РЕДУКЦИОННЫЙ УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК УЛУЧШЕННЫЙ Российский патент 2018 года по МПК F16C19/22 F16C19/32 F16C33/36 

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Известен редукционный упорный подшипник, содержащий тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора двухступенчатых конических роликов, отличающийся тем, что большая ступень роликов обкатывает дорожку тугого кольца подшипника, а меньшая ступень ролика обкатывает дорожку его свободного кольца (см. RU №609545, МПК F16C 19/22 (32,36), опубликовано 02.02.2017).

Недостатком известного технического решения является то, что большая ступень ролика своим плоским основанием, расположенным дальше от центра подшипника, контактирует с проточкой в свободном кольце подшипника только кромкой основания и, чтобы этого не случилось, нужно делать проточку излишне широкой; что ролики в подшипнике могут перемещаться вдоль собственной оси вращения во время работы подшипника.

Для редукционного упорного подшипника (улучшенного) поставлена задача: внести в его конструкцию изменения, позволяющие а) основанию большей ступени ролика не контактировать со свободным кольцом или не расширять проточку в случае контакта основания и кольца, б) препятствующие перемещению роликов вдоль собственной оси вращения.

Поставленная задача решается тем, что в редукционном упорном подшипнике, содержащем тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора конических двухступенчатых роликов, ступени большего диаметра которых обкатывают дорожку тугого кольца подшипника, а ступени меньшего диаметра обкатывают дорожку его свободного кольца, известен диаметр одного плоского основания большей ступени ролика D_r1, размеры диаметров оснований каждой ступени роликов исчисляются по формулам , d_r1=D_r1\k, , , , где D_r1, D_r2 - диаметры оснований большей ступени ролика; d_r1, d_r2, d_r3, d_r4 - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика; - расстояние от вершины конусов дорожек ролика до центра большего основания большей ступени ролика; Н - ширина основания большей ступени ролика; h - ширина выступов меньшей ступени ролика; k - коэффициент редукции ролика, выбираемый пользователем, равный отношению k=D_r1\d_r1, основания большей и меньшей ступеней ролика большего диаметра (самые удаленные от центра подшипника) выполнены сферической формы, а в свободном кольце кроме проточки для большей ступени роликов сделана и проточка для меньшей ступени роликов, в тугом кольце сделана проточка для большей ступени ролика, препятствующие смещению роликов вдоль их осей вращения.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, он соответствует условиям патентоспособности изобретения - «изобретательский уровень» и «новизна».

Редукционный упорный подшипник поясняется чертежами:

Фиг. 1 - редукционный упорный подшипник в разрезе.

Фиг. 2 - сегмент свободного кольца редукционного упорного подшипника с роликом.

Редукционный упорный подшипник состоит из тугого кольца 1, свободного кольца 2, конических ступенчатых роликов с большей ступенью 3 и меньшей ступенью 4, установленных в гнезда сепаратора. На свободном кольце сделана проточка 5 для меньшей ступени ролика и проточка 6 для большей ступени ролика, на тугом кольце сделана проточка 7 для большей ступени ролика. Наружный диаметр тугого и свободного колец подшипника равен R, внутренний диаметр свободного кольца подшипника равен r. Высота подшипника равна N.

Средний участок ролика с большими диаметрами оснований конуса (большая ступень 3) обкатывает дорожку качения тугого кольца 1, расположенную в проточке 7. Одновременно боковые выступы ролика с меньшими диаметрами оснований конуса (меньшая ступень 4) обкатывают дорожку качения свободного кольца 2, расположенную в проточке 5.

Для удобства сборки подшипника ступенчатый ролик можно собирать из отдельных ступеней, вставляя меньшую ступень в большую ступень. Для этого в большей ступени делается цилиндрическое отверстие соответствующего размера для посадки в него меньшей ступени ролика с последующей фиксацией ступеней между собой.

Поверхность большего основания большей ступени ролика выполнена сферической формы с радиусом R_b, поверхность большего основания меньшей ступени ролика выполнена сферической формы с радиусом R_m.

Ширина ступеней роликов Н и h берется с учетом нагрузки на подшипник и уменьшения количества роликов по сравнению со стандартным упорным подшипником, связанного с увеличением диаметра ступенчатого ролика (увеличенного диаметра большей ступени ролика).

Дополнительно к Н и h для исчисления диаметров оснований ступеней роликов (оснований усеченных конусов) за основу берутся размер плоского основания большего диаметра большей ступени ролика D_r1, служащего только для изготовления чертежа ролика; расстояние между фокусом вершин конусов ступеней роликов точкой О, расположенной на оси подшипника, и центром основания большего диаметра большей ступени ролика точкой В; коэффициент редукции ролика k. Диаметр плоского основания большего диаметра меньшей ступени ролика d_r4 служит только для изготовления чертежа. Размеры Н, h, D_r1, , k устанавливаются конструктором с учетом возможностей механизма и требуемых от него технических характеристик.

Диаметр большей ступени ролика D_r2 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r1 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r2 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r3 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r4 равен:

Для исчисления коэффициента редукции редукционного упорного подшипника использовали диаметр любого основания большей ступени ролика в плоскости сечения, пересекающей линию ОВ перпендикулярно чертежу, и расстояние между дорожками качения по линии, лежащей на взятом в расчет основании, а также коэффициент редукции ролика.

Расстояние d_st.r между дорожками качения по линии D_r1 равно:

d _st.r - диаметр основания конического ролика стандартной формы, который подходит для стандартного упорного подшипника с таким же (d_st.r) расстоянием между дорожками качения (осью вращения стандартного ролика является ось ОВ).

Частота вращения редукционного конического ролика относительно оси ролика (и центральной оси подшипника), связанная с увеличением диаметра ролика (его большей ступени) по сравнению со стандартным роликом, понизилась в z раз:

Полная частота вращения ступенчатого ролика относительно собственной и центральной оси подшипника понизилась в s раз:

s - коэффициент редукции подшипника.

Для примера выбрали расчет подшипника с большим диаметром большей ступени ролика D_r1=30, скорректированным в соответствии с высотой подшипника N; расстоянием от точки фокуса О до точки В ролика ; шириной большей ступени ролика Н=20; шириной меньшей ступени h=10, скорректированными с наружным и внутренним диаметрами подшипника R и r, коэффициентом редукции ролика k=3.

В соответствии с формулой (1) диаметр большей ступени ролика D_r2 равен:

D _r2=30*(83-20)/83=22,77;

В соответствии с формулой (2) диаметр меньшей ступени ролика d_r1 равен:

d _r1=30/3=10;

В соответствии с формулой (3) диаметр меньшей ступени ролика d_r2 равен:

d _r2=10*(83-20)/83=7,59

В соответствии с формулой (4) диаметр меньшей ступени ролика d_r3 равен:

d _r3=10*(83-20-10)/83=6,39

В соответствии с формулой (5) диаметр меньшей ступени ролика d_r4 равен:

d _r4=10*(83+10)/83=11,2

В соответствии с формулой (6) диаметр основания стандартного ролика в месте расположения большего основания большей ступени ролика равен:

d_st.r=(30+10)/2=20

В соответствии с формулой (7) коэффициент понижения частоты вращения ступенчатого ролика, связанный с повышением его диаметра (диаметра большей ступени), равен:

z=30/20=1,5

В соответствии с формулой (8) коэффициент редукции подшипника равен:

s=1,5*3=4,5

Замена шариковых упорных подшипников на редукционные позволит экономить горючее и электроэнергию в приводах, так как будет исключено хроническое проскальзывание шаров, как в шариковом упорном подшипнике, на преодоление которого расходуется много энергии.

Замена роликовых упорных подшипников, которые вращают с пониженной, чем шариковые упорные подшипники, частотой, так как они при вращении с большой частотой выходят из строя, на редукционные поможет повысить предельную частоту вращения подшипника в разы (в четыре с половиной раза в примере), частота вращения ступенчатых роликов останется на уровне частоты вращения роликов стандартного упорного подшипника, вращающегося с прежней пониженной частотой, что расширит диапазон применения редукционных упорных подшипников и снизит затраты горючего или электроэнергии в приводах на лишнее вращение тел качения относительно собственной и оси подшипника (снизит кинетическую энергию ступенчатых роликов по сравнению со стандартными телами качения).

Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение частоты вращения редукционного упорного подшипника в разы по сравнению с предельной частотой стандартных упорных подшипников без повышения частоты вращения ступенчатых роликов. Диаметры оснований ступеней ролика представленного подшипника исчисляются по выведенным формулам. У роликов отсутствует их скольжение по дорожкам, как у шариков, они не перемещаются вдоль собственной оси вращения. Сферические формы оснований большей и меньшей ступеней ролика большего диаметра помогут сделать подшипник компактнее и снизят износ боковых поверхностей большей ступени ролика и проточки для нее. Таким образом, технический результат достигнут.

Редукционный упорный подшипник может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности. Редукционный упорный подшипник содержит тугое кольцо (1) и свободное кольцо (2) с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора двухступенчатых конических роликов, ступени большего диаметра (3) которых обкатывают дорожку качения тугого кольца (1), а ступени меньшего диаметра (4) обкатывают дорожку свободного кольца (2). Диаметры оснований ступеней ролика исчислены из формул: ; d_r1=D_r1/k; ; ; , где D_r1, D_r2 - диаметры оснований большей ступени конического ролика редукционного радиально-упорного подшипника, d_r1, d_r2, d_r3, d_r4 - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика, k - коэффициент редукции ролика, Н - ширина основания большей ступени ролика, h - ширина выступов меньшей ступени ролика, - расстояние от оси подшипника до центра основания большего диаметра большей ступени ролика. Основание большей ступени ролика большего диаметра (3) имеет сферическую форму радиусом сферы от точки цента подшипника до точки центра основания. На тугом и свободном кольцах (1, 2) сделаны проточки для большей и меньшей ступеней роликов, препятствующие смещению роликов вдоль собственной оси вращения. Технический результат заключается в создании редукционного упорного подшипника более компактной формы, в повышении предельной частоты вращения редукционного упорного подшипника в разы по сравнению со стандартным упорным подшипником без смещения роликов вдоль собственной оси вращения, без повышения частоты вращения роликов, в снижении затрат горючего или электроэнергии в приводе подшипника(ов), в повышении ресурса работы подшипника, вращающегося с частотой сравниваемого стандартного подшипника, в снижении уровня шума. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Редукционный упорный подшипник, содержащий тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора двухступенчатых конических роликов, диаметры оснований конусов большей и меньшей ступеней которых находятся в пропорциональной зависимости от выбранных диаметра D_r1, коэффициента редукции ролика k, ширины большей ступени ролика Н, ширины меньшей ступени ролика h, расстояния ; ; ; ; ,

где

D_r1, D_r2 - диаметры оснований большей ступени ролика редукционного упорного подшипника;

d_r1, d_r2, d_r3, d_r4 - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика редукционного упорного подшипника;

- расстояние от оси подшипника до центра основания большего диаметра большей ступени ролика, отличающийся тем, что основание большей ступени ролика большего диаметра имеет сферическую форму радиусом сферы от точки цента подшипника до точки центра основания;

2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что основание меньшей ступени ролика большего диаметра имеет сферическую форму с радиусом сферы от точки цента подшипника до точки центра основания;

3. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что тугое кольцо имеет ограничивающую проточку для большей ступени роликов;

4. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что свободное кольцо имеет ограничивающую проточку для меньшей ступени роликов