Роликовый сферический однорядный подшипник

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения. Роликовый сферический подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тороидальной дорожкой качения и двумя крайними бортами одинаковой высоты, четное число бочкообразных роликов и сепаратор. Причем 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. Торцы роликов, наиболее удаленные от плоскости их наибольшего диаметра, выполнены сферическими либо плоскими, при этом упорные поверхности крайних бортов расположены к торцам внутреннего кольца под углом. Технический результат - повышение надежности работы подшипника за счет устранения кромочных эффектов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

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 _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.

Формула изобретения

1. Роликовый сферический однорядный подшипник, содержащий наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тороидальной дорожкой качения и двумя крайними бортами одинаковой высоты, четное число бочкообразных роликов, сепаратор, отличающийся тем, что 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 - разница по оси между длиной ролика и шириной роликовой дорожки внутреннего кольца;
R_p - радиус образующей ролика;
R_H - радиус образующей роликовой дорожки наружного кольца;
β - угол между плоскостью наибольшего диаметра ролика и линией общей нормали в точке касания дорожки наружного кольца с роликом.

2. Роликовый сферический однорядный подшипник по п.1, отличающийся тем, что торцы роликов, наиболее удаленные от плоскости их наибольшего диаметра, выполнены сферическими, при этом упорные поверхности крайних бортов расположены к торцам внутреннего кольца под углом, определяемым зависимостью

где D_T - диаметр торца ролика;
R_T - радиус сферы торца ролика.

3. Роликовый сферический однорядный подшипник по п.1, отличающийся тем, что торцы роликов, наиболее удаленные от плоскости их наибольшего диаметра, выполнены плоскими, при этом упорные поверхности крайних бортов расположены к торцам внутреннего кольца под углом, определяемым зависимостью

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

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3