Роликовый подшипник качения

Изобретение относится к области машиностроения, конкретно к подшипникам качения. Наиболее эффективно применение разработанного подшипника в качестве игольчатого роликоподшипника. Роликовый подшипник качения содержит внутреннее кольцо (1) с дорожкой качения (3) и наружное кольцо (9) с дорожкой качения (11), имеющие единую продольную ось (6, 12), и ряд цилиндрических роликов (7) между дорожками качения (3, 11). Дорожка качения (3) внутреннего кольца (1) и дорожка качения (11) наружного кольца (9) оппозитны друг другу и выполнены в виде поверхности однополостного гиперболоида. Дорожка качения (3) внутреннего кольца (1) и дорожка качения (11) наружного кольца (9) эквидистантны на всей ширине указанных колец (1, 9), при этом центр подшипника расположен на плоскости, делящей ширину подшипника пополам. Технический результат: обеспечение восприятия осевой нагрузки катящей поверхностью цилиндрических роликов, устранение переменной жесткости подшипника по углу поворота и обусловленная ею вибрация. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения.

Подшипники поддерживают вращающиеся валы и оси в пространстве, воспринимают при этом действующие на них нагрузки.

Подшипники делятся на подшипники скольжения и качения. В подшипниках качения в качестве элементов качения используют шарики или ролики. Соответственно подшипники качения делятся на шариковые и роликовые.

Роликовые подшипники качения применяют при необходимости восприятия существенно больших радиальных нагрузок в сравнении с шариковыми подшипниками.

Ниже при анализе известных роликовых подшипников качения использован учебник Д.Н. Решетова «Детали машин» [Издание третье. М., «Машиностроение», 1974 год].

Известен радиальный двухрядный сферический подшипник качения (см., например, рис. 248, е указанного источника). Подшипник обеспечивает восприятие больших радиальных нагрузок при возможности перекосов колец до 2-3°.

Основными недостатками известного подшипника являются сложность его изготовления и ограниченные возможности восприятия осевых нагрузок.

Известен радиально-упорный конический подшипник качения (см., например, рис. 248, ж указанного источника). Подшипник обеспечивает восприятие существенных радиальных и осевых нагрузок.

Основными недостатками известного подшипника являются восприятие односторонней осевой нагрузки и развитый диаметральный размер. Для восприятия двухсторонней осевой нагрузки необходимо применение двухрядного подшипника. К тому же подшипник не применим в качестве игольчатых роликоподшипников.

Известен роликовый подшипник качения, содержащий внутреннее кольцо и наружное кольцо, каждое с дорожкой качения, и расположенные между дорожками качения тела качения в виде цилиндрических роликов (см., например, рис.248, а-д и 249, а указанного источника). Подшипник может быть с короткими (рис. 248, а-в) роликами, длинными роликами (рис. 248, г), двухрядным (см. рис. 248, г) и с игольчатыми роликами (см. рис. 249, а).

По совокупности существенных признаков указанный роликовый подшипник качения принят в качестве прототипа.

Известному подшипнику присущи существенные недостатки. Во-первых, относительно низкие возможности известного подшипника воспринимать осевые нагрузки, так как эти нагрузки воспринимаются и передаются торцевой частью цилиндрических роликов, а не их катящей поверхностью. Во-вторых, из-за переменной жесткости подшипника по углу поворота подшипника имеет место вибрация. В-третьих, роликовый подшипник с игольчатыми роликами не воспринимает осевых нагрузок.

Предлагаемый роликовый подшипник качения свободен от указанных недостатков известного роликового подшипника. В конструкции подшипника, в том числе игольчатого роликоподшипника, обеспечено восприятие осевой нагрузки катящей поверхностью цилиндрических роликов. К тому же устранена переменная жесткость подшипника по углу поворота и обусловленная ею вибрация.

Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в известном роликовом подшипнике качения, содержащем внутреннее кольцо и наружное кольцо, каждое с дорожкой качения, и расположенные между дорожками качения тела качения в виде цилиндрических роликов, согласно изобретению поверхность дорожки качения одного из колец выполнена в виде поверхности однополостного гиперболоида, поверхность дорожки качения противоположного кольца эквидистантна указанной поверхности однополостного гиперболоида, при этом прямолинейные образующие указанных поверхностей дорожек качения и оси контактирующих с ними цилиндрических роликов параллельны и расположены в одной плоскости. При этом поверхность дорожки качения внутреннего кольца выполнена в виде поверхности однополостного гиперболоида. Поверхность дорожки качения наружного кольца выполнена в виде поверхности однополостного гиперболоида.

Кроме того, подшипник содержит два ряда цилиндрических роликов, при этом ролики одного ряда контактируют с одним семейством прямолинейных образующих поверхностей дорожек качения внутреннего и наружного колец подшипника, а ролики другого ряда - с другим семейством прямолинейных образующих указанных поверхностей дорожек качения. Причем из двух углов между продольными осями одного и другого ряда цилиндрических роликов меньший угол обращен к стороне поверхности дорожки качения кольца, входящей при нереверсивной работе подшипника в контакт с роликами.

Предложенный роликовый подшипник качения проиллюстрирован на фиг. 1-10. На фиг. 1 показано внутреннее кольцо подшипника с поверхностью дорожки качения в виде поверхности однополостного гиперболоида; на фиг. 2 - тело качения в виде цилиндрического ролика; на фиг. 3 - наружное кольцо подшипника с поверхностью дорожки качения, эквидистантной поверхности дорожки качения на фиг. 1; на фиг. 4 на примере одного цилиндрического ролика показано однорядное расположение роликов относительно оси и поверхности внутреннего кольца подшипника на фиг. 1; на фиг. 5 на примере двух цилиндрических роликов показано их расположение относительно оси и поверхности внутреннего кольца двухрядного подшипника; на фиг. 6 показано сечение А-А на фиг. 4, отражающее контакт прямолинейных образующих поверхностей качения внутреннего и наружного колец подшипника с цилиндрическим роликом; на фиг. 7 приведен продольный разрез однорядного подшипника качения; на фиг. 8 - продольный разрез другого варианта исполнения однорядного подшипника; и на фиг. 9 и 10 - внутреннее (фиг. 9) и наружное (фиг. 10) кольца подшипника на фиг. 8.

Внутреннее кольцо подшипника приведено на фиг. 1. Кольцо имеет ширину Η и диаметр Д_в поперечного сечения по середине высоты кольца. Тело кольца 1 выполнено с внутренним посадочным отверстием 2 для установки подшипника на вал. Отверстие 2 выполнено цилиндрическим (или коническим с общепринятым уклоном 1:12). Наружная поверхность 3 кольца 1 выполнена в виде однополостного гиперболоида, имеющего две прямолинейные образующие 4 и 5. Поверхность 3 является дорожкой качения на внутреннем кольце подшипника. Прямая линия 6 является осью внутреннего кольца 1.

Тела качения подшипника выполнены в виде цилиндрических роликов 7, имеющих диаметр d, длину l и ось 8 (фиг. 2).

Наружное кольцо подшипника приведено на фиг. 3. Оно содержит тело кольца 9 шириной Η с цилиндрической наружной поверхностью диаметром D_п и с внутренней поверхностью 10. Внутренняя поверхность 10 наружного кольца эквидистантна наружной поверхности 3 внутреннего кольца на фиг. 1, т.е. в любом продольном сечении вдоль ширины Η наружного кольца кривая 11 повторяет (равноудалена) изменение поверхности 3 на фиг. 1 однополостного гиперболоида. На всей ширине Η внутреннего (фиг. 1) и наружного (фиг. 3) колец подшипника при полном совпадении продольных осей 6 и 12 этих колец соответственно расстояние между поверхностями 3 и 10 в середине по ширине Η равно диаметру d цилиндрического ролика 7 и таким образом Д_н=Д_в+2d. Условие эквидистантности (равноудаленности) поверхностей 3 и 10 означает, что поверхность 10 имеет две прямолинейные образующие 13 и 14, расположенные в пространстве относительно оси 12 наружного кольца так же, как прямолинейные образующие 4 и 5 на фиг. 1 относительно продольной оси 6 внутреннего кольца. Поверхность 10 является дорожкой качения на наружном кольце подшипника.

Подшипник может быть однорядным и двухрядным.

Свойство однополостного гиперболоида иметь два семейства прямолинейных образующих (4 и 5 на фиг. 1 для внутреннего кольца и 13 и 14 для наружного кольца подшипника) позволяет располагать ролики 7 относительно внутреннего кольца для однорядного подшипника так, как показано сплошными линиями на фиг. 4, или так, как показано на этой же фиг. 4 пунктирными линиями. Для двухрядного подшипника - так, как показано сплошными линиями на фиг. 5, или так, как показано на этой же фиг. 5 пунктирными линиями. Согласно фиг. 5 в двухрядном роликовом подшипнике качения цилиндрические ролики одного ряда контактируют с одним семейством прямолинейных образующих поверхностей дорожек качения внутреннего и наружного колец подшипника, а цилиндрические ролики второго ряда - с другим семейством прямолинейных образующих указанных поверхностей дорожек качения. Таким образом, между продольными осями цилиндрических роликов имеет место больший и меньший угол скрещивания осей (см. фиг. 5, согласно которой сумма большего и меньшего углов между продольными осями роликов равна 180°).

Для нереверсивно работающих роликовых подшипников качения меньший угол скрещивания продольных осей роликов располагают на стороне поверхности дорожки качения внутреннего кольца, входящей в контакт с роликом. Отмеченным обеспечивают действие на ролики осевых усилий, исключающих осевое смещение роликов из пределов контакта с дорожкой качения.

В конструкции двухрядного роликового подшипника качения возможно применение известных технических решений с разъемным посередине ширины Η наружным или внутренним кольцом.

Кроме того, в конструкции двухрядного роликового подшипника качения посередине дорожки качения одного из колец подшипника может быть выполнен кольцевой выступ, исключающий контакт друг с другом торцов роликов разного ряда из-за их возможного осевого смещения. Высота этого выступа не превышает половины радиуса цилиндрического ролика.

Отметим, что для однорядного (фиг. 4) и двухрядного (фиг. 5) подшипника могут быть использованы одни и те же наружные (1) и внутренние (9) кольца.

В сечении А-А (на фиг. 4), приведенном на фиг. 6, видно, что при описанном расположении внутреннего кольца 1, наружного кольца 9 и цилиндрических роликов 7 прямолинейные образующие 4 (5) поверхности 3 внутреннего кольца, прямолинейные образующие 13 (14) поверхности 10 наружного кольца и оси 8 контактирующих с ними цилиндрических роликов 7 параллельны и расположены в одной плоскости.

В собранном состоянии разработанного роликового подшипника качения взаимное расположение внутреннего кольца 1 с дорожкой качения 3, наружного кольца 9 с дорожкой качения 11 и цилиндрических роликов 7 приведено на фиг. 7. Подшипник имеет посадочное отверстие 2 на вал (или на ось) диаметром D, наружный диаметр D_п и ширину Н.

Исполнение предложенного роликового подшипника качения согласно фиг. 1-7 не исключает его исполнения согласно фиг. 8-10.

Сущность второго варианта исполнения предложенного роликового подшипника качения состоит в применении наружного кольца 9 (фиг. 10) с дорожкой качения 11 с поверхностью в виде однополостного гиперболоида, а внутреннего кольца 1 (фиг. 10) - с дорожкой качения 3, поверхность которой эквидистантна поверхности дорожки качения 11 указанного исполнения наружного кольца 9.

В собранном виде второй вариант исполнения предложенного подшипника приведен на фиг. 8. Применение этого варианта исполнения роликового подшипника качения предпочтительно в случаях принудительного вращения наружного кольца 9 подшипника при стационарном положении внутреннего кольца 1 подшипника.

Составной частью подшипника в обоих вариантах его исполнения могут быть сепараторы. В представленном описании подшипника они не рассмотрены, так как не меняют основные положения конструктивного исполнения подшипника.

Предложенный роликовый подшипник качения обеспечивает восприятие больших радиальных нагрузок с осевой фиксацией колец в двух направлениях. Наиболее эффективно применение разработанного подшипника в качестве игольчатого роликоподшипника.

1. Роликовый подшипник качения, содержащий внутреннее кольцо с дорожкой качения и наружное кольцо с дорожкой качения, имеющие единую продольную ось, и ряд цилиндрических роликов между дорожками качения, при этом дорожка качения внутреннего кольца и дорожка качения наружного кольца оппозитны друг другу и выполнены в виде поверхности однополостного гиперболоида, отличающийся тем, что дорожка качения внутреннего кольца и дорожка качения наружного кольца эквидистантны на всей ширине указанных колец, при этом центр подшипника расположен на плоскости, делящей ширину подшипника пополам.

2. Роликовый подшипник качения по п. 1, отличающийся тем, что содержит два ряда цилиндрических роликов, при этом ролики одного ряда контактируют с одним семейством прямолинейных образующих поверхностей дорожек качения внутреннего и наружного колец подшипника, а ролики другого ряда - с другим семейством прямолинейных образующих указанных поверхностей дорожек качения.

3. Роликовый подшипник качения по п. 2, отличающийся тем, что из двух углов между продольными осями одного и другого ряда цилиндрических роликов меньший угол обращен к стороне поверхности дорожки качения кольца, входящей при нереверсивной работе подшипника в контакт с роликами.