ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ РАДИАЛЬНО-УПОРНЫЙ Российский патент 2014 года по МПК F16C19/20 F16C19/49 

Изобретение относится к производству всех изделий, в которых ставится задача увеличения ресурса работы радиально-упорных подшипников, и может быть использовано в подшипниковой промышленности при изготовлении радиально-упорных подшипников с большим ресурсом. В качестве аналога принят патент США №3,124,396 на подшипник качения, в котором вместо сепаратора используются разделители типа цилиндров, а для закрепления и удержания цилиндров используются удерживающие кольца. Большое количество контактируемых деталей подшипника неизбежно приводит к большим потерям на трение скольжения, что снижает ресурс работы подшипника. Сложность сборки приводит к неоправданно высокой стоимости подшипника.

В качестве прототипа принят патент №002947 на подшипник чистого качения и его варианты в части формы и конструкции фиксирующих элементов. Фиксирующие элементы фиксируются удерживающими кольцами, которые в совокупности заменяют сепаратор с трением скольжения между шариками и сепаратором. Точечные контакты, заявленные в прототипе, не ликвидируют трение скольжения, а приводят к большим контактным давлениям. Трение скольжения возникает всегда, когда скорости разных деталей в общей точке контакта различаются по величине, по направлению либо различаются и по величине, и по направлению. В подшипнике не предусмотрена выборка зазоров между шариками и кольцами подшипника, что приводит к нестабильному положению оси вращения подшипника. В подшипнике чистого качения максимальные диаметры фиксирующих элементов меньше диаметра шариков, что при возможных контактах приводит к большим скоростям вращения фиксирующих элементов и к увеличению трения скольжения.

Предлагаемая конструкция подшипника качения радиально-упорного представляет собой наружное и внутреннее кольца подшипника, между которыми определенным образом расположены цилиндрические ролики и шарики. На чертеже обозначены:

1 - наружное кольцо подшипника;

2 - внутреннее кольцо подшипника;

3 - ролики подшипника;

4 - шарики подшипника;

5 - кольцевые канавки для обката роликов;

6 - кольцевые канавки для обката шариков;

7-буртики.

На чертеже представлен подшипник, в котором между двумя ближайшими роликами 3 расположен один шарик 4. В общем случае количество шариков 4 между двумя ближайшими роликами 3 равно максимальному количеству шариков, которое располагается в первой паре кольцевых канавок 5, в один ряд, параллельно оси подшипника и определяется шириной первой пары кольцевых канавок 5. Увеличивая количество шариков 4 между двумя ближайшими роликами 3, мы увеличиваем длину роликов 3 и повышаем его грузоподъемность по отношению к радиальной нагрузке. Грузоподъемность по отношению к осевой нагрузке при этом не меняется. При радиальной нагрузке на подшипник вращение в подшипнике происходит при обкате цилиндрических роликов 3 между кольцевыми канавками 5. Диаметр роликов 3 больше диаметра шариков 4 как минимум на величину максимальных контактных деформаций, что обеспечивает передачу радиальной нагрузки через ролики 3. Расположение шариков 4 в кольцевых канавках 5 между ближайшими роликами 3 исключает их контакты между собой.

Шарики 4 при радиальной нагрузке представляют улучшенный сепаратор, поскольку позволяют минимизировать затраты энергии на контакты с шариками 4. Каждый шарик в случае контакта с роликом может вращаться вокруг любой из осей, проходящей через центр шарика, и эти оси у одновременно контактируемых шариков могут не совпадать. Такими возможностями не обладают существующие сепараторы, в которых все контакты роликов с сепаратором должны учитываться при определении потерь на трение. Замена сепаратора на шарики по существу означает замену трения скольжения с сепаратором на трение качения с шариками или перераспределение трения качения и трения скольжения с уменьшением общих потерь на трение.

При осевой нагрузке на подшипник подвижное кольцо подшипника перемещается в направлении оси подшипника. Длина роликов 3, ширина кольцевых канавок 5, диаметр шариков 4 и расположение канавок 5 и 6 подобраны так, что при осевой нагрузке на подшипник первоначально выбирается зазор между шариками 4 и кольцевыми канавками 6 и шарики 4 становятся телами качения. В таком положении с выбранными осевыми зазорами подшипник изображен на чертеже. Свобода перемещения шариков 4 при этом уменьшается, а потери на трение скольжения увеличиваются. Это увеличение потерь необходимо учитывать при относительно больших осевых нагрузках на подшипник по сравнению с радиальными нагрузками, поскольку радиальная нагрузка воспринимается одним или двумя роликами 3, а осевая нагрузка воспринимается всеми шариками 4 приблизительно в равной степени. В общем случае, то есть при действии на подшипник как радиальной, так и осевой нагрузок шарики 4 и ролики 3 одновременно выполняют функции тел качения и сепаратора.

В предложенной конструкции подшипника потери на трение уменьшены благодаря применению шариков 4 вместо сепаратора и исключению контактов между торцами цилиндрических роликов 3 и кольцевыми канавками 5. Шарики 4 можно выполнить пустотелыми и из материала с малым удельным весом, что позволит в еще большей степени уменьшить потери на трение скольжения.

Шарики 4 и ролики 3 при малой величине буртиков 7 и достаточно больших размерах подшипника могут запрессовываться при сборке подшипников, что упростит конструкцию подшипников и позволит снизить стоимость их изготовления.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в увеличении ресурса работы подшипников, в снижении потерь на трение и снижении трудоемкости изготовления подшипников.

Экономический эффект подсчитать не представляется возможным вследствие отсутствия статистически обоснованных исходных и сравнительных данных.

Изобретение относится к производству всех изделий и может быть использовано в подшипниковой промышленности при их изготовлении. Подшипник качения радиально-упорный состоит из внутреннего и наружного колец с двумя парами кольцевых канавок и тел качения. Тела качения состоят из цилиндрических роликов и шариков, расположенных в первой паре кольцевых канавок. Количество шариков, расположенных между двумя ближайшими роликами, равно максимальному количеству шариков, которое располагается в первой паре кольцевых канавок в один ряд параллельно оси подшипника. При радиальной нагрузке на подшипник его вращение происходит при обкате роликов в первой паре кольцевых канавок, расположенных во внутреннем и наружном кольцах подшипника. Диаметр роликов больше диаметра шариков как минимум на величину максимальных контактных деформаций, что обеспечивает передачу радиальной нагрузки через ролики. Шарики при радиальной нагрузке на подшипник являются улучшенным сепаратором, поскольку уменьшают потери энергии на контакты с роликами. При осевой нагрузке на подшипник подвижное кольцо перемещается в направлении оси подшипника вплоть до контакта шариков со второй парой кольцевых канавок и шарики становятся телами качения, сохраняя функции сепаратора. Первоначальный контакт шариков со второй парой кольцевых канавок достигается выбором длины роликов, ширины первой пары кольцевых канавок, диаметра шариков и расположением кольцевых канавок. Технический результат: увеличение ресурса работы подшипников качения, снижение потерь на трение и снижение трудоемкости изготовления подшипников. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Подшипник качения радиально-упорный, состоящий из внутреннего и наружного колец подшипника и тел качения, отличающийся тем, что тела качения представляют собой цилиндрические ролики и шарики, расположенные в первой паре кольцевых канавок, предназначенной для передачи радиальной нагрузки; количество шариков, расположенных между двумя ближайшими роликами, равно максимальному количеству шариков, которое располагается в первой паре кольцевых канавок, в один ряд, параллельно оси подшипника; диаметр роликов больше диаметра шариков как минимум на величину максимальных контактных деформаций; длина роликов, ширина первой пары кольцевых канавок, диаметр шариков и расположение двух пар кольцевых канавок подобраны так, что при осевой нагрузке на подшипник первоначально выбирается зазор между шариками и второй парой кольцевых канавок.

2. Подшипник качения радиально-упорный по п.1, отличающийся тем, что шарики выполнены пустотелыми и с минимальной массой.