Подшипник качения

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности. Подшипник качения содержит внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов и установленные в гнездах сепаратора. При этом тела качения выполнены двухступенчатыми. Большая ступень имеет один участок и контактирует только с дорожкой качения наружного кольца подшипника. Меньшая ступень выполнена с двумя участками и контактирует только с дорожкой качения внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения. При этом должно выполняться условие сборки подшипника. Одна дорожка качения внутреннего кольца выполнена с одной проточкой для образования зазора с большей ступенью ролика. При этом большая ступень тела качения выполнена сферической или бочкообразной. Дорожка качения наружного кольца выполнена сферической. Тело качения состоит из одноступенчатого цилиндрического ролика, выполненного по диаметру меньшей ступени ролика. Большая ступень ролика выполнена в виде кольца, а подшипник качения - трехрядного типа. При этом тела качения меньшей ступени выполнены с кольцевой проточкой, в которой располагается большая ступень ролика. Тела качения среднего ряда при вращении имеют частоту колебаний, отличную от частоты колебаний тел качения крайних рядов, и выполняют роль вибратора. В результате достигается более высокая частота вращения подшипника качения и обеспечивается стабильность зазоров и повышенная центровка вала. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Известны подшипники качения, содержащие внутренние и наружные кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора.

Одним из недостатков известных стандартных подшипников относится малая частота вращения, наличие трения качения с проскальзыванием тел качения, повышенный шум и низкая долговечность как следствие наличие трения скольжения, высокой температуры нагрева +100°С и более.

Известен подшипник качения - прототип - патент автора (RU 2232926 С2, 7 F 16 C 19/22, опубл. 20.07.2004, фиг.13, всего 21 с.), содержащий внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора, тела качения - ролики, выполненные двухступенчатыми, больший диаметр ступени, имеющий один участок, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца подшипника, а меньший диаметр ступени, выполненный с двумя участками, контактирует только с дорожками качения его внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения, при этом должно выполняться условие сборки подшипника:

где d_1m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника;

D_wm1 - диаметр меньшей ступени ролика;

D_1m - диаметр дорожки качения наружного кольца подшипника;

D_wm2 - диаметр большей ступени ролика,

а, по меньшей мере, одна дорожка качения внутреннего кольца подшипника выполнена с, по меньшей мере, одной проточкой для образования зазора с большим диаметром ступени ролика, при этом ступень тела качения - ролика с большим диаметром выполнена сферической или бочкообразной, а дорожка качения наружного кольца подшипника выполнена сферической, тело качения - ролик состоит из одноступенчатого цилиндрического ролика, выполненного по диаметру меньшей ступени ролика, а больший диаметр ступени ролика выполнен в виде кольца, при этом тела качения - ролики с меньшим диаметром ступени выполнены с кольцевой проточкой, в которой располагается большая ступень ролика.

Цель изобретения:

- обеспечение более высокой частоты вращения подшипника качения,

- обеспечение стабильности зазоров и повышенную центровку вала.

Поставленные цели и технический эффект изобретения достигается за счет того, что тела качения среднего ряда при вращении имеют частоту колебаний, отличную от частоты колебаний тел качения крайних рядов, и выполняют роль вибратора.

На фиг.1 изображен подшипник качения радиальный роликовый трехрядный с кольцевыми проточками на дорожке качения внутреннего кольца. Направление воспринимаемых нагрузок - радиальное.

На фиг 2 изображен аналогичный подшипник качения. Отличается исполнением тел качения - роликами.

Подшипник качения (см. фиг.1) состоит из наружного кольца 1, тел качения 2, 3, сепаратора 4, внутреннего кольца 5, тел качения среднего ряда 6, 7, сепаратора 8. Два крайних ряда тел качения состоят из роликов двухступенчатого типа, при этом меньшая ступень ролика 2 выполнена цилиндрической и контактирует по линии только с дорожками качения внутреннего кольца 5. Большая ступень 3 выполнена в виде кольца, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца 1 и обкатывается в зоне контакта с роликом 2. Меньшая ступень 6 среднего ряда роликов выполнена в виде цилиндрического ролика с кольцевой проточкой, в которой располагается большая ступень 7, выполненная в виде кольца.

Большие ступени роликов 3 и 7 с диаметрами D_wm2 и D_wm4 контактируют только с дорожкой качения D_1m наружного кольца 1 подшипника по линии.

Меньшая ступень 2 с диаметром D_wm1 контактирует только с двумя участками дорожек качения d_1m внутреннего кольца 5.

Меньшие ступени 6 с диаметром D_wm3 контактируют только с двумя участками дорожки качения d_2m внутреннего кольца 5 подшипника качения.

Условие сборки подшипника качения:

где d_1m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника;

D_wm1 - диаметр меньшей ступени;

D_1m - диаметр дорожки качения наружного кольца;

D_wm2 - диаметр большей ступени.

Условие сборки для среднего ряда подшипника качения:

где d_2m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца среднего ряда;

D_wm3 - диаметр меньшей ступени ролика среднего ряда;

D_1m - диаметр дорожки качения наружного кольца;

D_wm4 - диаметр большей ступени ролика среднего ряда.

При этом Const первого равенства будет меньше Const* второго равенства, по причине разности габаритов тел качения двух крайних рядов подшипника по отношению к диаметрам тел качения среднего ряда.

Например, Const<Const* как и их числа 7,166 (6)<9,166 (6).

На фиг.2 изображен аналогичный подшипник качения, как и на фиг.1.

Отличается подшипник качения исполнением тел качения - роликами, которые конструктивно выполнены как тела качения среднего ряда фиг.1, и во всех роликах - меньшие ступени выполнены с отверстиями, а сепараторы выполнены, например, из пластмассы.

Подшипник качения на фиг.1 работает следующим образом: при вращении вала получает вращение кольцо 5 подшипника, тела качения - своими меньшими ступенями с D_wm1 и D_wm3 обкатываются только по дорожкам качения d_1m и d_2m внутреннего кольца 5. Большие ступени роликов D_wm2 и D_wm4 обкатываются только по дорожке качения наружного кольца 1. Вращение тел качения 2, 3 по дорожкам качения колец 1 и 5 подшипника качения проходит с постоянной и одинаковой частотой вращения без проскальзывания, а частота вращения тел качения 6, 7 по дорожкам качения колец 1 и 5 будет в среднем ряду большей, но постоянной и одинаковой для данного ряда тел качения.

Тела качения 6, 7 по отношению к телам качения 2, 3 при работе имеют большую частоту колебаний, чем способствуют снижению момента трения, например, от 3 до 10 раз и более. Известно, что момент трения тем меньше, чем больше частота колебаний и меньше амплитуда колебаний.

Подшипник качения на фиг.1 может быть выполнен в двух исполнениях. Первое - когда все три ряда тел качения несут радиальную нагрузку. Второе - когда средний ряд тел качения не несет радиальной нагрузки, а выполняет роль вибратора в целях повышения частоты вращения двух крайних рядов тел качения подшипника. В этом случае - по второму варианту - тела качения выполняют с большим радиальным зазором (ролики среднего ряда), а меньшие ступени роликов выполняют с отверстием, последние выполняют смещенными относительно центра вращения, а шаги размещения тел качения 6, 7 в сепараторе 8 располагают, например, с логарифмическим рядом или с рядом арифметической или геометрической прогрессии. Данное исполнение значительно увеличивают гармонику частот колебаний.

Подшипник качения на фиг.2 разработан в целях повышения частоты вращения, чем в предыдущем подшипнике качения, для чего массы тел качения 2 и 6 снижены за счет центральных отверстий.

Подшипник качения на фиг.2 работает аналогично подшипнику на фиг.1.

Снижение массы тел качения в подшипнике качения снижает величину центробежных сил.

Следует отметить, что по условию сборки ведут расчет жесткого (монолитного) двухступенчатого ролика, а диаметры колец D_wm2 и D_wm4 являются расчетными, после чего намечают величину толщины колец большей ступени ролика, а наружные диаметры увеличивают. Данное исполнение больших ступеней 3 и 7 в контакте с дорожками качения наружного кольца 1 снижает величину упругого гистерезиса.

Предложенный подшипник качения предназначен, например, для шпинделей металлорежущих и шлифовальных станков.

В целом, предложенный подшипник обеспечивает:

- более высокую частоту вращения, например, от 3000 до 150000 мин^-1,

- более высокую стабильность зазоров и повышенную центровку вала,

- снижение величины упругого гистерезиса,

- снижение расхода смазки, за счет отсутствия трения скольжения по дорожкам качения,

- снижение шума, например, от 20 до 80 Дб,

- снижение момента трения и коэффициента трения,

- в целом, увеличение долговечности подшипника, например, от 5 до 10 лет, при сохранении пленки смазки на телах качения.

Для предложенного подшипника качения неважно, какое кольцо подшипника закреплено - наружное или внутренне, не важно и какое кольцо вращается - внутренне или наружное или оба сразу. При вращении обоих колец подшипника в разные стороны, но с одинаковой частотой вращения наступает парадокс!

Сепаратор остановлен - тела качения ролики вращаются вокруг собственной оси. Вибрация снижается за счет остановленных сепараторов в подшипнике качения.

Использование среднего ряда подшипника в качестве вибратора значительно увеличивает гармонику частот колебаний, что способствует увеличению частоты вращения, например, до 150000 мин^-1. Наличие чистого качения в подшипнике снижает и температуру нагрева, например, до +50°С.

В стандартных высокооборотных подшипниках данная величина доходила от +100°С до +300°С и выше (+700 С), когда трение покоя равно «0», а скорость посадки самолета 120 км/ч (в этом случае подшипник работает как подшипник скольжения).

Следует отметить, что тела качения - ролики среднего ряда могут быть выполнены равными по диаметрам меньших и больших ступеней роликов крайних рядов. Средний ряд при вращении вала выполняет роль вибратора за счет разности шагов и исполнения описанного выше.

Подшипник качения, содержащий внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов и установленные в гнездах сепаратора, при этом тела качения - ролики - выполнены двухступенчатыми, большая ступень, имеющая один участок, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца подшипника, а меньшая ступень, выполненная с двумя участками, контактирует только с дорожкой качения его внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения, при этом должно выполняться условие сборки подшипника:

где d_1m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника;

D_wm1 - диаметр меньшей ступени ролика;

D_1m - диаметр дорожки качения наружного кольца подшипника;

D_wm2 - диаметр большей ступени ролика,

по меньшей мере, одна дорожка качения внутреннего кольца подшипника выполнена с, по меньшей мере, одной проточкой для образования зазора с большей ступенью ролика, при этом большая ступень тела качения - ролика - выполнена сферической или бочкообразной, а дорожка качения наружного кольца подшипника выполнена сферической, а тело качения - ролик - состоит из одноступенчатого цилиндрического ролика, выполненного по диаметру меньшей ступени ролика, большая ступень ролика выполнена в виде кольца, а подшипник качения - трехрядного типа, при этом тела качения - ролики меньшей ступени - выполнены с кольцевой проточкой, в которой располагается большая ступень ролика, отличающийся тем, что тела качения среднего ряда при вращении имеют частоту колебаний, отличную от частоты колебаний тел качения крайних рядов и выполняют роль вибратора.