regulacyjnej 12 wybranie 16 umożliwiające bezkolizyjną współpracę elementów śruby i tulei.The spherical element 11 has a threaded hole in which the adjusting screw 12 is screwed, connected to the body 1 by means of a self-aligning bearing 13. The bearing 13 is kept in the right position in the body 1 by means of a bearing holder 14, detachably attached to the body 1 with screws 15, which hold holder 14 in a fixed position. The sleeve 6 has a recess 16 in the axis of the adjusting screw 12, enabling collision-free cooperation between the elements of the screw and the sleeve.

Śruba regulacyjna 12 utrzymuje we właściwej pozycji kantowej tuleję 6. Obrót śruby regulacyjnej 12 powoduje związany z nim obrót tulei 6, a jej dalsze dokręcanie powoduje powstanie siły F1 przesuwającej element kulisty 11. Element kulisty 11, współpracując z wkładkami 9 oraz 10 oddziałuje na tuleję 6, wywołując powstanie momentu M. Moment M powoduje obrót tulei 6 oraz uzyskanie siły F2 wprowadzającej właściwe napięcie wstępne układu łożysk wału maszyny. Modyfikacja napięcia wstępnego układu łożysk 3 oraz 4 jest realizowana poprzez dokręcanie lub odkręcanie śruby regulacyjnej 12. Dodatkowo śruba 12 nie wymaga stosowania dodatkowych elementów zabezpieczających przed jej odkręceniem.The adjusting screw 12 keeps the sleeve 6 in the correct angular position. The rotation of the adjusting screw 12 causes the related rotation of the sleeve 6, and its further tightening causes the force F1 to move the spherical element 11. The spherical element 11, cooperating with the inserts 9 and 10, affects the sleeve 6 , causing the formation of the moment M. The moment M causes the sleeve 6 to rotate and the force F2 to be obtained introducing the proper preload of the machine shaft bearing system. Modification of the initial tension of the bearing system 3 and 4 is carried out by tightening or loosening the adjusting screw 12. Additionally, the screw 12 does not require the use of additional elements protecting against its unscrewing.

Claims

1. The mechanism for introducing the preload of the angular contact bearings supporting the shaft in the body, in which the shaft (2) is supported by bearings (3) and (4), with the outer race of the bearing (4) located at one of the ends of the shaft (2) resting on the cover (5), the inner races of the bearings (3) and (4) rest on the steps of the shaft (2), and on the opposite end of the shaft (2)

PL 242023 B1 there is a sleeve (6) and a cover (7), the body (1) is connected to the sleeve (6) with the adjustment screw (12), the sleeve (6) is placed in the body (1), adhering to the bearing (3) the sleeve (6) has a blind longitudinal hole (17) in which the sub-assembly containing the inserts (9) and (10) and the spherical element (11) is placed, moreover, in the axis of the adjusting screw (12) the sleeve (6) has a recess (16) characterized in that the sleeve (6) has on its circumference protruding elements (18) with helical beveled surfaces, which are adapted to cooperate with channels (19) with a helical profile, made in the cover (7), enabling rotational and longitudinal movement of the sleeve (6) in the body (1), while the adjusting screw (12) is fixed with one end in the threaded hole of the spherical element (11) and with the other end in the self-aligning bearing (13) embedded in the body (1) by means of the bearing holder (14) .

2. A mechanism according to claim 1, characterized in that the covers (5) and (7) are connected to the body (1) by means of screws (8).

3. A mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the blind longitudinal hole (17) of the sleeve (6) and the outer insert (10) end with a threaded surface.