РЕДУКЦИОННЫЙ УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК УЛУЧШЕННЫЙ

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Известен редукционный упорный подшипник, содержащий тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора двухступенчатых конических роликов, отличающийся тем, что большая ступень роликов обкатывает дорожку тугого кольца подшипника, а меньшая ступень ролика обкатывает дорожку его свободного кольца (см. RU №609545, МПК F16C 19/22 (32,36), опубликовано 02.02.2017).

Недостатком известного технического решения является то, что большая ступень ролика своим плоским основанием, расположенным дальше от центра подшипника, контактирует с проточкой в свободном кольце подшипника только кромкой основания и, чтобы этого не случилось, нужно делать проточку излишне широкой; что ролики в подшипнике могут перемещаться вдоль собственной оси вращения во время работы подшипника.

Для редукционного упорного подшипника (улучшенного) поставлена задача: внести в его конструкцию изменения, позволяющие а) основанию большей ступени ролика не контактировать со свободным кольцом или не расширять проточку в случае контакта основания и кольца, б) препятствующие перемещению роликов вдоль собственной оси вращения.

Поставленная задача решается тем, что в редукционном упорном подшипнике, содержащем тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора конических двухступенчатых роликов, ступени большего диаметра которых обкатывают дорожку тугого кольца подшипника, а ступени меньшего диаметра обкатывают дорожку его свободного кольца, известен диаметр одного плоского основания большей ступени ролика D_r1, размеры диаметров оснований каждой ступени роликов исчисляются по формулам , d_r1=D_r1\k, , , , где D_r1, D_r2 - диаметры оснований большей ступени ролика; d_r1, d_r2, d_r3, d_r4 - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика; - расстояние от вершины конусов дорожек ролика до центра большего основания большей ступени ролика; Н - ширина основания большей ступени ролика; h - ширина выступов меньшей ступени ролика; k - коэффициент редукции ролика, выбираемый пользователем, равный отношению k=D_r1\d_r1, основания большей и меньшей ступеней ролика большего диаметра (самые удаленные от центра подшипника) выполнены сферической формы, а в свободном кольце кроме проточки для большей ступени роликов сделана и проточка для меньшей ступени роликов, в тугом кольце сделана проточка для большей ступени ролика, препятствующие смещению роликов вдоль их осей вращения.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, он соответствует условиям патентоспособности изобретения - «изобретательский уровень» и «новизна».

Редукционный упорный подшипник поясняется чертежами:

Фиг. 1 - редукционный упорный подшипник в разрезе.

Фиг. 2 - сегмент свободного кольца редукционного упорного подшипника с роликом.

Редукционный упорный подшипник состоит из тугого кольца 1, свободного кольца 2, конических ступенчатых роликов с большей ступенью 3 и меньшей ступенью 4, установленных в гнезда сепаратора. На свободном кольце сделана проточка 5 для меньшей ступени ролика и проточка 6 для большей ступени ролика, на тугом кольце сделана проточка 7 для большей ступени ролика. Наружный диаметр тугого и свободного колец подшипника равен R, внутренний диаметр свободного кольца подшипника равен r. Высота подшипника равна N.

Средний участок ролика с большими диаметрами оснований конуса (большая ступень 3) обкатывает дорожку качения тугого кольца 1, расположенную в проточке 7. Одновременно боковые выступы ролика с меньшими диаметрами оснований конуса (меньшая ступень 4) обкатывают дорожку качения свободного кольца 2, расположенную в проточке 5.

Для удобства сборки подшипника ступенчатый ролик можно собирать из отдельных ступеней, вставляя меньшую ступень в большую ступень. Для этого в большей ступени делается цилиндрическое отверстие соответствующего размера для посадки в него меньшей ступени ролика с последующей фиксацией ступеней между собой.

Поверхность большего основания большей ступени ролика выполнена сферической формы с радиусом R_b, поверхность большего основания меньшей ступени ролика выполнена сферической формы с радиусом R_m.

Ширина ступеней роликов Н и h берется с учетом нагрузки на подшипник и уменьшения количества роликов по сравнению со стандартным упорным подшипником, связанного с увеличением диаметра ступенчатого ролика (увеличенного диаметра большей ступени ролика).

Дополнительно к Н и h для исчисления диаметров оснований ступеней роликов (оснований усеченных конусов) за основу берутся размер плоского основания большего диаметра большей ступени ролика D_r1, служащего только для изготовления чертежа ролика; расстояние между фокусом вершин конусов ступеней роликов точкой О, расположенной на оси подшипника, и центром основания большего диаметра большей ступени ролика точкой В; коэффициент редукции ролика k. Диаметр плоского основания большего диаметра меньшей ступени ролика d_r4 служит только для изготовления чертежа. Размеры Н, h, D_r1, , k устанавливаются конструктором с учетом возможностей механизма и требуемых от него технических характеристик.

Диаметр большей ступени ролика D_r2 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r1 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r2 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r3 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r4 равен:

Для исчисления коэффициента редукции редукционного упорного подшипника использовали диаметр любого основания большей ступени ролика в плоскости сечения, пересекающей линию ОВ перпендикулярно чертежу, и расстояние между дорожками качения по линии, лежащей на взятом в расчет основании, а также коэффициент редукции ролика.

Расстояние d_st.r между дорожками качения по линии D_r1 равно:

d _st.r - диаметр основания конического ролика стандартной формы, который подходит для стандартного упорного подшипника с таким же (d_st.r) расстоянием между дорожками качения (осью вращения стандартного ролика является ось ОВ).

Частота вращения редукционного конического ролика относительно оси ролика (и центральной оси подшипника), связанная с увеличением диаметра ролика (его большей ступени) по сравнению со стандартным роликом, понизилась в z раз:

Полная частота вращения ступенчатого ролика относительно собственной и центральной оси подшипника понизилась в s раз:

s - коэффициент редукции подшипника.

Для примера выбрали расчет подшипника с большим диаметром большей ступени ролика D_r1=30, скорректированным в соответствии с высотой подшипника N; расстоянием от точки фокуса О до точки В ролика ; шириной большей ступени ролика Н=20; шириной меньшей ступени h=10, скорректированными с наружным и внутренним диаметрами подшипника R и r, коэффициентом редукции ролика k=3.

В соответствии с формулой (1) диаметр большей ступени ролика D_r2 равен:

D _r2=30*(83-20)/83=22,77;

В соответствии с формулой (2) диаметр меньшей ступени ролика d_r1 равен:

d _r1=30/3=10;

В соответствии с формулой (3) диаметр меньшей ступени ролика d_r2 равен:

d _r2=10*(83-20)/83=7,59

В соответствии с формулой (4) диаметр меньшей ступени ролика d_r3 равен:

d _r3=10*(83-20-10)/83=6,39

В соответствии с формулой (5) диаметр меньшей ступени ролика d_r4 равен:

d _r4=10*(83+10)/83=11,2

В соответствии с формулой (6) диаметр основания стандартного ролика в месте расположения большего основания большей ступени ролика равен:

d_st.r=(30+10)/2=20

В соответствии с формулой (7) коэффициент понижения частоты вращения ступенчатого ролика, связанный с повышением его диаметра (диаметра большей ступени), равен:

z=30/20=1,5

В соответствии с формулой (8) коэффициент редукции подшипника равен:

s=1,5*3=4,5

Замена шариковых упорных подшипников на редукционные позволит экономить горючее и электроэнергию в приводах, так как будет исключено хроническое проскальзывание шаров, как в шариковом упорном подшипнике, на преодоление которого расходуется много энергии.

Замена роликовых упорных подшипников, которые вращают с пониженной, чем шариковые упорные подшипники, частотой, так как они при вращении с большой частотой выходят из строя, на редукционные поможет повысить предельную частоту вращения подшипника в разы (в четыре с половиной раза в примере), частота вращения ступенчатых роликов останется на уровне частоты вращения роликов стандартного упорного подшипника, вращающегося с прежней пониженной частотой, что расширит диапазон применения редукционных упорных подшипников и снизит затраты горючего или электроэнергии в приводах на лишнее вращение тел качения относительно собственной и оси подшипника (снизит кинетическую энергию ступенчатых роликов по сравнению со стандартными телами качения).

Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение частоты вращения редукционного упорного подшипника в разы по сравнению с предельной частотой стандартных упорных подшипников без повышения частоты вращения ступенчатых роликов. Диаметры оснований ступеней ролика представленного подшипника исчисляются по выведенным формулам. У роликов отсутствует их скольжение по дорожкам, как у шариков, они не перемещаются вдоль собственной оси вращения. Сферические формы оснований большей и меньшей ступеней ролика большего диаметра помогут сделать подшипник компактнее и снизят износ боковых поверхностей большей ступени ролика и проточки для нее. Таким образом, технический результат достигнут.

Редукционный упорный подшипник может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.