СФЕРИЧЕСКИЙ РОЛИКОВЫЙ ПОДШИПНИК Российский патент 2000 года по МПК F16C33/58 F16C33/34 F16C19/28 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к радиально-упорным, радиальным и упорно-радиальным сферическим подшипникам.

Известен радиально-упорный сферический подшипник [1].

Известный подшипник содержит наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, между которыми в сепараторе размещены бочкообразные несимметричные ролики. Радиусы сферы дорожек качения внутреннего кольца и боковой поверхности ролика равны между собой и меньше радиуса сферы дорожки качения наружного кольца.

Данная конструкция имеет ряд недостатков, приводящих к неравномерному распределению контактных напряжений и как следствие к снижению долговечности подшипника.

Одним из недостатков является наличие линейного контакта между роликом и дорожкой качения внутреннего кольца. Это приводит к возрастанию напряжений на обоих концах роликов и вследствие ослабленного металла кромки дорожки качения к преждевременному выкрашиванию металла на дорожках или роликах, т.е. к так называемому "краевому эффекту".

Второй недостаток состоит в том, что расчетная точка контакта дорожки качения наружного кольца с роликом расположена на середине ролика. Это приводит к смещению равнодействующей усилий от роликов на дорожку качения внутреннего кольца в сторону широкого торца роликов на 0,05-0,1 длины роликов, что вызывает рост напряжений на краю дорожки внутреннего кольца и выкрoшивание металла дорожки или роликов возле упорного бортика. По этой причине наблюдается выход из строя подшипников в 40% и более случаев [2].

Оба недостатка являются превалирующими в усталостном разрушении внутренних колец и существенно снижают долговечность подшипников.

Наиболее близким к заявляемому является роликовый радиальный сферический двухрядный подшипник [3].

Известный подшипник содержит наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, между которыми в сепараторе размещены бочкообразные несимметричные ролики. Радиус образующей ролика меньше радиусов образующих дорожек качения наружного и внутреннего колец.

В данной конструкции отсутствует линейный контакт ролика с дорожкой качения внутреннего кольца, что устраняет "краевые эффекты" роста напряжений.

Однако расположение расчетной точки контакта ролика с дорожкой качения наружного кольца на середине ролика приводит, как и в случае аналога [1], к смещению равнодействующей усилий от роликов на дорожку качения внутреннего кольца в сторону широкого торца роликов и к выкрoшиванию металла дорожки внутреннего кольца или роликов.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение долговечности подшипника за счет равномерного распределения контактных напряжений вдоль дорожки качения внутреннего кольца и исключения их концентрации на краю дорожки возле упорного бортика.

Поставленная задача решается тем, что в сферическом роликовом подшипнике, содержащем наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с одной или несколькими тороидальными дорожками качения и упорным бортиком и расположенные в сепараторе между дорожками качения колец под углом к оси подшипника несимметричные бочкообразные ролики, радиус образующих которых меньше радиуса сферы наружного кольца и радиуса образующей дорожки качения внутреннего кольца, согласно изобретению положение наибольшего диаметра ролика относительно его широкого торца определяется зависимостью
E ≥ 0,5L_p-R_psinβ_в,
где L_р - длина ролика;
R_р - радиус образующей ролика;
β_в - угол между осью ролика и общей касательной в точке контакта ролика с дорожкой качения внутреннего кольца, расположенной на середине ролика.

На фиг. 1 изображен сферический роликовый подшипник для восприятия комбинированной нагрузки с одним рядом роликов, фрагмент осевого сечения;
на фиг. 2 - сферический роликовый подшипник для восприятия преимущественно радиальной нагрузки с двумя рядами роликов;
на фиг. 3 - то же для восприятия преимущественно осевой нагрузки с одним рядом роликов;
на фиг. 4 - вид на площадку контакта ролика с внутренним кольцом вдоль линии действия нагрузки на ролик.

Сферический роликовый подшипник содержит наружное кольцо 1, внутреннее кольцо 2 с дорожками качения 3 и 4 соответственно, ролики 5. На внутреннем кольце 2 выполнен упорный бортик 6. Ось S-S ролика 5 расположена под углом α к оси N-N подшипника и пересекается с ней в точке O. Точки O_р и O'_p - центры кривизны образующей ролика 5, контактирующего с дорожкой качения 4 внутреннего кольца 2 и дорожкой качения 3 наружного кольца 1, а линия O_pO'_p - след плоскости наибольшего диаметра ролика 5.

Для исключения концентрации напряжений на краю дорожки качения 3 внутреннего кольца 2 возле упорного бортика 6 расчетная точка контакта A ролика 5 с дорожкой качения 4 внутреннего кольца 2 расположена на диаметре D_р контакта, который находится на середине длины L_р ролика 5. При этом наибольший диаметр D_w ролика 5 смещен от середины в сторону широкого торца 7 и расположен от него на расстоянии E. Общая касательная OA в точке A контакта середины ролика 5 с дорожкой качения 4 внутреннего кольца 2 проходит через точку O пересечения оси N-N подшипника с осью S-S ролика 5 и составляет с последней угол β_в. Точка O₁ - центр радиуса R_н сферы дорожки качения 3 наружного кольца 1, точка O₂ - центр радиуса R_в образующей дорожки качения 4 внутреннего кольца 2.

Так как касательная OA перпендикулярна радиусу R_р ролика 5, равному O_рA, а ось S-S ролика 5, проходящая через точку О, перпендикулярна следу O_рO'_р плоскости наибольшего диаметра D_w ролика 5, то угол COA равен углу AO_рO'_р и равен β_в. Расстояние К от точки А контакта ролика 5 с дорожкой качения 4 внутреннего кольца 2 до плоскости наибольшего диаметра D_w ролика 5 равно
K = O_pA sinβ_в = R_psinβ_в
Отсюда следует, что положение E плоскости наибольшего диаметра D_w ролика 5 относительно его широкого торца 7 определяется зависимостью

Подшипник работает следующим образом (см. фиг. 4). Первоначально без нагрузки или при незначительной нагрузке (p < 0,05C) контакт ролика 5 с дорожкой качения 4 внутреннего кольца 2 происходит в точке А или по площадке F незначительной величины на середине длины L_р ролика 5 (C - динамическая грузоподъемность подшипника). По мере увеличения нагрузки до средних значений (p ≈ 0,1C) площадка контакта и контактных напряжений увеличивается до величин эллипса T, близких к длине L_р ролика 5, и располагается симметрично относительно середины ролика 5(n=n'). При приложении высокой нагрузки (p ≥ 0,15C) эллипс Т площадки превращается в прямоугольник M с равномерным распределением напряжений вдоль всего ролика 5. При этом не происходит смещение равнодействующей усилия к упорному бортику 6 внутреннего кольца 2, отсутствует концентрация напряжений в зоне около упорного бортика 6 и исключается преждевременный выход из строя подшипника.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 183544, опуб. 1966.

2. Вайткус Ю.М. и др. Новые подшипники для нижней головки шатунов двухэтажных лесопильных рам. - Деревообрабатывающая промышленность, N 11, М.: Лесная промышленность, 1990.

3. Проектирование роликовых радиальных сферических двухрядных и сфероупорных подшипников. - Подшипники качения. Справочник-каталог, под общ. редакцией Л.В. Черневского, М.: Машиностроение, 1997.

Сферический роликовый подшипник относится к машиностроению, в частности к радиально-упорным, радиальным и упорно-радиальным сферическим подшипникам. Сферический роликовый подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с одной или несколькими тороидальными дорожками качения и упорным бортиком и расположенные в сепараторе между дорожками качения колец под углом к оси подшипника несимметричные бочкообразные ролики, радиус образующих которых меньше радиуса сферы наружного кольца и радиуса образующей дорожки качения внутреннего кольца. Положение наибольшего диаметра ролика относительно его широкого торца определяется зависимостью E≥0,5L_p-R_psinβ_в, где L_p - длина ролика; R_p - радиус образующей ролика; β_в - угол между осью ролика и общей касательной в точке контакта ролика с дорожкой качения внутреннего кольца, расположенной на середине ролика. Технический результат - повышение долговечности подшипника за счет равномерного распределения контактных напряжений вдоль дорожки качения внутреннего кольца и исключения их концентрации на краю дорожки возле упорного бортика. 4 ил.

Роликовый сферический подшипник, содержащий наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с одной или несколькими тороидальными дорожками качения и упорным бортиком и расположенные в сепараторе между дорожками качения колец под углом к оси подшипника несимметричные бочкообразные ролики, радиус образующих которых меньше радиуса сферы наружного кольца и радиуса образующей дорожки качения внутреннего кольца, отличающийся тем, что положение наибольшего диаметра ролика относительно его широкого торца определяется зависимостью
E≥0,5L_p-R_psinβ_в,
где L_р - номинальная длина ролика;
R_р - радиус образующей ролика;
β_в - угол между осью ролика и общей касательной в точке контакта ролика с дорожкой качения внутреннего кольца, расположенной на середине ролика.