Подшипник качения

 

Использование: машиностроение, в игольчатых подшипниках со штампованным наружным кольцом. Сущность изобретения: подшипник содержит тонкостенное наружное кольцо с центральным рабочим участком меньшего диаметра, чем диаметры примыкающих к нему периферийных участков и тела качения. Разность диаметров с периферийных и центрального участков равна Δ_н≅α·t(D_b+2d) ; подшипник может быть снабжен тонкостенным внутренним кольцом с центральным и периферийными участками, разность диаметров которых равна Δb=d·t(D_b+2d)·Δ_н. 1 з. п. ф - лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции подшипников качения, в частности игольчатых подшипников со штампованным наружным кольцом.

Известны конструкции подшипников качения, содержащие тонкостенные наружное и внутреннее кольца, с размещенными между ними телами качения в виде игл. Наружное кольцо имеет прямолинейный профиль дорожки качения и направляющие борта с двух сторон, удерживающие тела качения от выпадания из наружного кольца. Указанные подшипники имеют низкие эксплуатационные свойства, так как из-за необходимости компенсации, возникающей в процессе эксплуатации тепловой деформации деталей подшипника, необходимо обеспечивать повышенный радиальный зазор, что увеличивает контактные напряжения и снижает долговечность подшипника. К тому же за счет наличия межыгольчатого зазора иглы в процессе работы поворачиваются к оси кольца, в результате чего по краю дорожки наружного кольца и тел качения возникают повышенные контактные напряжения, а сам подшипник становится чрезмерно чувствительным к монтажным перекосам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является подшипник качения, содержащий тонкостенное наружное кольцо с центральным рабочим участком меньшего диаметра, чем диаметры примыкающих к нему периферических участков и тела качения [1] .

Цель изобретения - повышение эксплуатационных характеристик и точности монтажа.

Это достигается тем, что разность диаметров периферийных и центрального участков равна Δ_н≅α˙ t(D_в + 2d) где α - коэффициент линейного расширения материала; t - интервал изменения температуры; D_в - диаметр валика; d - диаметр ролика, и тем, что подшипник снабжен тонкостенным внутренним кольцом с центральным и периферийным участками, разность диаметров которых равна Δ_в = d ˙ t(D_в + 2d) - Δ_н.

На фиг. 1 изображено осевое сечение игольчатого подшипника, содержащего наружное и внутреннее кольца; на фиг. 2 - осевое сечение игольчатого подшипника, содержащего только одно штампованное наружное кольцо.

Внутри тонкостенного наружного кольца 1 (фиг. 1) размещены иглы 2, удерживаемые от осевого перемещения двумя направляющими бортами наружного кольца. Внутреннее кольцо 3 направляющих бортов не имеет. Оба кольца - наружное 1 и внутреннее 2 имеют прогиб профиля поперечного сечения в сторону расположения игл величиной соответственно Δ_н и Δ_в.

В процессе работы подшипникового узла происходит значительное тепловыделение, вал, на котором установлен подшипник, увеличивается в диаметре, тонкие стенки наружного 1 и внутреннего кольца 3 деформируются, компенсируя тепловую деформацию вала и игл. Если подшипник не имеет внутреннего кольца, а состоит только из наружного кольца 1 и роликов 2 (фиг. 2), то в процессе работы подшипника тепловая деформация вала и игл компенсируется только упругой деформацией наружного кольца, имеющего прогиб профиля поперечного сечения Δ_н.

Для определения потребной величины прогиба колец приведем конкретные примеры расчета для подшипника 604601. Подшипник имеет только штампованное наружное кольцо 1 (фиг. 2) с направляющими бортами и размещенные внутри него иглы 2. Диаметр отверстия подшипника D_р = = 12,7_+0,016^+0,034, диаметр дорожки качения D_д = 15,9_+0,016^+0,024, диаметр игл d = 1,6_-0,005, длина рабочей части игл l = 14,3_-0,6, число игл в подшипнике z = 28. Диаметр вала, на который насаживается подшипник D_в = 12,7_-0,011.

Из геометрических соотношений несложно определить радиальный зазор для стандартного подшипника: P = D_р - D_в.

Отсюда для условий примера определяем Р = 0,016 - 0,045 мм.

В процессе работы подшипника температура подшипникового узла изменяется на 50-300^оС. Радиальная тепловая деформация вала и игл равна Δ = t(D_в+2d) ≈ tDΔ, где α - коэффициент линейного расширения материала деталей ( α = 12˙10^-6 1/град); t - интервал изменения температуры; D Δ- диаметр дорожки качения наружного кольца.

Если температура узла повышается на 85^оС, то
Δ = · 12·10^-6·85(12,7+2·1,6) = 0,008 мм.

Таким образом, при увеличении температуры подшипникового узла более чем на 85^оС радиальный зазор в подшипнике уменьшается и становится равным
P_t ≅ P - 2Δ = P - 0,016, и следовательно, может произойти заклинивание подшипника.

Чтобы этого не произошло, на наружном кольце 1 подшипника (фиг. 2) выполнен прогиб, равный
Δ_н= t(D_в+2d) t·D_д
Так, если возникает опасность повышения температуры на 150^оС, то
Δ_н= 12·10^-6·150·15,9 = 0,014 мм.

Диаметр отверстия подшипника принимаем равным D_p = 12,7^+0,018.

Радиальный зазор в подшипнике Р = = 0-0,029 мм, что в среднем в два раза меньше, чем в стандартном подшипнике, а это уменьшает величину контактных напряжений. Таким образом, подшипник предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом менее чувствителен к тепловой деформации деталей подшипникового узла и имеет меньший радиальный зазор, что повышает его долговечность.

Если подшипник помимо наружного кольца 1 имеет и внутреннее кольцо 2 (фиг. 1), то суммарная величина их прогиба должна быть равна
Δ_н+ ΔB_в= t·D_д.

Формула изобретения

1. ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ, содержащий тонкостенное наружное кольцо с центральным рабочим участком меньшего диаметра, чем диаметры примыкающих к нему периферийных участков и тела качения, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик и точности монтажа, разность диаметров периферийных и центрального участков равна
Δ_н ≅ α˙t(D_в+2d ) ,
где α - коэффициент линейного расширения материала;
t - интервал изменения температуры;
D_в - диаметр вала;
d - диаметр ролика.

2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен тонкостенным внутренним кольцом с центральным и периферийными участками, разность диаметров которых равна
Δ_в= d˙t(D_в+2d)-Δ_н .

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2