Результат интеллектуальной деятельности: СФЕРИЧЕСКИЙ РОЛИКОВЫЙ ПОДШИПНИК

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

Известен сферический роликовый двухрядный подшипник нормальной серии ширин из Каталога SKF "Groβ e Lager Katalog 4003Т", стр. 396, например подшипник 22228 CC/W33. Подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя тороидальными дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, установленных в сепараторе /1/.

Соотношение длины ролика Lw к его диаметру Dw у таких подшипников составляет 0,8...1,0, за счет чего они обладают низким трением и высокой быстроходностью, но не способны воспринимать большую нагрузку.

Известен сферический роликовый двухрядный подшипник особо широкой серии ширин из Каталога SKF "Groβ e Lager Katalog 4003T", стр. 398, например подшипник 24130 CC/W33. Подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя тороидальными дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, установленных в сепараторе /1/.

Соотношение длины ролика Lw к его диаметру Dw у таких подшипников составляет 1,4...1,6, за счет чего они обладают повышенной грузоподъемностью, однако это же влечет за собой увеличение трения и невысокую частоту вращения.

Известен сферический роликовый подшипник по АС СССР №199575. Подшипник содержит наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, оси которых расположены под углом к оси подшипника. С целью повышения грузоподъемности подшипник имеет третий ряд роликов, оси которых параллельны оси подшипника. Каждый ряд роликов размещен в отдельном сепараторе, а на внутреннем кольце имеется два средних бортика с галтелями, разделяющих среднюю и крайние дорожки качения /2/.

За счет введения третьего ряда роликов соотношение длины ролика Lw к его диаметру Dw у таких подшипников составляет 0,8...1,0, за счет чего они обладают низким трением и высокой быстроходностью, при этом способны воспринимать большие нагрузки.

В данном подшипнике диаметр средней дорожки качения равен диагональному размеру между серединами крайних дорожек качения. Из чего следует, что усредненный радиальный зазор Gr одинаков во всех рядах роликов. Это приводит к тому, что из-за технологически неизбежных случайных погрешностей в размерах дорожек качения при работе подшипника дорожки качения нагружаются неравномерно (один или оба крайних ряда остаются ненагруженными), что влечет за собой перегрузку работающих роликов и, следовательно, снижает надежность работы и долговечность подшипника.

Кроме того, наличие двух средних бортиков с галтелями на внутреннем кольце усложняет изготовление подшипника, а галтели уменьшают рабочую длину роликов, что приводит к уменьшению грузоподъемности до 25% по сравнению с двухрядным подшипником особоширокой серии ширин.

Установка каждого ряда роликов в отдельный сепаратор также усложняет конструкцию подшипника.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание подшипника с большой грузоподъемностью и высокой частотой вращения, в котором исключается перегрузка роликов и имеющего более простую конструкцию.

Указанная задача решается тем, что в сферическом роликовом подшипнике, содержащем наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тремя тороидальными дорожками качения, три ряда бочкообразных роликов, установленных так, что ось роликов среднего ряда параллельна оси подшипника, а оси роликов крайних рядов наклонены под углом к ней, диаметр средней дорожки качения внутреннего кольца меньше диагонального размера между серединами его крайних дорожек качения. На внутреннем кольце между средней и крайними дорожками качения выполнены цилиндрические пояски. Подшипник содержит два сепаратора на три ряда роликов.

На чертеже изображен поперечный разрез сферического роликового подшипника по изобретению.

Сферический роликовый подшипник содержит: наружное кольцо 1 со сферической дорожкой качения 2; внутреннее кольцо 3 с тремя тороидальными дорожками качения 4, 5, 6 и двумя цилиндрическими поясками 7, разделяющими среднюю 5 и крайние 4, 6 дорожки качения; три ряда бочкообразных роликов 8, 9, 10, установленных так, что ось О₃-О₃ роликов 9 среднего ряда параллельна оси подшипника O-O, а оси O₁-O₁ и O₂-O₂ роликов 8, 10 крайних рядов соответственно наклонены к ней под углом α ; два сепаратора 11 и 12, причем сепаратор 11 удерживает ролик 8 и половину длины ролика 9, а сепаратор 12 - ролик 10 и половину длины ролика 9.

Поскольку подшипник содержит три ряда роликов, то соотношение длины ролика Lw к его диаметру Dw составляет оптимальную величину 0,8...1,0.

Зависимость между диаметром d₃ средней дорожки качения 5 внутреннего кольца 3 и диагональными размерами d₁ и d₂ между серединами крайних дорожек качения 4 и 6 внутреннего кольца 3 соответственно определяется зависимостью:

d₃≤ d₁-2б_y=d₂-2б_y, (1)

где б_у - упругая деформация в контактах: дорожка качения 2 наружного кольца 1 - ролик (8, 9, 10) - дорожка качения (4, 5, 6) внутреннего кольца 3 или иначе сближение осей внутреннего 3 и наружного 1 колец от действия внешней нагрузки Fr на подшипник. Для наиболее эффективного использования подшипника нагрузка Fr принимается из условия:

0,02С≤ Fr≤ 0,05С, (2)

где С - динамическая расчетная грузоподъемность подшипника.

На основании теории упругости б_у определяется по формуле:

где

Ze - полное количество роликов в подшипнике;

Lw - эффективная длина ролика;

α - угол наклона осей роликов крайних рядов;

Fr - нагрузка на подшипник; может колебаться в пределах 0...0,2С.

Так как диаметр d₃ средней дорожки качения 5 внутреннего кольца 3 меньше диагональных размеров d₁ и d₂ между серединами крайних дорожек качения 4 и 6 внутреннего кольца 3 соответственно, то, исходя из формулы (1), зависимость между усредненными радиальными зазорами Gr_cp среднего ряда роликов 9 и Gr_кр крайних рядов роликов 8 и 10 имеет вид:

Gr_кр+б0,02С<Gr_cp, (4)

где б0,02С - суммарная упругая деформация в контактах максимально нагруженных роликов с наружным и внутренним кольцом при нагрузке 0,02С.

Таким образом, усредненный радиальный зазор Gr_cp в среднем ряду роликов 9 больше зазоров Сr_кр в крайних рядах роликов 8 и 10.

Подшипник работает следующим образом: первоначальное ненагруженное состояние характеризуется тем, что под действием собственного веса наружного кольца 1, сепараторов 11 и 12, роликов 4, 5, 6 происходит замыкание двух размерных цепей: корпус (не изображен) - дорожка качения 2 наружного кольца 1 - ролик 8 - дорожка качения 4 внутреннего кольца 3 - вал механизма (не изображен) и: корпус (не изображен) - дорожка качения 2 наружного кольца 1 - ролик 10 - дорожка качения 6 внутреннего кольца 3 - вал механизма (не изображен).

При этом усилие, приложенное от вала на корпус, распределяется между крайними дорожками качения 4, 6 внутреннего кольца 3 и, соответственно, крайними рядами роликов 8, 10.

Средний ряд роликов 9 вследствие увеличенного зазора не контактирует с дорожками качения 2, 5 наружного 1 и внутреннего 3 колец соответственно и нагрузку не передает. При приложении небольших нагрузок (0,02-0,05 динамической грузоподъемности С) подшипник благодаря соотношению Lw/Dw, равному 0,8...1,0, работает как двухрядный подшипник нормальной серии ширин, имеет низкое трение и высокую частоту вращения. При приложении больших нагрузок (0,05-0,2 динамической грузоподъемности С) вследствие упругих деформаций контактов: наружное кольцо 1 - ролик 9 - внутреннее кольцо 3 выбирается дополнительный зазор, и подшипник начинает работать как двухрядный подшипник особоширокой серии ширин, то есть его грузоподъемность возрастает, при этом перегрузка роликов исключается.

Отсутствие средних бортиков на внутреннем кольце 3, а также установка двух сепараторов 11, 12 на три ряда роликов 8, 9, 10 упрощает изготовление подшипника.

Источники информации

1. Каталог SKF "Groβ e Lager Katalog 4003Т". Reg. 47.12000, 1993-04.

2. Авторское свидетельство СССР №199575, кл. 47b, 12. Опубл.1967.