Подшипник качения Советский патент 1993 года по МПК F16C19/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в опорных узлах валов, работающих в условиях повышенных динамических нагрузок, высокой температуры и запыленности.

Известен подшипник качения с твердой смазкой, который содержит внутреннее и наружное кольца и расположенные между ними тела качения, установленные в гнездах армированного сепаратора, выполненного из твердосмазочного заполнителя (ТСЗ), помещенного в пространстве между кольцами. Зазор между одной из боковых поверхностей сепаратора со стороны одного из торцов и противолежащей ей цилиндрической поверхностью кольца больше, чем зазор между центрирующим выступом сепаратора и кольцом. Такая конструкция предусматривает вывод продуктов износа

подшипника в процессе приработки и из зоны трения во время работы.

При этом металлическая арматура является основой, на которой удерживается ТСЗ. Разрушение адгезирнных связей между отвержденным термообработкой антифрикционным материалом ТСЗ и деталями подшипника осуществляется посредством операции страгивания: вращением одного из колец. Для этого к подшипнику прикладывается крутящий момент и большая осевая нагрузка, которая, например, для подшипников 204 и 205 может составлять 28-ЗОкН. Возникшие при страгивании силы, надавливания со стороны шариков на сепаратор могут привести к разрушению ТСЗ и отслаивание его от арматуры сепаратора.

Недостатком подшипника является повышенная жесткость конструкции сепаратора, который постоянно в работе

ю

4 Ю

О

СО

воспринимает нагрузки всем объем кольцевого ТСЗ. Объемная деформация ТСЗ приводит к преждевременному его разрушению, отслаиванию или скалыванию со штампованной арматуры сепаратора. При этом снижается коэффициент полезного действия по передаче крутящего момента подшипникового узла, который разогревается, увеличивая энергетические потери привода вращения.

Указанные недостатки устранены в подшипнике, сепаратор которого выполнен в виде металлической арматуры, несущей сектора ТСЗ, которые образованы тонкими радиальными зазорами над телами качения, размещенными в гнездах арматуры. При страгиваним для приработки происходит последовательное отрывание секторов ТСЗ от колец подшипника, что существенно уменьшает прилагаемую осевую нагрузку кратно числу секторов. Технологические потери от разрушения ТСЗ, - выполненного в виде секторов, практически исключаются. Секторный ТСЗ в. работе имеет возможность при воздействии вибраций и биений в узлах опоры валов автономного, относительно свободного, независимого перемещения в пределах зазоров, т.е. получает вынужденные колебания за счет которых в радиальном направлении повышается эффективность ротапринтной смазки беговых дорожек колец подшипника, поверхность трения уменьшается и снижается момент трения и температура опорного узла.

Недостатком подшипника являются возможные разрушения ТСЗ при эксплуатации до выработки ресурса вследствие действия сил надавливания шариков на арматуру и сектора в окружном направлении. Силы надавливания возникают из-за того, что шарики в подшипнике качения перемещаются с различными орбитальными скоростями, что обусловлено их разномер- ностью и перекосом колец. Силы надавливания шариков на сепаратор тем больше, чем больше величина набегания шариков на сепаратор и чем больше жесткость сепаратора. Величина набегания шариков на сепаратор определяется точностью изготовления и сборки деталей подшипника и равна разности между сближением шариков и зазором в окружном направлении между шариком и гнездом арматуры. За счет заполнения ТСЗ свободного пространства внутри колец подшипника зазоры между шариками и гнездами арматуры подшипника уменьшаются, что, как следствие, повышает величину набегания шариков на сепаратор, сравнительно с подшипником без ТСЗ, в которых величина набегания компенсируется сближением шариков в окружных зазорах. Повышение величины набегания приводит к значительному (по расчетам примерно в 4 раза) увеличению жесткости

подшипника.

Задачей изобретения является повышение надежности работы и срока службы. Решение, поставленной задачи достигается тем, что в подшипнике качения, содержащем наружное и внутреннее кольца, установленный .между кольцами сепаратор с гнездами для шариков и перемычками между гнездами, а также твердосмазочный заполнитель, выполненный в виде секторов,

5 смонтированных на перемычках сепаратора с зазорами относительно друг друга, перемычки сепаратора выполнены с буртами, а каждое гнездо сепаратора выполнено в виде четырехгранника, стенки которого явля0 ются касательными к шарику и попарно сопряжены друг с другом с образованием двух упругих компенсаторов, размещенных в зазоре между секторами заполнителя, равном хорде, соединяющей точки касания

5 шарика с попарно сопряженными стенками четырехгранника.

Совокупность отличительных признаков позволяет выполнить сепаратор пере- менной жесткости: в зазоре между

0 секторами ТСЗ, где размещены шарики, сепаратора, где размещен наибольший объем ТСЗ, увеличена за счет буртов,

Предложенная конструкция подшипника позволяет перераспределить деформа5 ции от действия сил надавливания шариков на компенсирующее упругое гнездо сепаратора, надежно укрепив сектора ТСЗ в коробчатой формы перемычках сепаратора, надежно укрепив сектора ТСЗ в коробчатой

0 формы перемычках сепаратора с буртами, причем жесткость сепаратора в целом уменьшилась по сравнению с жесткостью соответствующего типа обычного металлического сепаратора. Упругие деформации

5 компенсаторов, пропорциональные силам надавливания шариков на ТСЗ, уравновешивают их разрушающее действие на сепаратор при эксплуатации опорных узлов валов.

0

При радиальном нагружении подшипника шарики также перемещаются в радиальном направлении, а в окружно м направлении их перемещение происходит

5 под действием движущих вращающих сил. Упругие исполнение гнезда сепаратора, кроме того, что позволяет уменьшить силы надавливания в окружном направлении, также уменьшает жесткость сепаратора и в радиальном направлении (за счет упругости

гнезда в осевом направлении), т.е. на ширине подшипника.

Жесткое размещение ТСЗ на буртах перемычек сепаратора в сочетании с упругим его гнездом позволяет улучшить ротаприн- тную смазку дорожек качения колец под-, шипника за счет постоянного и последовательного прижатия секторов ТСЗ при перемещении сепаратора подшипника в пределах его радиального зазора.

Фактическая наработка подшипника предложенной конструкции до критического износа, существенно повысилась сравнительно с прототипом (171156,5 и 35045,6 км) за счет исключения динамических разрушений ТСЗ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - общий вид подшипника; на фи.г.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - развертка сепаратора; на фиг.4 - графики жесткостей сепара- торов подшипников различных конструкций: А - аналога; Б - прототипа; В -К обычного с металлическим сепаратором; Г - заявляемого.

Подшипник качения содержит внутреннее 1 и наружное 2 кольца и сепаратор, включающий арматуру 3 и сектора 4 ТСЗ марки АФЗ-3, ТУ-538, 401-83. Тела качения (шарики) 5 размещены в гнездах 6 сепаратора, каждое из которых выполнено в виде четырехгранника, стенки 7 которого являются касательными к шарику 5, попарно сопряженными в габаритах ширины колец 1, 2 и образующими два компенсатора 8. На перемычках 9 сепаратора выполнены бурты 10. Зазор а между секторами ТСЗ равен хорде б, соединяющей точки б, соединяющей точки касания шарика 5 с попарно сопряженными стенками, четырехгранника.

В работе силы надавливания шариков 5 компенсируются упругими деформациями гнезд 6 сепаратора, которые не передаются на сектора 4 ТСЗ. Величина набегания ша- риков 5 на сепаратор сравнительно с прототипом снижена за счет сближения шариков 5, осуществляемого при совместном перемещении секторов 4 и компенсирующих гнезд 6.

Авторами разработана математическая модель подшипника с ТСЗ КМК-32, которая позволяет рассчитать силы, действующие в подшипнике, и доказать, что

уменьшение жесткости сепаратора по;., шипника с ТСЗ уменьшает силы надавливания со стороны шариков на сепаратор в его гнездах. Для экспериментальной проверки расчетных данных были проведены исследования деформации подшипников качения различных конструкций, результаты которых представлены на графиках фиг.4, где изображена . зависимость деформации сепаратора от действия силы надавливания

шариков на сепаратор. Полученные данные показывают, что жесткость (отношение силы к деформации) для подшипника - аналога (А) и прототипа (Б) примерно в 3 раза больше, чем для подшипника заявляемой

конструкции (Г), которая несколько ниже, чем у подшипника с обычным металлическим сепаратором (В). Данные эксперимента с достаточной степенью достоверности подтверждают расчеты, что свидетельствует о целесообразности использования разработанной авторами математической модели подшипника с ТСЗ предложенной конструкции для оптимизации конструктивных параметров сепаратора переменной

жесткости.

Использование: машиностроение, в опорных узлах валов, работающих в условиях повышенных динамических нагрузок, высокой температуры и запыленности. Сущность изобретения: подшипник качения содержит наружное и внутреннее кольца, сепаратор, включающий арматуру и сектора твердосмазочного заполнителя (ТСЗ), размещенные на перемычках арматуры, на которых выполнены бурты. Тела качения (шарики) размещены в гнездах сепаратора, каждое из которых выполнено в виде четырехгранника, стенки которого являются касательными к шарику, . попарно сопряженными в габаритах ширины колец. Зазор между секторами ТСЗ равен хорде, соединяющей точки касания шарика с попарно сопряженными стенками четырехгранника. 4 ил. ел

Формула изобретения Подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца, установленный между кольцами сепаратор с гнездами для шариков и перемычками между гнездами, а также твердосмазочный заполнитель, выполненный в виде секторов, смонтированных на перемычках сепаратора с зазорами относительно друг друга, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и срока службы, перемычки сепаратора выполнены с буртами, а каждое гнездо сепаратора выполнено в виде четырехгранника, стенки которого сопряжены одна с другой с образованием двух упругих компенсаторов, размещенных в зазоре между секторами заполнителя,

равном хорде, соединяющей точки касания шарика с попарно сопряженными стенками четырехгранника.