Результат интеллектуальной деятельности: РОЛИКОВЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ ОДНОРЯДНЫЙ ПОДШИПНИК

Роликовый сферический однорядный подшипник относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения.

Известен радиальный однорядный роликовый подшипник по а. с. СССР 17847776, содержащий наружное и внутреннее кольца, одно из которых выполнено с бортами одинаковой высоты и вертикально расположенной упорной поверхностью, симметричные ролики с плоскими торцами, сепаратор /1/.

В известном подшипнике между плоскими торцами ролика и внутренней поверхностью бортов кольца имеются осевые зазоры. В положении нагружения подшипника при вибрационной нагрузке или возникновении осевых усилий наличие осевых зазоров приводит к перекосу оси ролика в их пределах. Между плоскими торцами роликов и бортами возникают кромочные эффекты, происходят задиры этик поверхностей, что может приводить к снижению надежности подшипника и аварийному заклиниванию.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является роликовый сферический подшипник по а.с. СССР 1109545, содержащий наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тороидальной дорожкой качения и двумя крайними бортами одинаковой высоты с вертикально расположенной упорной поверхностью, бочкообразные ролики с обоими плоскими торцами, сепаратор /2/.

В данном подшипнике также между торцами ролика и поверхностью бортов внутреннего кольца имеются осевые зазоры. При возникающих осевых нагрузках в положении нагружения подшипника образуется перекос оси ролика в пределах осевых зазоров. Контактирование плоского торца ролика с вертикально расположенной упорной поверхностью борта при перекосе ролика приводит к кромочным эффектам, где нарушаются условия смазки, возрастает трение, происходят задиры этих поверхностей, что может приводить к аварийному заклиниванию и снижению надежности работы подшипника.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности работы подшипника за счет устранения кромочных эффектов, способствующих повышению трения в подшипнике и его заклиниванию.

Поставленная задача достигается тем, что в роликовом сферическом однорядном подшипнике, содержащем наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тороидальной дорожкой качения и двумя крайними бортами одинаковой высоты, четное количество бочкообразных роликов, сепаратор, согласно изобретению упорные поверхности крайних бортов расположены к торцам внутреннего кольца под углом, а ролики выполнены асимметричными, причем торцы соседних роликов, наиболее удаленные от плоскости их наибольшего диаметра, обращены к противоположным бортам и расположены от нее на расстоянии, определяемом зависимостью

где L - ширина роликовой дорожки внутреннего кольца;
δ - осевой зазор между роликом и шириной роликовой дорожки внутреннего кольца;
R_p - радиус образующей ролика;
R_H - радиус сферы дорожки качения наружного кольца;
β - угол между плоскостью наибольшего диаметра ролика и линией общей нормали в точке касания дорожки качения наружного кольца с роликом.

В частном случае, когда торцы роликов, наиболее удаленные от плоскости их наибольшего диаметра, выполнены сферическими, упорные поверхности крайних бортов расположены к торцам внутреннего кольца под углом, определяемым зависимостью

где D_т - диаметр торца ролика;
R_т - радиус сферы торца ролика.

В частном случае, когда торцы роликов, наиболее удаленные от плоскости их наибольшего диаметра, выполнены плоскими, упорные поверхности крайних бортов расположены к торцам внутреннего кольца под углом, определяемым зависимостью

где S_т - торцевое биение торца ролика, наиболее удаленного от плоскости его наибольшего диаметра;
D_т - диаметр торца ролика.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено осевое сечение подшипника.

На фиг. 2 - фрагмент осевого сечения подшипника в зоне взаимодействия ролика с упорной поверхностью крайнего борта внутреннего кольца в случае сферического торца ролика.

На фиг.3 - то же в случае плоского торца ролика.

Роликовый сферический однорядный подшипник содержит наружное кольцо 1 со сферической дорожкой качения 2, внутреннее кольцо 3 с тороидальной дорожкой качения 4 и двумя крайними бортами 5 и 6 одинаковой высоты, четное количество бочкообразных асимметричных роликов 7 с наиболее удаленными от плоскости М-М наибольшего диаметра D_р торцами 8, принимаемыми за базовые, сепаратор 9. Базовые торцы 8 соседних роликов 7 обращены к противоположным бортам 5 и 6.

При сферическом базовом торце 8 ролика 7 упорная поверхность 10 крайних бортов 5 и 6 расположена к торцам 11 внутреннего кольца 3 под углом α_c.
При плоском базовом торце 8 ролика 7 упорная поверхность 10 крайних бортов 5 и 6 расположена к торцам 11 внутреннего кольца 3 под углом α_n.
Центр радиуса R_H сферы дорожки качения 2 наружного кольца 1 и центр радиуса R_B кривизны дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 расположены в точках О₁ и О₂ соответственно.

Ролик 7 контактирует с дорожкой качения 2 наружного кольца 1 в точке А, с дорожкой качения 4 внутреннего кольца 3 - в точке В.

Центры радиусов R_P образующих ролика 7, контактирующих с дорожкой качения 2 наружного кольца 1 и дорожкой качения 4 внутреннего кольца 3, расположены в точках О_P и О'_P соответственно.

Ролик 7 базовым торцом 8 контактирует с упорной поверхностью 10 крайнего борта 6 в точке С. Точка С расположена на окружности диаметром D_К.

Между шириной L дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 и длиной L_P ролика 7 имеется осевой зазор δ со стороны противобазового торца 12.

Линия общей нормали в точке А проходит через точки О₁ и О_P. Линия общей нормали в точке B проходит через точки О₂ и O'_P. Плоскость М-М наибольшего диаметра D_P ролика 7 с линией общей нормали, проходящей через точку А, образует угол β.
Плоскость М-М наибольшего диаметра D_P ролика 7 расположена относительно середины дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 на расстоянии ε, а относительно базового торца 8 - на расстоянии Е.

Величина Е определяется


ε = O_pO₁sinβ = (R_н-R_p)sinβ;

В случае, если осевой зазор δ со стороны противобазового торца 12 равен О, или радиус R_H сферы дорожки качения 2 наружного кольца 1 равен радиусу R_P образующих роликов 7, то

При сферическом базовом торце 8 ролика 7 величина угла α_c определяется следующим образом:
конструктивно обычно принимается D_К=0,75 D_Т, высота борта h_б=0,25 Dт, а точка контакта С располагается на середине высоты h_б борта 6.

Угол СО_ТК (фиг.2) имеет стороны, перпендикулярные с торцом 11 внутреннего кольца 3 и упорной поверхностью 10 крайнего борта 6, поэтому

Так как в подшипниках α_C значительно меньше 5^o, то
sinα_c≈α_c (рад),
отсюда

При плоском базовом торце 8 ролика 7 величина α_n определяется

где S_T - торцевое биение базового торца 8 ролика 7, которое определяется из технологической нормативной документации;
h_б - высота борта 6 внутреннего кольца 3.

Конструктивно принимаем h_б=0,25D_Т, тогда

Так как в подшипниках α_n меньше 1^o, то tgα_n≈α_n (рад), отсюда

Подшипник работает следующим образом.

Действие радиальной нагрузки Р на подшипник передается от наружного кольца 1 к внутреннему кольцу 3 через ролик 7 в точках А и В соответственно. Возникающие усилия P₁ в точке A и P₂ в точке В направлены по линиям общих нормалей и создают осевую составляющую усилия P₃ в сторону базового торца 8, которая прижимает ролик 7 к упорной поверхности 10 борта 6 в точке С.

Четное количество роликов 7, поочередно установленных базовыми торцами 8 к противоположным бортам 5 и 6 внутреннего кольца 2, создают эффект беззазорного в осевом направлении подшипника. Это обеспечивает стабильное положение колец 1, 2 и роликов 7. Подшипник приобретает свойство воспринимать осевые нагрузки.

Отсутствие осевого зазора между базовым торцом 8 ролика 7 и упорной поверхностью 10 крайнего борта 6 внутреннего кольца 3 исключает перекос оси N-N ролика 7 относительно оси F-F подшипника и тем самым исключает кромочные эффекты.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР 1784776, МПК 5 F 16 С 33/46, 1992 г.

2 Авторское свидетельство СССР 1109545, МПК 3 F 16 С 33/46, 1984 г.