Роликовый конический подшипник

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения, и может быть использовано в высокоскоростных узлах, например шпинделях, коробках передач, трансмиссиях. Роликовый конический подшипник содержит наружное кольцо с дорожкой качения, конические ролики, внутреннее кольцо с упорным бортом. Ролики расположены в два ряда, а внутреннее кольцо выполнено с двумя дорожками качения, расположенными таким образом, что их образующие параллельны. Поверхность перехода между ними служит опорной поверхностью для торцов одного ряда роликов. Технический результат - повышение быстроходности подшипника при повышенной осевой грузоподъемности и долговечности. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения, и может быть использовано в высокоскоростных узлах, например шпинделях, коробках передач, трансмиссиях.

Известен роликовый конический однорядный подшипник по патенту Российской Федерации №2143617, опубл. 1999 г. /1/. Подшипник состоит из наружного кольца с дорожкой качения, внутреннего кольца с дорожкой качения и упорным бортом, одного ряда конических роликов, размещенных в сепараторе.

Недостатком подшипника является его невысокая грузоподъемность, в том числе осевая грузоподъемность.

В качестве прототипа выбран роликовый конический однорядный подшипник широкой или особоширокой серии из Каталога продукции Европейской подшипниковой корпорации. М., ВПК, 2001, стр.150-151, например тип 7612. /2/. Подшипник содержит наружное кольцо с дорожкой качения, один ряд конических роликов, внутреннее кольцо с дорожкой качения и упорным бортом, взаимодействующим опорной поверхностью с торцами роликов. Длина ролика в 2,5-3 раза превышает его диаметр.

Такие подшипники обладают высокой грузоподъемностью, при этом осевая грузоподъемность достаточно высока и составляет 0,65-0,70 от радиальной. Недостатком подшипника является то, что при увеличенной осевой грузоподъемности увеличивается сила взаимодействия торца ролика с опорной поверхностью упорного борта внутреннего кольца, и за счет увеличения трения скольжения между ними и большого тепловыделения ограничивается быстроходность подшипника. Кроме того, ролик, из-за его большой длины, в процессе работы может перекашиваться, увеличивая силу взаимодействия с упорным бортом, что может привести к разрушению поверхности торца ролика и опорной поверхности борта.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание конструкции роликового конического подшипника, обладающего повышенной быстроходностью при повышенной осевой грузоподъемности и повышенной долговечностью.

Поставленная задача решается тем, что в роликовом коническом подшипнике, содержащем наружное кольцо с дорожкой качения, конические ролики, внутреннее кольцо с упорным бортом, согласно изобретению ролики расположены в два ряда, а внутреннее кольцо выполнено с двумя дорожками качения, расположенными таким образом, что их образующие параллельны, а поверхность перехода между ними служит опорной поверхностью для торцов одного ряда роликов.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен роликовый конический подшипник в осевом разрезе.

На фиг.2 изображена схема распределения сил в подшипнике и силовые треугольники нагрузки на каждый ряд роликов.

Роликовый конический подшипник содержит наружное кольцо 1 с конической дорожкой качения 2, внутреннее кольцо 3 с двумя коническими дорожками качения 4, 5 и упорным бортом 6, два ряда одинаковых конических роликов 7, 8. Ролики 8 своими торцами 9 контактируют с опорной поверхностью 10 упорного борта 6. Образующие 11, 12 дорожек качения 4, 5, соответственно, внутреннего кольца 3 параллельны между собой. Ролики 7 своими торцами 13 опираются на поверхность 14 перехода между дорожками качения 4, 5 внутреннего кольца 3. Образующая 15 дорожки качения 2 наружного кольца 1 наклонена к оси O-O подшипника под углом β, а к образующим 11, 12 дорожек качения 4, 5, соответственно, внутреннего кольца 3 под углом ϕ. Угол ϕ является утлом конусов роликов 7, 8.

Подшипник работает следующим образом. При приложении к узлу внешней нагрузки Q она распределяется между двумя рядами роликов 7, 8 приблизительно одинаково по Q/2 на каждый из них (см. фиг.2). При этом на каждый ряд роликов 7, 8 действуют усилия: на ролики 8 со стороны наружного кольца 1 действует сила P₁, направленная перпендикулярно дорожке качения 2; со стороны внутреннего кольца 3 действует сила P₂, направленная перпендикулярно дорожке качения 5; со стороны опорной поверхности 10 упорного борта 6 действует сила Р_б, направленная вдоль дорожки качения 5 внутреннего кольца 3. На ролики 7 со стороны наружного кольца 1 действует сила P_1', направленная перпендикулярно дорожке качения 2, со стороны внутреннего кольца 3 - сила Р_2', направленная перпендикулярно дорожке качения 4, со стороны опорной поверхности 14 - сила Р_б', направленная вдоль дорожки качения 4. Ролики 7, 8 будут находиться в равновесии, если силы P₁, Р₂, Р_б и P_1',P_2',P_б', соответственно, образуют замкнутые силовые треугольники. На фиг.2 силы Р₁,Р₂,Р₃,Р_б, действующие на ролик 8, условно представлены силовым треугольником АВС. В треугольнике АВС: AB=P₁, CA=P₂, ВС=Р_б, угол при вершине А равен ϕ.

Из теоремы синусов известно, что

Подставляя значения ВС и АВ, получим:

Поскольку

Для однорядного подшипника на ряд роликов действует полная сила Q, при этом

Сравнивая зависимости (3) и (4), видим, что со стороны опорной поверхности 10 упорного борта 6 на торец 11 ролика 8 действует усилие в два раза меньшее, чем в случае однорядного подшипника.

Снижение усилия Р_б, действующего на торцы 11 роликов 8 со стороны опорной поверхности 10 упорного борта 6, и распределение его также на торцы 13 роликов 7 со стороны опорной поверхности 14 перехода между дорожками качения 4, 5 внутреннего кольца 3 в виде усилия Р_б', позволяет снизить трение скольжения в упорной паре, снизить тепловыделение, и, в результате, повысить быстроходность подшипника. При этом осевая грузоподъемность подшипника соответствует осевой грузоподъемности роликового конического однорядного подшипника широкой или особоширокой серии. Кроме того, вместо одного ряда длинных роликов (в прототипе) подшипник содержит два ряда коротких роликов, которые в процессе работы не будут перекашиваться и приводить к дополнительным усилиям со стороны борта 6 и, как следствие, к разрушениям поверхности 9 ролика 8 и опорной поверхности 10 борта 6.

Источники информации

1. Патент РФ №2143617,опубл. 1999 г.

2. Каталог продукции Европейской подшипниковой корпорации. М., ВПК, 2001, стр.150-151.

Роликовый конический подшипник, содержащий наружное кольцо с дорожкой качения, конические ролики, внутреннее кольцо с упорным бортом, отличающийся тем, что ролики расположены в два ряда, а внутреннее кольцо выполнено с двумя дорожками качения, расположенными таким образом, что их образующие параллельны, а поверхность перехода между ними служит опорной поверхностью для торцов одного ряда роликов.