РОЛИКОВЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

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

Подшипники поддерживают вращающиеся валы и оси в пространстве, воспринимают при этом действующие на них нагрузки.

Подшипники делятся на подшипники скольжения и качения. В подшипниках качения в качестве элементов качения используют шарики или ролики. Соответственно подшипники качения делятся на шариковые и роликовые.

Роликовые подшипники качения применяют при необходимости восприятия существенно больших радиальных нагрузок в сравнении с шариковыми подшипниками.

Ниже при анализе известных роликовых подшипников качения использован учебник Д.Н. Решетова «Детали машин» [Издание третье. М., «Машиностроение», 1974 год].

Известен радиальный двухрядный сферический подшипник качения (см., например, рис. 248, е указанного источника). Подшипник обеспечивает восприятие больших радиальных нагрузок при возможности перекосов колец до 2-3°.

Основными недостатками известного подшипника являются сложность его изготовления и ограниченные возможности восприятия осевых нагрузок.

Известен радиально-упорный конический подшипник качения (см., например, рис. 248, ж указанного источника). Подшипник обеспечивает восприятие существенных радиальных и осевых нагрузок.

Основными недостатками известного подшипника являются восприятие односторонней осевой нагрузки и развитый диаметральный размер. Для восприятия двухсторонней осевой нагрузки необходимо применение двухрядного подшипника. К тому же подшипник не применим в качестве игольчатых роликоподшипников.

Известен роликовый подшипник качения, содержащий внутреннее кольцо и наружное кольцо, каждое с дорожкой качения, и расположенные между дорожками качения тела качения в виде цилиндрических роликов (см., например, рис.248, а-д и 249, а указанного источника). Подшипник может быть с короткими (рис. 248, а-в) роликами, длинными роликами (рис. 248, г), двухрядным (см. рис. 248, г) и с игольчатыми роликами (см. рис. 249, а).

По совокупности существенных признаков указанный роликовый подшипник качения принят в качестве прототипа.

Известному подшипнику присущи существенные недостатки. Во-первых, относительно низкие возможности известного подшипника воспринимать осевые нагрузки, так как эти нагрузки воспринимаются и передаются торцевой частью цилиндрических роликов, а не их катящей поверхностью. Во-вторых, из-за переменной жесткости подшипника по углу поворота подшипника имеет место вибрация. В-третьих, роликовый подшипник с игольчатыми роликами не воспринимает осевых нагрузок.

Предлагаемый роликовый подшипник качения свободен от указанных недостатков известного роликового подшипника. В конструкции подшипника, в том числе игольчатого роликоподшипника, обеспечено восприятие осевой нагрузки катящей поверхностью цилиндрических роликов. К тому же устранена переменная жесткость подшипника по углу поворота и обусловленная ею вибрация.

Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в известном роликовом подшипнике качения, содержащем внутреннее кольцо и наружное кольцо, каждое с дорожкой качения, и расположенные между дорожками качения тела качения в виде цилиндрических роликов, согласно изобретению поверхность дорожки качения одного из колец выполнена в виде поверхности однополостного гиперболоида, поверхность дорожки качения противоположного кольца эквидистантна указанной поверхности однополостного гиперболоида, при этом прямолинейные образующие указанных поверхностей дорожек качения и оси контактирующих с ними цилиндрических роликов параллельны и расположены в одной плоскости. При этом поверхность дорожки качения внутреннего кольца выполнена в виде поверхности однополостного гиперболоида. Поверхность дорожки качения наружного кольца выполнена в виде поверхности однополостного гиперболоида.

Кроме того, подшипник содержит два ряда цилиндрических роликов, при этом ролики одного ряда контактируют с одним семейством прямолинейных образующих поверхностей дорожек качения внутреннего и наружного колец подшипника, а ролики другого ряда - с другим семейством прямолинейных образующих указанных поверхностей дорожек качения. Причем из двух углов между продольными осями одного и другого ряда цилиндрических роликов меньший угол обращен к стороне поверхности дорожки качения кольца, входящей при нереверсивной работе подшипника в контакт с роликами.

Предложенный роликовый подшипник качения проиллюстрирован на фиг. 1-10. На фиг. 1 показано внутреннее кольцо подшипника с поверхностью дорожки качения в виде поверхности однополостного гиперболоида; на фиг. 2 - тело качения в виде цилиндрического ролика; на фиг. 3 - наружное кольцо подшипника с поверхностью дорожки качения, эквидистантной поверхности дорожки качения на фиг. 1; на фиг. 4 на примере одного цилиндрического ролика показано однорядное расположение роликов относительно оси и поверхности внутреннего кольца подшипника на фиг. 1; на фиг. 5 на примере двух цилиндрических роликов показано их расположение относительно оси и поверхности внутреннего кольца двухрядного подшипника; на фиг. 6 показано сечение А-А на фиг. 4, отражающее контакт прямолинейных образующих поверхностей качения внутреннего и наружного колец подшипника с цилиндрическим роликом; на фиг. 7 приведен продольный разрез однорядного подшипника качения; на фиг. 8 - продольный разрез другого варианта исполнения однорядного подшипника; и на фиг. 9 и 10 - внутреннее (фиг. 9) и наружное (фиг. 10) кольца подшипника на фиг. 8.

Внутреннее кольцо подшипника приведено на фиг. 1. Кольцо имеет ширину Η и диаметр Д_в поперечного сечения по середине высоты кольца. Тело кольца 1 выполнено с внутренним посадочным отверстием 2 для установки подшипника на вал. Отверстие 2 выполнено цилиндрическим (или коническим с общепринятым уклоном 1:12). Наружная поверхность 3 кольца 1 выполнена в виде однополостного гиперболоида, имеющего две прямолинейные образующие 4 и 5. Поверхность 3 является дорожкой качения на внутреннем кольце подшипника. Прямая линия 6 является осью внутреннего кольца 1.

Тела качения подшипника выполнены в виде цилиндрических роликов 7, имеющих диаметр d, длину l и ось 8 (фиг. 2).

Наружное кольцо подшипника приведено на фиг. 3. Оно содержит тело кольца 9 шириной Η с цилиндрической наружной поверхностью диаметром D_п и с внутренней поверхностью 10. Внутренняя поверхность 10 наружного кольца эквидистантна наружной поверхности 3 внутреннего кольца на фиг. 1, т.е. в любом продольном сечении вдоль ширины Η наружного кольца кривая 11 повторяет (равноудалена) изменение поверхности 3 на фиг. 1 однополостного гиперболоида. На всей ширине Η внутреннего (фиг. 1) и наружного (фиг. 3) колец подшипника при полном совпадении продольных осей 6 и 12 этих колец соответственно расстояние между поверхностями 3 и 10 в середине по ширине Η равно диаметру d цилиндрического ролика 7 и таким образом Д_н=Д_в+2d. Условие эквидистантности (равноудаленности) поверхностей 3 и 10 означает, что поверхность 10 имеет две прямолинейные образующие 13 и 14, расположенные в пространстве относительно оси 12 наружного кольца так же, как прямолинейные образующие 4 и 5 на фиг. 1 относительно продольной оси 6 внутреннего кольца. Поверхность 10 является дорожкой качения на наружном кольце подшипника.

Подшипник может быть однорядным и двухрядным.

Свойство однополостного гиперболоида иметь два семейства прямолинейных образующих (4 и 5 на фиг. 1 для внутреннего кольца и 13 и 14 для наружного кольца подшипника) позволяет располагать ролики 7 относительно внутреннего кольца для однорядного подшипника так, как показано сплошными линиями на фиг. 4, или так, как показано на этой же фиг. 4 пунктирными линиями. Для двухрядного подшипника - так, как показано сплошными линиями на фиг. 5, или так, как показано на этой же фиг. 5 пунктирными линиями. Согласно фиг. 5 в двухрядном роликовом подшипнике качения цилиндрические ролики одного ряда контактируют с одним семейством прямолинейных образующих поверхностей дорожек качения внутреннего и наружного колец подшипника, а цилиндрические ролики второго ряда - с другим семейством прямолинейных образующих указанных поверхностей дорожек качения. Таким образом, между продольными осями цилиндрических роликов имеет место больший и меньший угол скрещивания осей (см. фиг. 5, согласно которой сумма большего и меньшего углов между продольными осями роликов равна 180°).

Для нереверсивно работающих роликовых подшипников качения меньший угол скрещивания продольных осей роликов располагают на стороне поверхности дорожки качения внутреннего кольца, входящей в контакт с роликом. Отмеченным обеспечивают действие на ролики осевых усилий, исключающих осевое смещение роликов из пределов контакта с дорожкой качения.

В конструкции двухрядного роликового подшипника качения возможно применение известных технических решений с разъемным посередине ширины Η наружным или внутренним кольцом.

Кроме того, в конструкции двухрядного роликового подшипника качения посередине дорожки качения одного из колец подшипника может быть выполнен кольцевой выступ, исключающий контакт друг с другом торцов роликов разного ряда из-за их возможного осевого смещения. Высота этого выступа не превышает половины радиуса цилиндрического ролика.

Отметим, что для однорядного (фиг. 4) и двухрядного (фиг. 5) подшипника могут быть использованы одни и те же наружные (1) и внутренние (9) кольца.

В сечении А-А (на фиг. 4), приведенном на фиг. 6, видно, что при описанном расположении внутреннего кольца 1, наружного кольца 9 и цилиндрических роликов 7 прямолинейные образующие 4 (5) поверхности 3 внутреннего кольца, прямолинейные образующие 13 (14) поверхности 10 наружного кольца и оси 8 контактирующих с ними цилиндрических роликов 7 параллельны и расположены в одной плоскости.

В собранном состоянии разработанного роликового подшипника качения взаимное расположение внутреннего кольца 1 с дорожкой качения 3, наружного кольца 9 с дорожкой качения 11 и цилиндрических роликов 7 приведено на фиг. 7. Подшипник имеет посадочное отверстие 2 на вал (или на ось) диаметром D, наружный диаметр D_п и ширину Н.

Исполнение предложенного роликового подшипника качения согласно фиг. 1-7 не исключает его исполнения согласно фиг. 8-10.

Сущность второго варианта исполнения предложенного роликового подшипника качения состоит в применении наружного кольца 9 (фиг. 10) с дорожкой качения 11 с поверхностью в виде однополостного гиперболоида, а внутреннего кольца 1 (фиг. 10) - с дорожкой качения 3, поверхность которой эквидистантна поверхности дорожки качения 11 указанного исполнения наружного кольца 9.

В собранном виде второй вариант исполнения предложенного подшипника приведен на фиг. 8. Применение этого варианта исполнения роликового подшипника качения предпочтительно в случаях принудительного вращения наружного кольца 9 подшипника при стационарном положении внутреннего кольца 1 подшипника.

Составной частью подшипника в обоих вариантах его исполнения могут быть сепараторы. В представленном описании подшипника они не рассмотрены, так как не меняют основные положения конструктивного исполнения подшипника.

Предложенный роликовый подшипник качения обеспечивает восприятие больших радиальных нагрузок с осевой фиксацией колец в двух направлениях. Наиболее эффективно применение разработанного подшипника в качестве игольчатого роликоподшипника.