ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ШАРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК С УСТОЙЧИВЫМ ВРАЩЕНИЕМ СЕПАРАТОРА Российский патент 2006 года по МПК F16C19/02 

Описание патента на изобретение RU2272941C2

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению. При высокоскоростных режимах эксплуатации подшипника и наличии в нем повышенного момента трения наблюдается нестабильная работа сепаратора.

В шарикоподшипнике сепаратор совершает вращательное движение вокруг центра подшипника с угловой скоростью, совпадающей со скоростью движения комплекта шариков. Нестабильность работы сепаратора характеризуется появлением в плоскости вращения комплекта шариков дополнительного возвратно-поступательного движения центра масс сепаратора относительно базирующего кольца с частотой, на порядок превышающей основную скорость вращения сепаратора. Характерными признаками возникновения высокочастотных колебаний сепаратора является усиление акустического шума и увеличение момента трения в подшипнике. Усиление шума изделия, в котором используется такой подшипник, приводит к отказу потребителя от дальнейшей его эксплуатации. Увеличение момента трения в подшипнике приводит к уменьшению скорости его вращения и потере точности гироскопа.

Известен способ повышения стабильности работы сепаратора за счет использования в подшипнике комплекта шариков, в котором увеличена разница между шариками по диаметру [1].

Недостатком такого способа стабилизации работы сепаратора является то, что при увеличении разноразмерности шариков ускоряется процесс их износа и происходит усиление вибрации подшипника. В итоге это приводит к сокращению срока эксплуатации гироскопа и потере его точности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ [2], предотвращающий нестабильную работу сепаратора, основанный на обеспечении в конструкции шарикоподшипника разных значений зазоров между сепаратором и базирующим кольцом (ΔБК) с одной стороны, и между шариками и стенками отверстий в сепараторе (ΔШ) - с другой стороны. Данный способ основан на том, что вихрение сепаратора в подшипнике происходит только при примерно равных величинах зазоров, т.е. когда ΔБК≅ΔШ.

Проведенное исследование показало, что даже при наличии соотношения зазоров ΔБКШ=1,7 при наличии увеличенного момента трения в подшипниках, например при отрицательной температуре окружающей среды, возникает неустойчивая работа сепаратора. Это связано с тем, что при увеличении зазора ΔБК уменьшается трение в зазоре, но при этом под действием центробежного ускорения происходит увеличение силы удара сепаратора с базирующим кольцом, что приводит к усилению нестабильности в работе сепаратора.

Целью изобретения является устранение в шарикоподшипнике неустойчивой работы сепаратора.

Указанная цель достигается тем, что в конструкции подшипника выполняют соотношение зазоров ΔБКШ, удовлетворяющее условию

где ΔБК - зазор между сепаратором и базирующим кольцом, ΔШ - зазор между шариками и стенками отверстий в гнезде сепаратора, Vc - линейная скорость сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом, Vш - линейная скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором, ωc - угловая скорость сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом, ωШ - угловая скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором, dС - диаметр сепаратора, dШ - диаметр шарика.

Таким образом, в конструкции подшипника обеспечивают соотношение зазоров ΔБКШ меньше, чем соотношение между линейными скоростями сепаратора и шарика.

На чертеже показана принципиальная схема шарикоподшипника, где условно изображен шарик 1, находящийся в гнезде сепаратора 2 и расположенный между неподвижным кольцом 3 и подвижным кольцом 4. При этом кольцо 3 является базирующим. Зазор между сепаратором 2 и базирующим кольцом 3 показан как «ΔБК», а зазор между шариком 1 и сепаратором 2 - «ΔШ».

Во время работы подшипника сепаратор периодически совершает соприкосновения с шариком или базирующим кольцом. При соприкосновении шарика с сепаратором происходит передача энергии от шарика к сепаратору. Это приводит к возбуждению сепаратора и появлению составляющей скорости движения сепаратора по направлению к базирующему кольцу. Передача энергии вращения шарика сепаратору пропорциональна коэффициенту трения в зазоре ΔШ и определяется материалами сепаратора и шарика, линейной скоростью шарика в точке соприкосновения с сепаратором (VШ), вязкостью смазки (η) и величиной зазора между сепаратором и шариком (ΔШ).

При соприкосновении сепаратора с базирующим кольцом за счет трения в зазоре ΔБК происходит демпфирование движения сепаратора. Величина демпфирования пропорциональна коэффициенту трения в зазоре ΔБК и определяется материалами сепаратора и базирующего кольца, линейной скоростью сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом (VС), вязкостью смазки (η) и величиной зазора между сепаратором и базирующей поверхностью наружного кольца (ΔБК). Линейная скорость шарика равна VШ=0,5·dШ·ωШ и определяется его угловой скоростью (ωШ) и диаметром (dШ). Линейная скорость сепаратора равна VС=0,5·dС·ωС и определяется его угловой скоростью (ωС) и диаметром (dС).

Если энергия, получаемая сепаратором от соприкосновения с шариком, превышает энергию, которая поглощается при соприкосновении с базирующим кольцом, то возникает неустойчивое вращение сепаратора, приводящее к увеличению шума и трения в подшипнике.

При проведении сравнительной оценки обеспечения устойчивой работы сепаратора можно сделать ряд упрощений. Так, если принять близкими по свойствам материал шарика и базирующего кольца и однородность вязкости во всем подшипнике, то можно определить соотношение между зазорами ΔБК и ΔШ, при котором потеря энергии на демпфирование высокочастотных колебаний сепаратора будет превышать энергию, полученную от шарика.

где ωС - угловая скорость сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом, ωШ - угловая скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором, dС - диаметр сепаратора, dШ - диаметр шарика.

Обеспечение в конструкции подшипника такого соотношения зазоров позволяет избавиться от возникновения неустойчивого вращения сепаратора при увеличении момента трения в шарикоподшипнике при его длительной работе или отрицательной температуре окружающей среды.

Экспериментально было подтверждено, что применение в гироскопе подшипников, имеющих соотношение зазоров ΔБК и ΔШ, определенное формулой (2), обеспечивает устойчивую работу сепаратора при тех же экстремальных условиях (отрицательная температура окружающей среды) по сравнению с подшипниками, имеющими отношение зазоров ΔБКШС·dСШ·dШ.

Источники информации

1. В.Ф.Журавлев, В.Б.Бальмонт «Механика шарикоподшипников гироскопов», М., Машиностроение, 1986 г., с.141-144.

2. Б.В.Бальмонт, В.А.Матвеев «Опоры качения приборов», М., Машиностроение, 1984 г., с.73-77.

Похожие патенты RU2272941C2

название год авторы номер документа
ПОДШИПНИК ГИРОСКОПА РАДИАЛЬНЫЙ РОЛИКОВЫЙ 2009
  • Гонченко Борис Васильевич
RU2385422C1
БЕСКРИВОШИПНЫЙ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2001
  • Мозоров С.Д.
RU2187673C1
СЕПАРАТОР ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ 2013
  • Бернадский Владимир Викторович
RU2544038C1
ПОДШИПНИК ГИРОСКОПА БЕССЕПАРАТОРНЫЙ 2010
  • Гонченко Борис Васильевич
RU2435996C1
СПОСОБ СБОРКИ РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ ШАРИКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ 2005
  • Королев Альберт Викторович
  • Болкунов Владимир Васильевич
  • Крайнов Константин Сергеевич
RU2310107C2
Стабилизирующая шарикоподшипниковая опора вала 1990
  • Алексеенко Вячеслав Иванович
  • Гяцявичюс Юозас Юозович
  • Даукшис Дарюс Витаутович
SU1728707A2
ШАРИКОПОДШИПНИК РАДИАЛЬНЫЙ 2012
  • Бернадский Владимир Викторович
RU2518384C2
Способ обработки дорожек качения колец подшипников шариками 1982
  • Казанцев Евгений Леонидович
  • Смирнов Владимир Александрович
  • Галанов Николай Семенович
SU1065156A1
ШАРИКОПОДШИПНИК РАДИАЛЬНЫЙ 2012
  • Бернадский Владимир Викторович
RU2519105C2
СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО РАСКАТЫВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ДОРОЖКИ НАРУЖНОГО КОЛЬЦА ШАРИКОПОДШИПНИКА 2011
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Тарасов Дмитрий Евгеньевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2483858C1

Реферат патента 2006 года ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ШАРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК С УСТОЙЧИВЫМ ВРАЩЕНИЕМ СЕПАРАТОРА

Изобретение относится к гироскопическому машиностроению. Высокоскоростной шариковый подшипник содержит подвижное и неподвижное кольца, одно из которых является базирующим, шарики, установленные между кольцами и разделенные между собой сепаратором. При этом в конструкции подшипника обеспечивают условие, чтобы отношение величины зазора между сепаратором и базирующим кольцом к величине зазора между шариком и сепаратором в гнезде было меньше, чем отношение между линейными скоростями сепаратора в точке соприкосновения с кольцом и шарика в точке соприкосновения с сепаратором. Технический результат - устойчивая работа сепаратора при увеличении момента трения в шарикоподшипнике при его длительной работе или отрицательной температуре окружающей среды. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 272 941 C2

Высокоскоростной шариковый подшипник, содержащий подвижное и неподвижное кольца, одно из которых является базирующим, шарики, установленные между кольцами и разделенные между собой сепаратором, отличающийся тем, что в конструкции подшипника обеспечивают условие, чтобы отношение величины зазора между сепаратором и базирующим кольцом к величине зазора между шариком и сепаратором в гнезде было меньше, чем отношение между линейными скоростями сепаратора в точке соприкосновения с базирующим кольцом и шарика в точке соприкосновения с сепаратором, определяемое формулой

где ΔБК - зазор между сепаратором и базирующим кольцом;

ΔШ - зазор между шариками и стенками отверстий в гнезде сепаратора;

VC - линейная скорость сепаратора в точке соприкосновения с базирующим кольцом;

VШ - линейная скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором;

ωС - угловая скорость сепаратора в точке соприкосновения с базирующим кольцом;

ωШ - угловая скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором;

dС - диаметр сепаратора;

dШ - диаметр шарика.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2272941C2

БАЛЬМОНТ Б.В., МАТВЕЕВ В.А
Опоры качения приборов
М.: Машиностроение, 1984, с.73-77
Приспособление для чистки решетки от отбросов из сточной жидкости 1932
  • Бромлей Е.Э.
SU31824A1
КОНВЕЙЕР ДЛЯ ПОТОЧНОЙ РАБОТЫ 1927
  • Никоро П.М.
SU8067A1
US 2002051595, 02.05.2002.

RU 2 272 941 C2

Авторы

Андреев Алексей Гурьевич

Ермаков Владимир Сергеевич

Аленичев Владимир Сергеевич

Даты

2006-03-27Публикация

2004-02-24Подача