ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ РАДИАЛЬНЫЙ РОЛИКОВЫЙ БЕССЕПАРАТОРНЫЙ Российский патент 1999 года по МПК F16C19/22 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подшипниковых узлах, отличающихся особо высокими радиальными нагрузками, а также внецентренным вращением.

Известен подшипник качения радиальный роликовый стандартный с цельным сепаратором (Подшипники качения: Справочник-каталог/ Под ред. В.Н.Нарышкина и Р.В.Корасташевского. -М.: Машиностроение, 1984, 8-9).

Недостатком такой конструкции является наличие сепаратора, не позволяющего из-за перемычек увеличить число роликов до геометрически максимально возможного и использовать роликоподшипник при внецентренном высокоскоростном вращении, например, в сателлитах планетарных авиационных редукторов.

Известен подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный стандартный игольчатый (Подшипники качения: Справочник-каталог/ Под ред. В.Н.Нарышкина и Р.В.Корасташевского.-М.: Машиностроение, 1984, 10-11).

Недостатком этой конструкции подшипника является невозможность использования его при высоких скоростях вращения внутреннего или наружного колец, а также при внецентренном высокоскоростном вращении.

Известен подшипник качения радиальный, содержащий индивидуальные дистанционные элементы, вставленные между соседними элементами качения (роликами) (Патент Германии N 4236847. Радиальный подшипник качения. 5 F 16 C 19/40. "Узлы и детали машин", вып.69, N 20, 1995).

Недостатком такого подшипника является также невозможность использования его при внецентренном высокоскоростном вращении.

Известен подшипник качения роликовый, содержащий составленные из сегментов наружное и внутреннее кольца и размещенные между ними ролики, на рабочих поверхностях колец и роликов выполнены профильные выступы и впадины. Контур профилей выступов и впадин выполнен в виде сопряженных между собой дуг окружностей (Патент России N 2008536. Роликовый подшипник. F 16 C 19/22, F 16 C 33/58, 1994).

Недостатком данной конструкции подшипника является невозможность эксплуатации на высоких скоростях вращения и при внецентренном вращении вследствие сегментной конструкции его колец, а также сложность технологических операций при изготовлении подшипника.

Для сравнительного анализа с предлагаемым техническим решением принят известный подшипник качения роликовый, содержащий наружное и внутреннее кольца и тела качения, имеющие рабочие поверхности с дискретными винтовыми рабочими и нерабочими участками (А.С. SU N 1153131, F 16 C 19/22).

Недостатком этой конструкции подшипника является нетехнологичность изготовления винтовых рабочих и нерабочих поверхностей, а также возникающая осевая составляющая силы в контакте роликов и колец, увеличивающая потери на трение в подшипнике. В результате этого, несмотря на заявленную высокую грузоподъемность, добиться значительной долговечности подшипника не представляется возможным.

Изобретение решает задачу создания бессепараторного высокотехнологичного роликового подшипника с повышенной грузоподъемностью, предназначенного для использования в машиностроении, в подшипниковых узлах, отличающихся сложным нагружением, возникающим при внецентренном вращении подшипника, например, в сателлитах планетарных редукторов.

Поставленная задача достигается тем, что в подшипнике качения радиальном, роликовом, бессепараторном на буртах колец и торцевых участках удлиненных роликов нарезаны прямозубые эвольвентные зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении друг с другом, выполняющие функцию сепаратора и имеющие диаметры начальных окружностей, равные соответственно диаметрам беговых дорожек колец и роликов; при этом в торцевых сечениях подшипника образуются планетарные зубчатые механизмы, которые должны быть зеркальным отображением друг друга, иметь числа зубьев, удовлетворяющие условиям сборки и соосности
C = (Z₁ + Z₃)/Z;
Z₁ + 2Z₂ = Z₃
где Z₁, Z₃ - числа зубьев колес, нарезанных соответственно на буртах внутреннего и наружного колец подшипника; Z₂ - число зубьев колес, нарезанных на роликах; Z - число роликов; C - любое целое число, а боковой зазор в зацеплении b_n>δsinα_w, где δ - сближение колец и роликов при действии радиальной нагрузки на подшипник; α_w - угол зацепления.

Равенство названных диаметров необходимо, чтобы исключить проскальзывание роликов на беговых дорожках колец. Зеркальное расположение зубьев и впадин обоих планетарных зубчатых механизмов не допускает возникновения возможного перекоса роликов и упрощает сборку подшипника. Число C должно быть целым, чтобы избежать интерференции зубьев при сборке и обеспечить равенство центральных углов между роликами после сборки подшипника. Чтобы выполнялось условие соосности числа зубьев Z₁ и Z₃ должны быть либо оба четными, либо оба нечетными. Указанная величина бокового зазора b_n исключает силовое касание зубьев при действии радиальной нагрузки на подшипник.

В подшипнике внутреннее кольцо может быть составным, включающим собственно кольцо и жестко пристыкованные к нему на месте буртов кольца-шестерни. Наружное кольцо и ролики цельные.

В предлагаемом подшипнике наружное кольцо может быть составным, содержащим собственно кольцо и жестко пристыкованные к нему на месте буртов кольца-шестерни. Внутреннее кольцо и ролики цельные.

В подшипнике ролики могут быть изготовлены составными, состоящими из собственно роликов со шлицевыми хвостовиками и жестко посаженных на хвостовики зубчатых колес.

Конструкция предлагаемого подшипника может иметь составные внутреннее кольцо, наружное кольцо и ролики в попарном сочетании или все элементы качения составные.

Предлагаемый подшипник с составными кольцами и роликами может содержать максимально возможное число роликов, определяемое из соотношений:
Z_max≤ 360^°/ϕ_min,
ϕ_min= 2arcsin[(d_a2+Δ_min)/D_ρw],
где Z_max - максимальное число роликов; ϕ_min - минимальный центральный угол между роликами; d_a2 - диаметр окружности вершин зубчатых колес роликов; Δ_min - минимальное расстояние между окружностями вершин зубьев колес роликов, исключающее касание зубьев двух соседних роликов в процессе работы подшипника; D_ρw - диаметр окружности центров роликов.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6.

На фиг. 1 показана конструкция подшипника качения, состоящего из внутреннего кольца 1, наружного 2 и тел качения - роликов 3. На буртах колец и концевых участках роликов нарезаны эвольвентные прямозубые зубчатые колеса, образуя в торцевых сечениях подшипника подобие планетарных механизмов. Сборка подшипника такой конструкции производится в следующей последовательности: в наружное кольцо 2, лежащее на плоскости, вкладывается внутреннее кольцо 1, сдвигается до касания к наружному кольцу 2; в образовавшееся серпообразное пространство устанавливаются ролики 3 с максимальным заполнением, но без зацепления друг с другом; затем, вращая внутреннее кольцо 1 вокруг его оси, рассредоточивают ролики по окружности, приводя подшипник в собранное состояние.

На фиг. 2 показана конструкция подшипника, содержащего составное внутреннее кольцо. К собственно внутреннему кольцу 1 пристыковываются на штифтах 4 колеса-шестерни 5, 6. Сборка производится аналогично предыдущей конструкции с той лишь разницей, что последним этапом является пристыковка к внутреннему собственно кольцу 1 колес-шестерен 5, 6. В данной конструкции возможно большее число роликов, чем в предыдущей.

На фиг. 3 приведена конструкция подшипника, содержащего составное наружное кольцо, состоящее собственно из кольца 2 и пристыкованных на штифтах 4 колес-шестерен 7, 8. Сборка - аналогично конструкции подшипника с составным внутренним кольцом.

На фиг. 4 изображена конструкция подшипника, содержащего составные ролики, включающие в себя собственно ролики 3 и посаженные с натягом на их шлицевые хвостовики зубчатые колеса 9, 10. Сборка подшипника аналогична сборке конструкции подшипника с цельными кольцами. Последним этапом этой сборки является посадка колес 9, 10 на хвостовики собственно роликов 3 и кернение их. Данная конструкция допускает большее по сравнению с предыдущими число роликов в подшипнике.

На фиг. 5 показана конструкция подшипника качения, содержащего сборные внутреннее, наружное кольца и ролики. Внутреннее и наружное кольца состоят из собственно колец 1, 2 и пар зубчатых колес 5, 6 и 7, 8, пристыкованных к ним посредством штифтов 4. Ролики включают в себя собственно ролики 3 и пару зубчатых колес 9, 10, посаженных с натягом на шлицевые хвостовики собственно роликов 3. Сборка такого подшипника производится так. Между основными кольцами внутреннего 1 и наружного 2 колец подшипника устанавливаются собственно ролики 4. Затем напрессовываются на хвостовики зубчатые колеса 9, 10 и присоединяются на штифтах 4 колеса 5, 6 и 7, 8 соответственно к внутреннему 1 и наружному 2 собственно кольцам.

На фиг. 6 приведен фрагмент последней конструкции, допускающей максимальное число роликов в подшипнике при минимальном значении центрального угла ϕ_min.
Угол ϕ_min находится из треугольника O₁O₂O'₂. Минимальное значение этого угла ограничено минимальным расстоянием между окружностями вершин зубчатых колес роликов Δ_min. Из конструктивных соображений это расстояние следует принять
Δ_min= 3b_n/cosα_w.
Таким образом получен подшипник качения радиальный, роликовый, бессепараторный, не уступающий по технологичности стандартным, с повышенной грузоподъемностью, высокоскоростной, включая внецентренное вращение.

Подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный относится к области машиностроения и может быть использован в подшипниковых узлах, отличающихся внецентренным вращением подшипника и повышенными требованиями к его грузоподъемности. Повышения грузоподъемности удается достичь за счет увеличения числа роликов при отсутствии сепаратора. Функцию сепаратора в подшипнике выполняют расположенные в плоскости буртов колец прямозубые эвольвентные зубчатые колеса. Внутреннее и наружное кольца подшипника состоят из собственно колец 1,2 и пар зубчатых колес 5,6 и 7,8, пристыкованных к ним посредством штифтов 4. Ролики включают в себя собственно ролики 3 и пару зубчатых колес 9,10, посаженных с натягом на шлицевые хвостовики собственно роликов 3 с последующим кернением. Зубчатые колеса 5,6,7,8 могут быть нарезаны и непосредственно на буртах колес подшипника, а колеса 9,10 на концевых участках, специально удлиненных для этой цели роликов. В этом случае по требованиям сборки уменьшается число роликов в подшипнике. Изобретение повышает надежность устройства. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный, содержащий внутреннее, наружное кольца и ролики, отличающийся тем, что на буртик колец и торцевых участках удлиненных роликов нарезаны эвольвентные прямозубые колеса, находящиеся в зацеплении друг с другом, выполняющие функцию сепаратора и имеющие диаметры начальных окружностей, равные соответственно диаметрам беговых дорожек колец и роликов, при этом в торцевых сечениях подшипника образованы планетарные зубчатые механизмы с зеркальным отображением их зубьев и впадин, числом зубьев, удовлетворяющим условиям сборки и соосности C = (Z₁ + Z₃)/Z, Z₁ + 2Z₂ = Z₃ и боковым зазором в зацеплениях
b_u > δ•sinα_w,
где Z - число роликов;
Z₁, Z₃ - числа зубьев колес, нарезанных соответственно на буртах внутреннего и наружного колец подшипника;
Z₂ - число зубьев колес, нарезанных на роликах;
C - любое целое число;
δ - сближение колец и роликов при действии радиальной нагрузки на подшипник;
α_w - угол зацепления. 2. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что внутреннее кольцо подшипника выполнено составным, состоящим из собственно кольца и жестко пристыкованных к нему на месте буртов двух колец-шестерен. 3. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что наружное кольцо подшипника выполнено составным, состоящим из собственно кольца и жестко пристыкованных к нему на месте буртов двух колец-шестерен. 4. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что ролики изготовлены составными, содержащими собственно ролики с хвостовиками на торцах и жестко посаженные на них зубчатые колеса. 5. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что кольца подшипника и ролики выполнены составными, при этом кольца подшипника содержат собственно кольца и кольца-шестерни, жестко пристыкованные к собственно кольцам, а ролики - собственно ролики и зубчатые колеса, жестко посаженные на хвостовики собственно роликов. 6. Подшипник качения по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что он содержит максимально возможное число роликов, определяемое из соотношений
Z_max ≤ 360^o/ϕ_min;

где Z_max - максимальное число роликов;
ϕ_min - минимальный центральный угол между роликами;
d_а2 - диаметр окружности вершин зубчатых колес роликов;
Δ_min - минимальное расстояние между окружностями вершин зубьев колес роликов, исключающее касание зубьев двух соседних роликов в процессе работы подшипника;
D_ρw - диаметр окружности центров роликов.