Шариковый подшипник шарошки бурового инструмента Российский патент 2021 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве упорных безлюфтовых опор качения механизмов, в частности, в подшипниковых опорах шарошек бурового инструмента.

Подшипники шарошек бурового инструмента в ограниченных размерах шарошки и тяжелых условиях работы выполняются без сепараторов для обеспечения максимальной грузоподъемности. Известны упорные подшипники качения: с цилиндрическими роликами, с коническими роликами, сферические и шариковые. Известен шариковый подшипник, содержащий тела качения, цапфу с дорожкой качения и наружное кольцо с дорожкой качения, установленное в корпусе шарошки. Основным недостатком этого подшипника является появление биений при износе дорожек и тел качения, что приводит к повышенному нагружению роликовых радиальных подшипников и снижению ресурса опоры [1]. Упорные подшипники с цилиндрическими роликами обладают высокой грузоподъемностью но слишком тихоходны, а также имеют повышенный износ на периферийной части из-за её проскальзывания относительно упорного буртика. Сходные характеристики имеют подшипники с коническими роликами. Кроме того, конические ролики «выдавливаются» осевой нагрузкой и центробежными силами с дорожки качения. Основным недостатком сферических подшипников является относительно небольшая осевая нагрузка, которую они могут воспринимать.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является упорный подшипник качения с четырехточечным контактом шариков (МПК F16C 25/06. Патент 2243426).

Опора качения содержит корпус механизма с конической расточкой под шарики, вал механизма, на котором установлены подпружиненная гайка с выступами и стопорное кольцо. Функцию внутреннего кольца подшипника выполняют вал и закрепленная на нем втулка с образованными на них опорными скосами. Втулка установлена перед подпружиненной гайкой и вращается вместе с валом, но имеет возможность продольного перемещения. На опорных скосах корпуса, вала и втулки размещены шарики, установленные в сепаратор. Профили беговых дорожек образованы пересекающими хордами окружности. При этом прямая, проведенная через точки контакта шарика с одним кольцом, пересекается с прямой, проведенной через точки контакта шарика с другим кольцом, в точке, расположенной на оси вращения подшипника. Тем самым предотвращается проскальзывание шариков.

Недостатком упорного четырехточечного шарикоподшипника является то, что при неравномерном износе беговых дорожек может быть нарушен четырехточечный контакт, в результате чего возможно проскальзывание шариков и ускоренный отказ подшипника. При значительных осевых нагрузках на подшипник усилия, развиваемого пружиной кручения недостаточно для продольного перемещения втулки.

Целью изобретения является повышение надежности упорного шарикоподшипника путем создания устройства, обеспечивающего постоянный контакт при неравномерном износе беговых дорожек и шариков.

Указанная цель достигается тем, что наружное кольцо выполнено из двух частей, дорожки качения которых идентичны друг другу. При этом одна точка контакта с кольцом находится на одной части, а вторая точка контакта находится на другой части кольца. Кольца устанавливаются в корпусе с возможностью перемещаться относительно друг друга (навстречу) вдоль оси вращения подшипника, что компенсирует износ дорожек качения и шарика. Перемещение колец обеспечивается за счет тарельчатых пружин 6 и 7, которые поджимаются гайками 8 и 9, ввёрнутыми в корпус 1 шарошки. При этом установочная деформация (h₀) пружин 6 и 7, осевое усилие (P_о) на корпус шарошки, величина максимального износа (Δ_и), угол установки шарошки относительно забоя (α) и жесткость пружин (с) связаны определенным соотношением:

h₀ c = P_оtg α +2Δ_и с.

Техническим результатом является повышение долговечности подшипника.

Из этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна». Сравнение заявляемого устройства с другими аналогами не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа. Это позволяет, сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «существенные отличия».

Изобретение поясняется чертежом. Шарошка бурового инструмента, имеющая корпус 1 вращающийся на подшипниках, упорный шариковый подшипник, содержащий шарики 2, выполненное заодно с валом 3 внутреннее кольцо и установленное в корпусе наружное кольцо, состоящее из двух симметричных частей 4 и 5 с зазором между друг другом величиной 2Δ_max и возможностью перемещения вдоль оси за счет пружин 6 и 7. Установочная деформация пружин задается поджатием гайками 8 и 9.

Устройство работает следующим образом: сборка шарошки осуществляется с обеспечением предварительного зазора 2Δ_max, величина которого задается возможной величиной износа элементов шарикового подшипника. После сборки шарошки установочная деформация пружин h₀ задается поджатием гайками 8 и 9. По мере износа элементов шарикового подшипника под действием пружин 6 и 7 беговые дорожки, выполненные на частях 4 и 5 наружного кольца смещаются к центру шарикового подшипника обеспечивая постоянный контакт шариков с беговыми дорожками.

Список использованных источников

1. Посташ С.А. Повышение надежности и работоспособности шарошечных долот. - М.: Недра, 1982. - 120 с.

2. МПК F16C 25/06. Патент 2243426.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве безлюфтовых опор качения механизмов, в частности в подшипниковых опорах шарошек бурового инструмента. Технический результат заключается в повышении долговечности подшипника. Шарошка бурового инструмента имеет корпус, вращающийся на подшипниках, упорный шариковый подшипник, содержащий шарики, выполненное заодно с валом внутреннее кольцо и установленное в корпусе наружное кольцо. С целью обеспечения постоянного контакта тела качения с дорожками при износе наружное кольцо выполнено составным из двух симметричных частей с зазором между друг другом и возможностью перемещения вдоль оси за счет пружин. Начальная деформация пружин, осевое усилие на корпус шарошки, величина максимального износа, угол конусности корпуса и жесткость пружин связаны определенным соотношением. 1 ил.

Шарошка бурового инструмента, имеющая корпус, вращающийся на подшипниках, упорный шариковый подшипник, содержащий шарики, выполненное заодно с валом внутреннее кольцо и установленное в корпусе наружное кольцо, отличающаяся тем, что для повышения надежности путем обеспечения постоянного контакта тела качения с дорожками при износе наружное кольцо выполнено составным из двух симметричных частей с зазором между друг другом и возможностью перемещения вдоль оси за счет пружин, при этом начальная деформация (h₀) пружин, осевое усилие (P_о) на корпус шарошки, величина максимального износа (∆_и), угол конусности корпуса (α) и жесткость пружин (с) связаны соотношением

h₀ c = P_оtgα+2∆_и с.