Результат интеллектуальной деятельности: ТРЁХЪЯРУСНЫЙ САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ РАДИАЛЬНЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ С ОТВЕРСТИЯМИ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к радиальным шариковым подшипникам качения.

Известен радиальный шариковый подшипник [1, стр.326, рис 16.13, позиция I]. Он имеет внутреннее кольцо, фиксируемое на валу, и внешнее кольцо, которое имеет геометрическую ось, совпадающую с геометрической осью внутреннего кольца. Этот подшипник примем за аналог. Недостатком аналога является то обстоятельство, что он выполнен одноярусным и в связи с этим не может быть применен при необходимости использования двух независимых движений.

Известен трехколенный или двухъярусный шариковый подшипник [2, стр.110, рис 18]. Промежуточное кольцо в таком подшипнике приводится во вращение от специального миниатюрного двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому является подшипник качения [3] по патенту на изобретение №2461745, опубликованному 20.09.2012 г. Этот подшипник выполнен трехъярусным с четырьмя кольцами - внутренним, двумя промежуточными и наружным, между которыми помещены тела качения. Недостатком такого подшипника является высокая инерционная способность, приводящая к его быстрому разрушению.

Задачей изобретения является обеспечение безинерционной передачи вращательного движения от внутреннего кольца подшипника к наружному кольцу при несоосности геометрических осей внутренней поверхности внутреннего кольца и наружной поверхности наружного кольца. Это достигается тем, что в утолщенных частях первого, второго и третьего колец выполнены отверстия. Это позволяет сосредоточить центр масс подшипникового узла в неподвижной точке.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается трехъярусный самоустанавливающийся радиальный подшипник качения, включающий внутреннее, наружное и промежуточные кольца, а также тела качения, в котором на утолщенных участках первого, второго и третьего колец выполнены сквозные отверстия, причем толщина образовавшихся стенок колец выбирается из условия равнопрочности колец при их нагружении по всему периметру колец.

Эксцентриковые кольца имеют в радиальных сечениях разную толщину стенок от минимальной до максимальной. По этой причине центр тяжести колец оказывается смещенным относительно их осей вращения. Чтобы центр тяжести совпадал с осью колец, достаточно на утолщенных участках колец убрать лишний материал, т.е. сделать отверстия. При этом уменьшается масса колец, смещается центр тяжести и несущими оказываются образовавшиеся стенки колец.

Предлагаемый трехъярусный самоустанавливающийся радиальный подшипник качения показан на чертеже, где обозначены: внутреннее кольцо подшипника 1; первое промежуточное кольцо подшипника 2; второе промежуточное кольцо подшипника 3; наружное кольцо подшипника 4; первый ярус тел качения 5, расположенный между наружной цилиндрической поверхностью внутреннего кольца 1 и внутренней цилиндрической поверхностью первого промежуточного кольца 2; второй ярус тел качения 6, расположенный между наружной цилиндрической поверхностью первого промежуточного кольца 2 и внутренней цилиндрической поверхностью второго промежуточного кольца 3; третий ярус тел качения 7, расположенный между наружной цилиндрической поверхностью второго промежуточного кольца 3 и внутренней цилиндрической поверхностью наружного концентрического кольца 4 подшипника, в утолщенной части первого кольца расположено отверстие 8, второго кольца - отверстие 9 и третьего кольца - отверстие 10. Эти отверстия выполняют так, чтобы стенки колец оказывались равнопрочными. Это связано с тем, что кольца подшипника нагружаются радиальными нагрузками. Прочность колец в каждом их радиальном сечении определяется толщиной стенки кольца. Толщина стенки, в свою очередь, определяется суммой толщин, попадающих в сечение дальнего и ближнего участков кольца, между которыми находится отверстие. Сумма площадей таких сечений во всех радиальных направлениях должна быть одинакова.

На чертеже обозначены точкой O₁ геометрический центр внутренней поверхности внутреннего кольца 1 подшипника, точкой O₂ - геометрический центр наружной поверхности внутреннего и внутренней поверхности первого промежуточного колец τ подшипника, точкой О₃ - геометрический центр наружной поверхности первого промежуточного и внутренней поверхности второго промежуточного колец подшипника, точкой О₄- геометрический центр наружной поверхности второго промежуточного и поверхности (внутренней и наружной) концентрического наружного колец подшипника. Внутреннее, первое промежуточное и второе промежуточное кольца выполняются эксцентрическими с эксцентриситетами соответственно e₁, e₂ и е₃, а геометрические оси внутренней поверхности внутреннего кольца и наружного концентрического кольца выполнены с эксцентриситетом е₄.

Работает предлагаемый подшипник следующим образом. При вращении относительно оси O₁ внутреннего кольца 1 совместно с валом, на который устанавливается это кольцо (вал не показан), за счет эксцентриситета e₁ наружная поверхность внутреннего кольца, первый ярус тел качения 5 и внутренняя поверхность первого промежуточного кольца 2 будут вращаться относительно подвижной геометрической оси О₃. Так как первое е₃, а геометрические оси внутренней поверхности внутреннего кольца и наружного концентрического кольца выполнены с эксцентриситетом e₄.

Работает предлагаемый подшипник следующим образом. При вращении относительно оси O₁ внутреннего кольца 1 совместно с валом, на который устанавливается это кольцо (вал не показан), за счет эксцентриситета е₁ наружная поверхность внутреннего кольца, первый ярус тел качения 5 и внутренняя поверхность первого промежуточного кольца 2 будут вращаться относительно подвижной геометрической оси О₂. Так как первое промежуточное кольцо 2 выполнено с эксцентриситетом е₂, его наружная цилиндрическая поверхность совместно со вторым ярусом тел качения 6 и наружной цилиндрической поверхностью второго промежуточного кольца 3 будет вращаться относительно подвижной геометрической оси О₃. Наружная поверхность второго промежуточного кольца 3, соединенная через третий ярус тел качения 6, как и наружная и внутренняя цилиндрические поверхности наружного концентрического кольца будет вращаться относительно неподвижной оси O₄, отстоящей от неподвижной геометрической оси внутренней поверхности O₁ внутреннего кольца 1 подшипника на величину эксцентриситета e₄. Таким образом, неподвижные оси O₁ и O₄, а также подвижные геометрические оси О₂ и О₃ образуют между собой подвижный шарнирный четырехзвенник O₁O₂O₃O₄. Стороны этого четырехзвенника соответственно равны O₁O₂=e₁, O₂O₃=е₂, О₃O₄=e₃, O₁O₄=e_4. Полная проворачиваемость подшипника может быть обеспечена тем, что шарнирный четырехзвенник O₁O₂O₃O₄ будет выполнен как двухкривошипный, т.е такой, при размерах звеньев которого и звено O₁O₂, и звено О₄О₃ будут проворачиваться на полный оборот. Это обстоятельство обеспечивается тем, что сумма эксцентриситетов (e₁+e₂) выбирается большей, чем сумма эксцентриситетов (е₃+е₄), т.е (е₁+e₂)>(e₃+e₄).

Источники информации

1. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. Для студентов высш. Техн. Учеб. Заведений. - 5-е изд., перераб. - М.: шк., 1991. - 383 с.: ил.

2. Шестов С.А. Гироскоп на земле, в небесах и на море. - М.: Знание, 1989.- 192 с.

3. Патент РФ №2461745 от 01.06.2011.

4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1988. - 640 с.