Роликовый подшипник Российский патент 2024 года по МПК F16C19/26 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения.

Известен цилиндрический роликовый подшипник (US10883542B2, 05.01.2021 г.), содержащий внутреннее кольцо, включающее в себя два борта, отходящие от дорожки качения, образуя между собой полость для размещения, по меньшей мере, одного ролика. Торец, по меньшей мере, одного из двух бортов выполнен выпуклым с возможностью контакта, по меньшей мере, с одним роликом для уменьшения износа внешнего края. При этом торцы роликов выполняются плоскими. Форма выпуклого торца выбирается таким образом, чтобы максимально приблизить к дорожке качения точку контакта торца борта с торцом ролика и тем самым уменьшить скорость скольжения и износ в рассматриваемом контакте.

В обосновании данного технического решения анализируется идеальное соосное положение ролика относительно кольца подшипника. Однако при работе подшипника всегда возникает перекос ролика по отношению к кольцу подшипника, который смещает радиус точки контакта на торце борта дальше от дорожки качения и тем самым снижает эффективность данного технического решения.

Смещение точки контакта торцов роликов и бортов в сторону от поверхности качения при несоосности ролика и кольца не учтено и в «роликовом подшипнике» (патент №2630029, 05.09.2017 г., Бюл. № 25), содержащем, по меньшей мере, одно наружное и одно внутреннее кольца, имеющем, по меньшей мере, один борт со скошенной под углом рабочей поверхностью. Рабочие поверхности опорных торцов роликов выполнены сферическими с фаской, выполненной в виде притупления острой кромки, что позволяет уменьшить трение скольжения в зоне контакта торцов роликов с бортами колец, тем самым уменьшая работу сил трения, нагрев и повышает ресурс подшипника. Однако, при перекосах эффективность представленного технического решения существенно снижается.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является роликовый сферический однорядный подшипник, содержащий внутреннее кольцо с двумя бортами одинаковой высоты, в котором торцы роликов, наиболее удаленные от плоскости их наибольшего диаметра, выполнены сферическими, а упорные торцы бортов - коническими (патент: № 2215205, 27.10.2003 г., Бюл. № 30). В известном подшипнике упорные поверхности крайних бортов расположены к торцам внутреннего кольца под углом, минимизирующим расстояние точки контакта торцов ролика и борта от дорожки качения, что уменьшает скорость скольжения в контакте. В обосновании данного технического решения также рассматривается соосное положение роликов и кольца и не учитывается влияние перекосов на расстояние точки контакта от дорожки качения, что снижает эффективность технического решения.

Техническим результатом является уменьшение скорости скольжения между торцами роликов и бортов внутреннего и/или наружного колец и, тем самым, уменьшение износа и повышение надежности и долговечности подшипников, работающих с неизбежным в условиях реальной эксплуатации перекосом между роликами и кольцами.

Технический результат достигается тем, что в роликовом подшипнике, содержащем одно или два кольца с двумя бортами и ролики, торцевые поверхности бортов внутреннего и/или наружного колец, и торцевые поверхности роликов выполнены выпуклыми сферическими или торообразными.

На чертеже осевого сечения подшипника в зоне взаимодействия ролика с упорной поверхностью борта кольца в случае выпуклого торца борта кольца показано частичное сечение роликового подшипника, где ролик 1 своей сферической или торообразной торцевой поверхностью 2 касается торцевой поверхности 3 кольца 4 в точке контакта при отсутствии перекоса 5 и точки контакта при перекосе 6, где радиус сферического или торообразного профиля торца борта кольца подшипника – R_f, радиус сферического или торообразного профиля торца ролика – R_r, высота подъема центра кривизны профиля торца ролика над дорожкой качения вследствие перекоса – H, высота смещения точки контакта на торце борта кольца подшипника вследствие перекоса – h, радиус ролика – r_r. Соосное положение ролика – 7, положение ролика при перекосе – 8.

Поскольку при выпуклом профиле торца ролика на практике R_rr_r, а угол перекоса не превышает десяти угловых минут, то независимо от профиля цилиндрической части ролика и профиля дорожки качения подшипникового кольца можно записать

где α - угол перекоса в радианах, и

где знак плюс берется для случая выпуклого профиля торца борта, а минус – вогнутого. В последнем случае R_r<R_f.

В случае прямолинейного профиля торца борта R_f = ∞ и

В случае плоского торца ролика и выпуклого профиля торца борта

При работе роликовых подшипников всегда возникает перекос роликов и колец, который смещает радиус точек контакта на торце бортов кольца подшипника с торцами роликов в сторону от поверхности дорожки качения на величину h.

В случае выпуклых торцов роликов это происходит в результате того, что центр кривизны поверхности торца ролика отодвигается от дорожки качения на величину H, рассчитываемую по зависимости (1). В этом случае смещение h рассчитывается по зависимости (2). Причем, при прочих равных условиях при коническом торце борта смещение h примерно равно величине H,при выпуклой поверхности торца борта смещение меньше, чем при конической поверхности торца борта, а при вогнутой поверхности – больше. Причем, чем радиус профиля вогнутого торца борта ближе к радиусу торца ролика, тем больше смешение.

При выпуклой поверхности торца борта кольца и плоском торце ролика смещение точки контакта h рассчитывается по зависимости (4). Для ограничения величины контактных давлений на торцах величина радиуса кривизны торца борта R_f∙ выбирается того же порядка, что и радиус кривизны торца ролика R_r, когда он делается выпуклым. Таким образом, величины смещения точки контакта в случае плоского торца ролика и выпуклого торца борта и в случае выпуклого торца ролика и конического торца борта имеют одинаковый порядок. Из изложенного следует, что наименьшее смещение точки контакта на поверхности борта кольца подшипника с торцом ролика в сторону от дорожки качения достигается в случае, когда оба контактирующих торца имеют выпуклую форму. Уменьшение этого смещения уменьшает скорость скольжения между торцами, их износ и повышает надежность и долговечность подшипника.

В качестве примера рассматривается роликовый подшипник с углом перекоса 2 угловые минуты и следующими сочетаниями торцов ролика и борта: 1) радиус профиля торца ролика R_r = 640 мм, радиус выпуклого профиля торца борта кольца R_f = 1100 мм; 2)радиус профиля торца ролика R_r = 640 мм, радиус вогнутого профиля торца борта кольца R_f = 1100 мм; 3) радиус профиля торца ролика R_r = 640 мм и прямолинейный профиль торца борта кольца; 4) прямолинейный профиль торца ролика и радиус выпуклого профиля торца борта кольца R_f = 1100 мм. В соответствии с зависимостями (1)-(4) высота смещения точки контакта на торце борта кольца составит 1) 0,235 мм; 2) 0,890 мм; 3) 0,372 мм; 4) 0,640 мм.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения. Роликовый подшипник содержит внутреннее или наружное кольцо или оба кольца с выпуклыми сферическими или торообразными упорными торцами бортов, ролик с выпуклыми сферическими или торообразными торцами, для которого учитывается несоосность оси ролика по отношению к оси кольца подшипника в плоскости, содержащей эти обе оси. Выпуклый профиль торцов бортов кольца подшипника и ролика при прочих равных условиях уменьшает смещение точки контакта при перекосе по отношению к точке контакта при соосном положении в сторону от поверхности качения кольца. Достигается повышение надежности работы подшипника, уменьшение скорости скольжения и износа в контакте торцов роликов и бортов колец за счет наиболее близкого положения точки контакта к дорожке качения при несоосном положении роликов и колец подшипников. 1 ил.

Роликовый подшипник, содержащий одно или два кольца с двумя бортами и ролики, отличающийся тем, что и упорные торцевые поверхности бортов внутреннего и/или наружного колец, и торцевые поверхности роликов выполнены выпуклыми сферическими или торообразными.