Шариковый радиальный многоконтактный подшипник качения Советский патент 1993 года по МПК F16C19/00 F16C33/58 

Изобретение относится к подшипнико- строению. в частности к конструкциям шариковых подшипников качения, предназначенных для восприятия рэдиаль- - ных и осевых нагрузок, и может быть использовано в передачах винт-гайка качения.

Цель изобретения - увеличение грузоподъемности подшипника.

Положительный эффект от использования предлагаемого подшипника заключается в том, что в результате снижения удельного давления между телом качения (шаром) и дорожкой качения, введения между ними площадок поперечного линейного контактирования повышается возможность восприятия увеличенных радиального и осевого нагрузок; исключается возможность защемления (заклинивания) тела качения (шара) между дорожками внутреннего и наружного колец даже при чисто упорных (осевых) нагрузках.

Существенное отличие предложенной конструкции заключается в том, что дорожки качения внутреннего, и наружного колец выполнены с участком, имеющим поперечный профиль, совпадающий с поперечным профилем шариков, с образованием площадки линейного контактирования между ними, а середина образующей поперечного профиля дорожек качения совпадает с точками мгновенных центров вращения, при этом дорожка качения по обоим краям ограничены продольными кольцевыми углублениями с профилем по кривой второго порядка.

00 CJ

Л Ю

ч

со

На фиг. 1 показано поперечное сечение трехконтактного подшипника качения; на фиг. 2 -- вид по стрелке Л на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечное сечение четырехконтактного подшипника качения; на фиг, 5 дана эпюра сумм напряжений удельных нагрузок и дифференциального проскальзывания взаимодействия шара с .дорожками качения в зависимости от величины площадки линейного контактирования.

Предлагаемый трех- и четырехконтактный шариковый подшипник качения состоит из тел качения (шаров) 1, заключенных между внутренним 2 и наружным 3 кольцами. Особенностью данной конструкции является образование площадки 4 поперечного линейного контактирования между телом качения 1 и дорожками 5 качения внутреннего 2 и наружного 3 колец, потому что дорожки качения внутреннего и наружного колец выполнены с участком, имеющим поперечный профиль, совпадаю-/ щий с поперечным профилем шариков 1 по протяжению дуги, соответствующей определенному центральному углу а,

На нерабочих частях поперечного профиля дорожек 5 качения выполнены продольные кольцевые углубления (центральное б и внешнее 7) с профилем по кривой второго порядка, образующие на продольных стыках с дорожкой 5 качения продольные сопряжения 8.

Точки а и а или а и а1, делящие пополам поперечные площадки и линии контактирования, определяются расчетным путем, исходя из следующего известного соотношения m ne n,

7Г Pi , Ре

где П1 л di Пе л: de

D-- диаметр дорожки 5 качения внутреннего кольца 2;

De - диаметр дорожки качения наружного кольца 3;.

di - диаметр дорожки обкатывания тела качения 1 внутреннего кольца 2;

de - диаметр дорожки обкатывания тела качения 1 наружного кольца 3.

Линейные площадки контактирования 4 являются поперечными сопряжениями дуги окружности тела качения 1 с дорожками 5 качения внутреннего 2 и наружного 3 колец (ВС - ДЕ и В Е на фиг. 1 или 2 или В С Д Е и В С Д Е на фиг. 3), длина которых зависит главным образом от кривизны взаимно перекатывающихся тел (1 и 2 или 1 и 3) и дифференциального трения скольжения между ними.

Линейная площадка 4 контактирования (фиг. 1 и 2) трехконтактного тела качения 1

с дорожками 5 качения обеспечивается выполнением на участке поперечного сечения дорожек 5 качения внутреннего 2 (ВС ДЕ) и наружного 3 (В Е1 колец в виде окружности

определенной кривизны, совпадающей с Кривизной тела качения 1, расчетной протяженности и выборкой продольных кольцевых углублений центрального б (СД) и внешних 7 (АВ ЕЖ) на внутреннем 2 коль0 це, а также внешнего 7 (А1В1 ) на наружном 3 кольце.

Линейная площадка 4 контактирования четырехконтактного тела качения с дорожками качения обеспечивается выполнением

5 научастке поперечного сечения дорожек каДрЕ)инаружчения внутреннего2 ( ного 3 (. ДШЕП1)...колец в виде, окружности определенной кривизны, совпадающей с кривизной тела качения 1 рас- 0 четной протяженности и выборкой продольных кольцевых углублений цент-II nil

Unit

рального 6 (С Д ) и внешних 7 ( Е Ж ) на внутреннем 2 кольце, а также, выборкой на наружном 3 кольце централь- 5 нр.го 6 () и внешнего 7 ( .

.

Оптимальная протяженность площадки 4 линейного контактирования определяется главным образом по двум основным источ0 никам трения: трение сопротивления качению; дифференциальное трение скольжения,

. Количественные зависимости, применяемые для использования в инженерных

5 расчетах, сводятся к закону Амонтона о прямой пропорциональности силы трения нормальному (удельному) давлению (1699 г.), где коэффициент пропорциональности является коэффициентом трения.

0 При изменяющейся длине площадки линейного контактирования xi li и неизменной внешней нагрузке W соответствующее

W изменение коэффициента трения yi pi -p

5 происходит по кривой ветви гиперболы 1, у которой произведение рас2 2

У

стояний любой точки (xi: yi) гиперболы до асимптот есть величина постоянная (фиг. 4, кривая 1).

б). Если шар диаметром d катится по канавке, образуя в зоне контакта эллипс с большой осью I, то трение качения, обуслов- ленное скольжением Хизкоута, имеет порядок (7) F .J2 (-Q f, где ft - коэффициент

трения, связанный с дифференциальным процессом скольжения;

W - общая нормальная нагрузка;

са);

I - ширина дорожки (большая ось эллипном коэффициенте К (

d - диаметр шарового тела качения. При изменяющейся длине площадки линейного контактирования xi li и неизмен-

Ј-WV

Т2)

соответствующее изменение удельного дифференциального трения скольжения

yi FI К -)2 происходит по кривой линии

2.

Суммируя кривые. 1 и 2, построенные в одном масштабе по осям координат X и Y, получим кривую 3 комплексных удельных воздействий сил трения на любой по величине площадке 4 линейного контактирования, из которой выбираемся низшая по величине ордината yi, приходящаяся на вершину вогнутой кривой 3, соответствую- щая искомой абсциссе xt li(di) - оптимальной длине площадки линейного контактирования 4 для конкретного типоразмера подшипниках качения.

Продольные сопряжения 8 (фиг. 2)доро- жек 5 качения с продольными кольцевыми углублениями 6 и 7 являются концентраторами напряжений но они расположены на периферийных участках площадок 4 поперечного линейного контактирования.поэто- му не снижают работоспособности дорожек

5качения.

Центральное углубление & может заполняться пластичной смазкой, обеспечивающей на. долгий срок эксплуатации подшипника качения смазку дорожек качения. Обьем этого центрального углубления

6зависит от профиля по кривой второго порядка.

Предлагаемый шариковый подшипник качения работает следующим образом.

В точках а. а , а ,,. поперечных линейных площадок контактирования тела качения с дорожками качения совершается движение качения. В этих точках а. а1, а... может возникать только сопротивление качению по теории Рейнольдсэ (Амонтона), определяющей сопротивление качению проскальзыванием упруго деформируемых поверхностей взаимно перекатывающихся тел.

Периферийные же участки относительно точек а, а , а ... площадок поперечного линейного контактирования испытывают действие дифференциального трения скольжения по теории Хиэкоута. которая локальные проскальзывания периферийных площадок связывает с разностью радиусов

тела качения 1 и сопряженного с ним поперечного сечения дорожки качения.

В связи с тем, что длина площадки линейного контактирования почти на порядок превышает длину большой оси эллипсной площадку точечного контактирования, площадки контактирования в обычном понимании не получается, а получается только линия контактирования, которую с некоторой натяжкой можно назвать площадкой линии контактирования. За счет уменьшения почти на порядок удельного давления контактирования появляется возможность зна- чительного увеличения восприятия радиальной и соевой нагрузок по сравнению с обычно принятыми нагрузками.

Совпадение кривизны сопрягаемых поверхностей в поперечном сечении перекатывающихся тел (1, 2 и 1, 3), во-первых, устраняет возможность проявления упругих деформаций на линейной площадке контактирования при значительных нагрузках, в несколько раз превышающих обычные, и, во-вторых, снижают вероятность возрастания потерь на трение качения из-за упругих деформаций при значительных нагрузках.

Что же касается дифференциального трения проскальзывания, то оно также должно уменьшиться в несколько раз. что при обычном точечном контактировании, так как оно непосредственно зависит от удельных давлений внешней нагрузки.

Предлагаемый шариковый подшипник качения при осевых нагрузках работает следующим образом.

Восприятие осевых нагрузок предлагаемыми шариковыми подшипниками качения трехконтактными и особенно четырехконтактными происходит в благоприятных условиях как с точки зрения геометрии, так и кинематики движения. Площадка поперечного линейного контактирования по дуге окружности тела качения с дорожками качения внутреннего 2 и наружного 3 колец позволяв1 обеспечить значительное увеличение прилагаемой осевой нагрузки.

Устойчивость в осевом направлении предлагаемого шарикового подшипника качения предопределяет сама конструкция, которая может допустить какое-либо смещение в осевом направлении одного кольца по отношению к другому только в случае возможности значительного радиального перемещения тел качения относительно плотной в поперечном сечении седловид-. ной опоры из смежных дорожек качения 5 одного кольца, что почти невозможно, так как существующие требования допустимых радиальных зазоров довольно жестки.

При любой осевой нагрузке (любом угловом приложении осевой нагрузки) силовые линии (аа или а а ), соединяющие середины площадок линейного контактирования, всегда проходят через центр О тел качения, что является необходимым и достаточным условием предотвращения защемления (заклинивания) тел качения между дорожками качения внутреннего и наружного колец. При этом не происходит переориентация оси вращения тела качения, т.е. не возникает известный эффект верчения тел качения, так как при осевой нагрузке ни на одной дорожке качения не происходит значительного перераспределения нагрузок.

0

5

Формула изобретения Шариковый радиальный многоконтактный подшипник качения, содержащий внутреннее и наружное кольца с выполненными на нерабочих частях поперечного профиля дорожек качения продольными кольцевыми углублениями с профилем по кривой второго порядка, а также размещенные между ними шарики, отличающийся тем, что, с целью увеличения грузоподъемности подшипника, дорожки качения внутреннего и наружного колец выполнены с участком, имеющим поперечный профиль, совпадающий с поперечным профилем шариков.

Использование: в подшипникострое- нии, в частности в передачах винт-гайка качения. Сущность изобретения: подшипник качения содержит внутреннее и наружное кольца, расположенные между ними тела качения, контактирование которых с дорожками колец происходит по соотношению радиусов, соответствующих отношению внеш- -него диаметра внутреннего кольца и ; внутреннему диаметру наружного кольца. Поперечный профиль дорожек качения внутреннего и наружного колец совпадает с профилем тела качения с образованием линейного контактирования между ними. Середина образующей поперечного профиля дорожек качения совпадает с точками мгновенных центров вращения. При этом дорожки качения по краям ограничены выборками вспомогательных полостей. В результате снижения удельного давления между телом качения (шаром) и дорожкой качения, введением между ними площадок поперечного линейного контактирования увеличивается возможность восприятия повышенных радиального и осевого нагрузок. 4 ил. сл

8

1Z-34 56789to ffK /J S/#M/ Фиг.4

-Составитель Б. АйтжановРедактор С. КулаковаТехред М.МоргенталКорректор А. Обручар

. .,..,.-.. Заказ 2546ТиражПодписное

ВНИЙПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская нэб., 4/5

1831599