Подшипник качения
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном, автомобильном и других видах двигателестроения, в которых применяются высокоскоростные и высоконагруженные подшипники качения. Подшипник качения содержит наружную и внутреннюю обоймы, сепаратор и тела качения, при этом наружный и внутренний диаметры сепаратора, его длина, масса, частота вращения, модуль сдвига материала, из которого изготовлен сепаратор, и количество тел качения выбраны в соответствии с отношением: где π=3,14; G - модуль сдвига материала сепаратора; dн - наружный диаметр сепаратора; dв - внутренний диаметр сепаратора; l - длина сепаратора; m - масса сепаратора; ωс - частота вращения сепаратора; z - количество тел качения в подшипнике. Технический результат - повышение долговечности и надежности подшипника качения за счет исключения работы сепаратора в резонансном режиме в диапазоне рабочих частот вращения подшипника качения.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном, автомобильном и других видах двигателестроения, в которых применяются высокоскоростные и высоконагруженные подшипники качения.
Известны шариковые и роликовые подшипника качения, состоящие из наружной и внутренней обойм, сепаратора и тел качения (Подшипники качения. Справочное пособие под редакцией Спицина Н.А. и Стришевского А.И. М.: Машиностроение, 1961).
Известно, что в нагруженной зоне подшипника качения происходит раскрутка тела качения, а при входе в ненагруженную зону происходит замедление вращения тела качения. При раскрутке тело качения ударяется о поверхность передней перегородки сепаратора, стремясь ускорить его частоту вращения, а при замедлении вращения тела качения задняя поверхность перегородки сепаратора ударяется о тело качения, ускоряя его движение. Таким образом, в процессе работы подшипника качения имеет место неравномерное (колебательное) вращение сепаратора вокруг оси подшипника с частотой колебаний, равной произведению частоты вращения на количество тел качения.
Аналитическим исследованием влияния ударного воздействия тел качения на динамику сепаратора установлено, что при гармонически изменяющейся возмущающей силе упругий сепаратор, без учета упругости других деталей подшипника качения, только тогда будет работать без резонанса, когда жесткость сепаратора будет удовлетворять следующему неравенству
где Сφ - жесткость сепаратора; Jc - момент инерции сепаратора; ω - круговая частота возмущающей силы, равная произведению частоты вращения сепаратора на количество тел качения.
Выразив Сφ через податливость сепаратора, a Jc через его параметры (Справочник машиностроителя под редакцией Соренсена С.В. М.: Машгиз, 1963), получим
где π=3,14; G - модуль сдвига материала сепаратора; dн-наружный диаметр сепаратора; dн - внутренний диаметр сепаратора; l - длина сепаратора; m - масса сепаратора; ωc - частота вращения сепаратора; z - количество тел качения подшипников.
Двигатели различных типов работают, как правило, в широком диапазоне частот вращения, на которых недопустима работа сепаратора подшипника качения в резонансном режиме. При работе сепаратора в режиме резонанса значительно ухудшаются условия работы всех деталей подшипника качения, что существенно снижает их долговечность, а в отдельных случаях приводит к усталостным разрушениям сепаратора и тел качения, сопровождающимся тяжелыми последствиями. Техническое состояние перегородок гнезд сепараторов подшипников качения авиационных двигателей, отработавших в эксплуатации, подтверждает работу сепаратора в резонансном режиме.
Недостатком известного подшипника качения является неоптимальный выбор наружного и внутреннего диаметров сепаратора, его массы, частоты вращения, модуля сдвига материала, из которого изготовлен сепаратор, и количества тел качения, в результате чего на отдельных частотах вращения сепаратора имеет место его работа в резонансном режиме.
Задачей настоящего изобретения является повышение долговечности подшипника качения путем исключения работы сепаратора в резонансном режиме в диапазоне рабочих частот вращения подшипника качения.
Поставленная задача достигается тем, что наружный и внутренний диаметры сепаратора, его длина, масса, частота вращения, модуль сдвига материала, из которого изготовлен сепаратор, и количество тел качения выбраны в соответствии с соотношением
,
где π=3,14; G - модуль сдвига материала сепаратора; dн - наружный диаметр сепаратора; dв - внутренний диаметр сепаратора; l - длина сепаратора; m - масса сепаратора; ωc - частота вращения сепаратора; z - количество тел качения подшипников.
При несоблюдении параметров сепаратора предложенному соотношению сепаратор может на отдельных режимах работать в резонансном режиме, при котором значительно ухудшаются условия работы деталей подшипника качения, что снижает его долговечность, а в отдельных случаях приводит к усталостным разрушениям сепаратора и тел качения, сопровождающимся тяжелыми последствиями.
Таким образом, изготовление подшипника качения в соответствии с предложенным соотношением исключит работу сепаратора в резонансном режиме во всем диапазоне работы подшипника качения, что обеспечит повышение его долговечности.
Использование предложенного технического решения позволит существенно увеличить ресурс и надежность высокоскоростных и высоконагруженных подшипников качения, снизить досрочный съем с эксплуатации и внеплановый капитальный ремонт дорогостоящих авиационных и автомобильных двигателей, на которые устанавливаются подшипники качения, что обеспечит экономию финансовых и материальных средств.
Подшипник качения, содержащий наружную и внутреннюю обоймы, сепаратор и тела качения, отличающийся тем, что наружный и внутренний диаметры сепаратора, его длина, масса, частота вращения, модуль сдвига материала, из которого изготовлен сепаратор, и количество тел качения выбраны в соответствии с соотношением:
,
где π=3,14; G - модуль сдвига материала сепаратора; dн - наружный диаметр сепаратора; dв - внутренний диаметр сепаратора; l - длина сепаратора; m - масса сепаратора; ωс - частота вращения сепаратора; z - количество тел качения в подшипнике.
