SE458303B - Smoerjanordning foer en lagerkonstruktion med en roterbar horisontellt lagrad axel samt ringkropp foer denna smoerjanordning - Google Patents

Description

4258 40 3()5 drift och stillestånd, erhålles dessutom stor förslítning från själva kontakten. Under stillestånd rinner huvuddelen av smörjmedlet tillbaka till reservoaren, så att mycket ringa smörjskydd finns tillgängligt under igàngsättningen.

Följaktligen uppträder sannolikt tidigt slitage av axeln, ringen, lagren och andra tillhörande delar innan oljefil- men återupprättas. Detta leder i sin tur till kostnader för reparationer och utbyte av delar med medföljande drift- stillestànd. ' Ett huvudändamàl med uppfinningen är därför att för- bättra smörjförmagan hos oljeringar, så att effektiviteten hos axial- och radiallager ökas, genom tillhandahållande av en lagersmörjanordning uppvisande en oljering och ett fri- bärande bladarrangemang, vilket tjänstgör till att avskrapa smörjmedlet från oljeringens kontur eller spår samt rikta och avsätta smörjmedlet på de önskade områdena omkring axeln, lagren och själva ringen.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att minska olje- ringens rotation, varigenom tillhandahàlles ökad smörj- medelstillförsel, genom utnyttjande av den verksamma bromsegenskap som tillhandahålles av verkan från det fri- bärande oljebladet mot det smörjmedelsflöde som transporte- ras fràn reservoaren av ringen, och att öka smörjmedlets fördelning till följd av ringens utformningen och av olje- bladets utformning såsom en divergerande kil.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att tillhanda- hålla fjäderunderstöd av oljeringen och att förhindra den överdrivna svängrörelse som kännetecknar utföringsformer enligt känd teknik genom tillhandahållande av organ för att minska kontakten mellan ringen och axeln före och under driften, varigenom igångsättningsslitaget minimeras hos oljeringen, axeln och lagren samt ökas livslängden hos dessa delar. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att tillhanda- hålla en oljeríng och ett fribärande bladarrangemang som kan användas tillsammans med de flesta eller samtliga an- ordningar som ídag utnyttjar konventionella oljeríngar samt vilken är ekonomisk att framställa och använda.

Dessa och andra ändamål uppnås med föreliggande upp- finning, vilken hänför sig till en lagersmörjanordning av- 40 458 303 sedd att användas i ringsmorda glidlager och liknande, vil- ka uppvisar en roterbar axel, en lageryta och en smörjme- delsreservoar, varvid anordningen uppvisar en huvudsakligen cirkulär ringkropp för att transportera smörjmedel från reservoaren för avsättning på axeln och lagerytan. Ring- kroppen roterar med axeln och ett organ är anordnat för att separera smörjmedlet från ringen, varigenom tillhanda- hålles större smörjmedelstillförsel än vad som var möjligt med konventionella oljeríngar. För lager med dubbla rota- tionsriktningar kan ett andra uppsamlingsorgan för smörj- medel tillsättas motsatt det första organet för att styra smörjmedlet till axeln och lagerytorna och in i lageraxelns matningsspár, ifall sådana föreligger.

Utföríngsexempel av uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig I är en sidovy, delvis i snitt, av ett blockla- geraggregat med en lagersmörjanordning enligt uppfinningen anordnad omkring lageraggregatets axel; fig 2 är en perspektivvy av en del av lagersmörjanord- ningen enligt föreliggande uppfinning, visad installerad i ett blocklager, med en del av lagerkonstruktionen bortbru- ten, samt visande oljeríngens och det fribärande oljebla- dets orientering med avseende på axeln; fig 3 är en perspektivvy i större skala, delvis i tvärsnitt, av oljeringen och det fribärande oljebladet en- ligt föreliggande uppfinning, visande ringens kontur, var- vid snittet är taget från ringen 3 i fig 2; fig 4 är en schematisk och grafisk framställning av de olika lägen som íntages av det fribärande oljebladet hos en endast i en riktning roterbar axel; fig 5 är en schematisk och grafisk framställning av en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning, visande de olika lägen som íntages av det fribärande ol- jebladet vid lagerkonstruktionens ena sida och ett separat oljeuppsamlingsblad på motsatt sida om det fribärande bla- det, för en axel roterbar i båda riktningarna; fig 6 visar grafiskt sambandet mellan axelvarvtal och oljetillförsel vid enbart en oljering och vid en Olje- ring med ett fribärande oljeblad; fig 7 visar grafiskt sambandet mellan axelvarvtal och 458 40 503 4 oljetillförsel.vid tre oljeringar, var och en med ett fri- bärande oljeblad, varvid ringarna har olika spårdjup; fig 8.visar grafiskt sambandet mellan.axe1varvta1, ringhastighet och oljetillförsel vid enbart en oljering, vilken utgör en del av föreliggande uppfinning; fig 9 visar grafiskt sambandet mellan axelvarvtal och oljetillförsel för tre smörjmedel av olika viskositet, vilka användes vid föreliggande uppfinning; och fig 10 visar grafiskt sambandet mellan axelvarvtal och oljetillförsel vid en,i bada riktningar roterbar axel, för ett lager med en oljering, ett fribörande oljeblad och den i fig 5 visade oljeuppsamlaren.

Med hänvisning till ritníngarna och särskilt till fig 1 betecknas allmänt med 10 lagersmörjanordningen enligt föreliggande uppfinning. Anordningen visas här inrättad i ett radiallager 12, men är ej begränsad till enbart ett sådant lager. Arrangemanget kan normalt användas varhelst oljeringar användes för smörjändamål och i ett flertal olika anordningar. Under normal drift med lager av den vi- sade typen är oljeringen 19 anordnad med spel omkring en roterbar axel 14 och roterar med denna på ett sätt som kom- mer att förklaras nedan. Oljeringen roterar i ett ringspår 16 genom.en smörjmedelsreservoar 18 och transporterar un- der rotationen smörjmedlet uppåt för avsättning på axeln och lagerytorna.

Fig 1 visar ett tvärsnitt av oljeringen 19 enligt föreliggande uppfinning. En av de begränsande faktorerna för uppnående av större oljetransport och ett stabilt driftstillstånd med oljeringar är utformningen av ytter- ytan. Med föreliggande uppfinning har vinkeln hos sidorna i förening med längden av de vertikala sidorna 22 vi- sat sig ha störst inverkan på oljetransporten (fig 3).

När vinkeln hos sidorna 20 uppgick till 0°, erhölls det maximalt möjliga sidomotståndet hos ringen i ringspàret 16. Detta orsakade att ringen arbetade felaktigt till följd av det större sídomotståndet, och oljetransporten minskades till följd av otillräcklig ringhastighet. När vinkeln hos sidorna 20 ökas varigenom längden hos sidorna 22 minskas, ökas oljetransporten i motsvarande utsträckning och smörjmedlet kastas bort från ringen av centrifugal- 40 458 303 krafterna i form av stänk. Genom experiment har den optima- la vinkeln för de.vink1ade sidorna 20 befunnits vara unge- fär 300, oberoende av ringens diameter eller det invändiga spårets 24 djup.

Vid låga axelhastigheter följer oljeringen axeln och de har ungefär samma hastighet. När axelns 14 hastighet ökar uppnås en omslagspunkt, vid vilken en hydrodynamisk oljefilm börjar upprättas, en avsevärd slirníng uppträder och en märkbar minskning hos oljeringens hastighet upptäc- kes. Ringhastigheten vid denna omslagspunkt anses vara rin- gens primära hastighet med avseende pà axelhastigheten, vilken betecknas med N1 i fig 8. Sambandet vid denna punkt är dUr/dUs=0, för Ur=N1, där N1 är oljeringens primära hastighet, Ur är ythastigheten hos ringens 19 innerdiameter och Us är axelns ythastighet.

Den primära hastigheten hos oljeringen är en samman- satt funktion av ringens massa, form, projicerade kontakt- areor, axelns hastighet, smörjmedlets viskositet och lokal temperatur, när axelns hastighet ökar, varvid ringens has- tighet ökar till ett värde ovanför den primära hastigheten, upprättas bestämt en oljefilm mellan ringen och axeln.

Den punkt vid vilken ringens faktiska rotationshastighet är balanserad mellan framdrivningskraften vid kontaktområ- 'det mellan ringen och axeln och motstándskraften från Smörjmedlets motstånd på ringen, betecknas med den sekun- dära hastigheten eller NZ. Denna punkt visas likaså i fig 8 och sambandet uttryckes såsom dUr/dUs=0, där Ur=N2. Den sekundära hastigheten är likaså en funktion av manga para- metrar, såsom axelhastighet, oljeviskositet, ringens ned- sänkningsnivâ i smörjmedlet och ringens form. Exempelvis gäller att ju större längd hos den vertikala sidan 22, desto mindre sekundär hastighet N2.

Ovanför den sekundära hastigheten ökar smörjmedels- transporten mycket snabbt med ökande ringhastighet. Även när axelns hastighet fortsätter att öka drives ringen helt av hydrodynamisk verkan via en tjockare oljefilm. När mer smörjmedel transporteras från reservoaren ökar motståndet _ till följd av ökad dynamisk nedsänkningsnivå hos ringen i ; reservoaren till följd av den snabbare rotationen. Under ' försök har olika ringar vid en bestämd axelhastighet upp- 458 303 40 6 visat stor vibration ovanför den sekundära hastigheten NZ.

Vibrationstillstánden kunde lätt observeras ocho tioner av translaterande, var vibra- konisk och svängande typ, varvid vibrationerna inleddes med ett svängande tillstånd. Vibra- tionernas amplitud ökar med axelhastigheten. Denna speciel- la ringhastighet kan benämnas den tertiära ringhastigheten och betecknas med N3 på fig 8) Den tertiära ringhastigheten N3 antages vara den första, kritiska, "ste1kropps"-hastig- heten hos ringen.

När axelhastigheten ökar över den tertiära hastighe- ten till det instabila området, utlöser ringens instabila rörelse en bortstötning av smörjmedel från såväl ringen som axeln. Denna bortstötning blir sa våldsam att smörj- medelstransporten snabbt faller, såsom visas i fíg 8.

Ovanför den tertiära hastigheten N3 kommer antingen ringens rotationshastighet att bibehålles konstant eller falla, oberoende av axelhastígheten. Ett flertal specifika fak- torer inverkar på denna tertiära hastighet, såsom ringens form, utformningen av ringens öppning som starkt styr ringens hydrodynamíska styvhet, ringens massa och ringens diameter; exempelvis har en större ring en lägre tertiär hastighet. Inverkan av ändringar i smörjmedelsviskositet på ringen samt smörjmedelstransport studerades vid användning av smörjmedel av typ SAE 10, 20 och 30 wt, varvid man fann att vískositeten påverkade ringens primära och sekundära hastigheter; den tertiära hastigheten befanns dock vara oberoende av viskositeten.

Olika material kan användas för framställning av ringen 19, såsom mässing, Muntz (60% Cu, 40% Zn) och brons (SEA-660). Försök utförda på dessa material under använd- ning av ett smörjmedel av typen SAE 10 vid 37,8°C och en nedsänkningsnivå om 15% av ringens diameter visade att med brons erhölls en oljetransport ungefär 10% högre än hos övriga undersökta material. Försök avseende slitage- egenskaper, bestående av 30 000 start-stopp-cykler och 7 200 timmars kontinuerlig drift vid 1800 r/min med smörj- medel av typ SAE 10 visade mindre slitage hos mässingsrin- gen, men skillnaderna var små.

I fig 2 visas oljeringen anordnad omkring axeln 14.

Axeln är roterbar i lagerdelen eller fodret 40, som kan 40 458 305 7 vara av varje lämplig typ, varvid i den visade utförings~ formen rotationen sker i pilens riktning. Ett organ för att separera smörjmedlet från ringen eller ett fribärande olje- blad 42 (C.0.L.) är fäst vid fodret med lämpliga fästor- gan, såsom skruvar 46. Bladet 42 har en divergerande, kil- formad konfiguration samt är monterat i ett lager med en sådan rotationsriktning, att axeln 14 roterar mot och in i bladets fria ände 48. Den fria änden 48 är anordnad i rin- gens 19 spår och bladet kan vara framställt av varje lämp- ligt material, såsom stålplåt eller -folie. Formen har experimentellt optimerats och en folie med en tjocklek om ungefär 0,5 mm och en båge om ungefär 700 har befunnits tillhandahålla optimala prestanda för varje kombination av ring och axel. Den krökta folien förspännes med 10% av ringens tyngd och intar ungefär det i fig 4 med SOA beteck- nade läget när anordningen är i vila, varigenom medges att ringens 19 ytterkanter står i kontakt med axeln 14. Vid rotation hos axeln och ringen transporteras smörjmedel uppåt från reservoaren 18 genom det inre spåret 24 och genom tvâ yttre spår S2 och 54, ett på var sida av ringen 19. Smörjmedlet uppsamlas och avskrapas från spåret 24 av bladet 42, varvid smörjmedlet avsättes på och mot axeln och lagerytorna. Förspänning av det fribärande bladet 42 tillhandahåller en fjäderegenskap som minimerar kontakten mellan ringen och axeln, varigenom minimeras igångsättnings- slitaget hos elementen och bidrages till stabiliseríng av ringen under höghastighetsdrift.

Som visas i fig 2 och 4 roterar axeln och ringen normalt mot bladets fixerade ände. Till följd av bladets större bredd vid den fixerade änden ökar dess styvhet från framkanten mot den fixerade änden. Denna breddande form tjänstgör även till att uppsamla det avskrapade smörjmed- let och leda det mot lagrets axiella spridningsspàr (ej visat) under driften. Bladets främre eller fria ände 48 och dess läge i spåret 24 tillhandahåller en sparande effekt på ringen, varigenom förhindras stort sídomotstând på ringen i ringspâret 16. Dessutom erbjuder den fria änden yttre dämpning och styvhet åt ringen till följd av hydrodynamisk tryckalstring mellan bladet och ringen. När ringhastig- heten ökar med ökande axelhastighet, varvid mer smörjmedel 4558 40 ()5 s transporteras uppåt av ringen, pressas bladet utåt, ungefär till läget SOB i fig 4. Utátrörelsen framkallar därvid en divergerande kilverkan, vilken tillsammans med det alstrade hydrodynamiska oljetrycket tillhandahåller en bromsverkan på ringen, som stabiliserar ringen vid höga varvtal och ökar oljetransporten. Härigenom undanröjes behovet av att fram- ställa ett flertal spår i ringen för olika axelhastigheter och -dimensioner. När axelhastigheten ytterligare ökas blir den divergerande inverkan mer uttalad. Ringen intar ungefär- ligen det med SOC betecknade läget i fig 4, vilket är den önskade inverkan, eftersom den mer uttalade divergensen framkallar en ännu bättre stabiliserande inverkan och en lägre ringhastighet vid högre axelhastígheter. stabilitet med en oscíllerande rörelse vid heter, Sålunda råder högre ringhastig- till följd av den dívergerande kilformen.

Inverkan av varierande djup hos spåret 24 på smörj- medelstransporten vid olika axelhasti gheter visas grafiskt i fig 7.

De tre testade ringarna var lika, med undantag för variation i djup hos det inre spåret, varvid spàrdjupet var D=1,05 mm, D=1,52 mm och D=3,2O mm. Från dessa värden valdes ett optimalt djup om ungefär 1,52 mm, vilket tillhandahöll ungefär fördubblad oljetransport jämfört med ringar med grundare eller djupare spår. Ringen 19, med ett spårdjup om ungefär 1,52 mm, betecknades med ## S och undersöktes med och utan det fríbärande oljebladet 42. Resultaten är grafiskt framställda i fig 6. Vid försök på ringen utan blad uppstod instabilitet vid en axelhastighet om ungefär 1800 r/min och en ringhastighet om ungefär 180 r/min, varvid axeln ej kunde drivas högre än ungefär 2500 r /min. Ringens oljetransport begränsades till ungefär 1200 cms/min. För- sök på samma ring med bladet 42 medgav axelhastigheter upp till och mer än ungefär 3200 r/min, med en oljetransport om ungefär 2100 cms/min vid 1800 r/min och en uppnåelig oljetransport om ungefär 3200 cm3/min vid 1800 r/min, var- vid det senare fallet visar grafiskt i fig 7. De båda i fig 6 och 7 visade försöken utfördes med ett smörjmedel av typ SAE 20 Wt. Den i fig 7 visade ökade oljetransporten kan hänföras till högre smörjmedelstemperatur, försöket eniigt fig 1 var 4s,s°c vid inioppet, medan vid det i fig 6 visade försöket oljetemperaturen var 37,8°C vilken i 458 303 vid inloppet. Inverkan av varierande viskositet hos smörj- medlet visas grafiskt i fig 9 för smörjmedel med SAE-värden om 10, 20 och 30 wt. Som framgår uppvisar de tjockare smörj- medlen en markerad ökning i oljetransport, vilket är en betydelsefull och önskvärd faktor, särskilt vid lagertillämp- ningar av större dimensioner där användning av tjockare ol- jor och högre hastigheter är vanliga.

I de fall där rotationslager har dubbla rotations- riktningar är ett extra uppsamlingsorgan, såsom ett uppsam- lingsblad 60, fäst vid lagerfodret 40 med hjälp av lämpliga fästorgan såsom skruvar 62, varvid bladet 60 är anordnat motsatt till det fribärande bladet 42 enligt fig 5. Uppsam- lingsbladet riktar det transporterade smörjmedlet in i la- geraxelns matningsspår (ej visat) där smörjmedlet fördelas och slutligen àterföres till reservoaren för att upptagas av oljeringen och återföras. Oljetransporten som funktion av hastigheten hos ett lager med dubbla rotationsriktningar vi- sas grafiskt i fig 10 vid rotation mot och bort från det fribärande bladet 42 (C.O.L.). Medan en obetydlig minskning i oljetransport observeras, är oljetransporten fortfarande större än den hos enbart en konventionell oljering. Det är därför önskvärt att anordna uppsamlaren 60 i ett lager med dubbla rotationsriktningar fär att eventuellt undanröja be- hovet av ett yttre smörjsystem. I de fall då ett yttre sys- tem erfordras utan hänsyn till storlek av lagerdimension eller andra faktorer, är det ändå tillrådligt att använda uppsamlaren med hänsyn till den snabba ökningen av olje- transport som observeras från igångsättningen, varigenom minskas igángsättningsslitage hos lagret, axeln och själva ringen.

Fastän en utföringsform av en lagersmörjanordning och en modifikation av denna har visats och beskrivits i detalj, kan ett flertal andra ändringar och modifikationer utföras utan att uppfinningstanken därvid frångås.

Claims (10)

458 303 /a 10 15 20 25 30 35 40 Patentkrav

1. Smörjanordning för en lagerkonstruktion med en roter- bar horisontellt lagrad axel (14), innefattande en under axeln placerad smörjmedelsreservoar (18), en huvudsakligen cirkulär ringkropp (19), vilken har väsentligen större diameter än axeln, är placerad excentriskt omkring axeln och sträcker sig in i reservoaren för att fràn denna överföra smörjmedel till den roterande axelns yta, varvid ringkroppen är understödd fran axelns ovansida vid väsentligen ett område närmast ovan- sidan, k ä n n e t e c k n a d av ett bladorgan (42) som sträcker sig in i ringkroppen (19) till en punkt nära området närmast axelns (14) ovansida mellan axeln och en inneryta av ringkroppen (19) för att underlätta överföring av smörjmedel fràn ringkroppen (19) till axelns (14) yta när ringkroppen roteras av axeln.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att bladorganet (42) är ett fribärande bladorgan av huvudsak- ligen kilform med en smal fri ände och en vid lagerkonstruk- tionen (40) fast förbunden bred ände.

3. Anordning enligt nagot av föregående krav, k a n n e t e c k n a d av att bladorganet (42) har en konvex yttre yta med en bàglängd om ungefär 70° för krökning ovanför och omkring axeln (14).

4. Anordning enligt något av föregående krav, n e t e c k n a d k ä n - av att den innefattar ett uppsamlingsblad (60) för smörjmedel anordnat mitt emot bladorganet (42) och fäst vid lagerkonstruktionen (40) för att rikta smörjmedel mot en lageryta.

5. Anordning enligt något av kraven 2~4, t e c k n a d k ä n n e - av att bladorganet (42) är làngsträckt och eftergivligt, har en konstant tjocklek om ungefär 0,5 mm frän den breda änden till den smala änden samt är framställt av stàlfolie.

6. , Ringkropp (19) for en smörjanordning enligt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den uppvisar en väsentligen cirkulärcylindrisk ytteryta, högra och vänstra sidopartier vilka sträcker sig inåt (vid 20, 21) fràn ytter- ytan med en förutbestämd vinkel och därefter ytterligare inàt (vid 22, 23) huvudsakligen vinkelrätt till ytterytan, och en 10 f; 458 503 ínneryta i vilken är anordnat åtminstone ett spàr (24, 52, 54).

7. Ringkropp (19) enligt krav 6, k ä n n e t e c k - n a d av att ett flertal spar (24, 52, 54) är anordnade i in- nerytan och sträcker sig periferiellt runt denna.

8. Ringkropp (19) enligt något av kraven 8 och 7, k ä n n e t e c k n a d av ett bredare centralt spar (24) för upptagning av bladorgenet (42) vid punkten nära omradet närmast axelns (14) ovansida. _

9. Ringkropp (19) enligt nagot av kraven 6-6, k ä n n e- t e c k n a d av åtminstone ett smalare yttre spår (52, 54).

10. Ringkropp (19) enligt något av kraven 6-9, -flv » k ä n n e t e c k n a d av att de högra och vänstra sidopar~ tíerna (20, 21) är vinklade inåt med en vinkel om ungefär 300.