RU2135851C1

RU2135851C1 - Antifriction radial roller gageless bearing

Info

Publication number: RU2135851C1
Application number: RU97117677A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Филонов; В.Л. Юрьева; Г.А. Матвеев
Original assignee: Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева; Филонов Николай Васильевич
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: bearing may be used in bearing assemblies characterized by higher requirements for its lifting capacity. Enhanced lifting capacity is obtained due to increasing the number of rollers in absence of cage. Function of cage in bearing is carried out by straight involute toothed wheels positioned in plane of race beads. Inner and outer races of bearing consist of rings themselves 1, 2 and pairs of gears 5, 6 and 7, 8 jointed to them by means of pins 4. Rollers include rollers themselves 3 and pair of gears 9, 10 which are set with interference fit on slotted tailpieces of rollers 3 with subsequent center-punching. Gears 5, 6, 7, 8 may be cut directly on bearing race beads, and gears 9, 10 on end sections of rollers specially extended for the purpose. In this case number of rollers in bearing is reduced. EFFECT: enhanced reliability. 6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подшипниковых узлах, отличающихся особо высокими радиальными нагрузками, а также внецентренным вращением. The invention relates to mechanical engineering and can be used in bearing units characterized by particularly high radial loads, as well as eccentric rotation.

Известен подшипник качения радиальный роликовый стандартный с цельным сепаратором (Подшипники качения: Справочник-каталог/ Под ред. В.Н.Нарышкина и Р.В.Корасташевского. -М.: Машиностроение, 1984, 8-9). Known roller bearing standard radial roller with an integral separator (Rolling bearings: Directory / Edited by V.N. Naryshkin and R.V. Korastashevsky. -M.: Engineering, 1984, 8-9).

Недостатком такой конструкции является наличие сепаратора, не позволяющего из-за перемычек увеличить число роликов до геометрически максимально возможного и использовать роликоподшипник при внецентренном высокоскоростном вращении, например, в сателлитах планетарных авиационных редукторов. The disadvantage of this design is the presence of a separator that does not allow, due to jumpers, to increase the number of rollers to the geometrically maximum possible and use a roller bearing for eccentric high-speed rotation, for example, in planetary gear planetary gear satellites.

Известен подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный стандартный игольчатый (Подшипники качения: Справочник-каталог/ Под ред. В.Н.Нарышкина и Р.В.Корасташевского.-М.: Машиностроение, 1984, 10-11). Known roller bearing radial roller full complement standard needle (Rolling bearings: Directory-catalog / Edited by V.N. Naryshkin and R.V. Korastashevsky.-M .: Mechanical engineering, 1984, 10-11).

Недостатком этой конструкции подшипника является невозможность использования его при высоких скоростях вращения внутреннего или наружного колец, а также при внецентренном высокоскоростном вращении. The disadvantage of this bearing design is the inability to use it at high speeds of rotation of the inner or outer rings, as well as eccentric high-speed rotation.

Известен подшипник качения радиальный, содержащий индивидуальные дистанционные элементы, вставленные между соседними элементами качения (роликами) (Патент Германии N 4236847. Радиальный подшипник качения. 5 F 16 C 19/40. "Узлы и детали машин", вып.69, N 20, 1995). Known radial rolling bearing containing individual spaced elements inserted between adjacent rolling elements (rollers) (German Patent N 4236847. Radial rolling bearing. 5 F 16 C 19/40. "Units and machine parts", issue 69, N 20, 1995).

Недостатком такого подшипника является также невозможность использования его при внецентренном высокоскоростном вращении. The disadvantage of this bearing is also the inability to use it in an eccentric high-speed rotation.

Известен подшипник качения роликовый, содержащий составленные из сегментов наружное и внутреннее кольца и размещенные между ними ролики, на рабочих поверхностях колец и роликов выполнены профильные выступы и впадины. Контур профилей выступов и впадин выполнен в виде сопряженных между собой дуг окружностей (Патент России N 2008536. Роликовый подшипник. F 16 C 19/22, F 16 C 33/58, 1994). A roller bearing is known, comprising outer and inner rings made up of segments and rollers placed between them, profile protrusions and depressions are made on the working surfaces of the rings and rollers. The contour of the profiles of the protrusions and troughs is made in the form of arcs conjugated between each other (Russian Patent N 2008536. Roller bearing. F 16 C 19/22, F 16 C 33/58, 1994).

Недостатком данной конструкции подшипника является невозможность эксплуатации на высоких скоростях вращения и при внецентренном вращении вследствие сегментной конструкции его колец, а также сложность технологических операций при изготовлении подшипника. The disadvantage of this bearing design is the impossibility of operation at high speeds of rotation and eccentric rotation due to the segmented design of its rings, as well as the complexity of the technological operations in the manufacture of the bearing.

Для сравнительного анализа с предлагаемым техническим решением принят известный подшипник качения роликовый, содержащий наружное и внутреннее кольца и тела качения, имеющие рабочие поверхности с дискретными винтовыми рабочими и нерабочими участками (А.С. SU N 1153131, F 16 C 19/22). For a comparative analysis with the proposed technical solution, a well-known roller bearing is adopted, containing outer and inner rings and rolling bodies having working surfaces with discrete screw working and non-working sections (A.S. SU N 1153131, F 16 C 19/22).

Недостатком этой конструкции подшипника является нетехнологичность изготовления винтовых рабочих и нерабочих поверхностей, а также возникающая осевая составляющая силы в контакте роликов и колец, увеличивающая потери на трение в подшипнике. В результате этого, несмотря на заявленную высокую грузоподъемность, добиться значительной долговечности подшипника не представляется возможным. The disadvantage of this bearing design is the low-tech manufacturing of screw working and non-working surfaces, as well as the resulting axial component of the force in the contact of the rollers and rings, increasing friction losses in the bearing. As a result of this, despite the claimed high load capacity, it is not possible to achieve significant bearing life.

Изобретение решает задачу создания бессепараторного высокотехнологичного роликового подшипника с повышенной грузоподъемностью, предназначенного для использования в машиностроении, в подшипниковых узлах, отличающихся сложным нагружением, возникающим при внецентренном вращении подшипника, например, в сателлитах планетарных редукторов. The invention solves the problem of creating a high-tech non-separating roller bearing with increased load capacity, intended for use in mechanical engineering, in bearing assemblies characterized by complex loading arising from eccentric rotation of the bearing, for example, in planetary gear satellites.

Поставленная задача достигается тем, что в подшипнике качения радиальном, роликовом, бессепараторном на буртах колец и торцевых участках удлиненных роликов нарезаны прямозубые эвольвентные зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении друг с другом, выполняющие функцию сепаратора и имеющие диаметры начальных окружностей, равные соответственно диаметрам беговых дорожек колец и роликов; при этом в торцевых сечениях подшипника образуются планетарные зубчатые механизмы, которые должны быть зеркальным отображением друг друга, иметь числа зубьев, удовлетворяющие условиям сборки и соосности
C = (Z₁ + Z₃)/Z;
Z₁ + 2Z₂ = Z₃
где Z₁, Z₃ - числа зубьев колес, нарезанных соответственно на буртах внутреннего и наружного колец подшипника; Z₂ - число зубьев колес, нарезанных на роликах; Z - число роликов; C - любое целое число, а боковой зазор в зацеплении b_n>δsinα_w, где δ - сближение колец и роликов при действии радиальной нагрузки на подшипник; α_w - угол зацепления.The problem is achieved in that in the radial, roller, and non-separating bearings on the collars of the rings and the end sections of the elongated rollers, spur involute gear wheels are engaged that are engaged with each other, acting as a cage and having diameters of the initial circles equal to the diameters of the racetracks of the rings and rollers; at the same time, planetary gear mechanisms are formed in the end sections of the bearing, which should be a mirror image of each other, have a number of teeth that satisfy the conditions of assembly and alignment
C = (Z ₁ + Z ₃ ) / Z;
Z ₁ + 2Z ₂ = Z ₃
where Z ₁ , Z ₃ - the number of teeth of the wheels, cut respectively on the shoulders of the inner and outer rings of the bearing; Z ₂ - the number of teeth of the wheels cut on rollers; Z is the number of rollers; C is any integer, and the lateral clearance in the engagement is b _n > δsinα _w , where δ is the approach of the rings and rollers under the action of a radial load on the bearing; α _w is the angle of engagement.

Равенство названных диаметров необходимо, чтобы исключить проскальзывание роликов на беговых дорожках колец. Зеркальное расположение зубьев и впадин обоих планетарных зубчатых механизмов не допускает возникновения возможного перекоса роликов и упрощает сборку подшипника. Число C должно быть целым, чтобы избежать интерференции зубьев при сборке и обеспечить равенство центральных углов между роликами после сборки подшипника. Чтобы выполнялось условие соосности числа зубьев Z₁ и Z₃ должны быть либо оба четными, либо оба нечетными. Указанная величина бокового зазора b_n исключает силовое касание зубьев при действии радиальной нагрузки на подшипник.Equality of the named diameters is necessary in order to prevent slipping of the rollers on the racetracks of the rings. The mirror arrangement of the teeth and troughs of both planetary gear mechanisms prevents the possible skew of the rollers and simplifies the assembly of the bearing. The number C must be integer to avoid tooth interference during assembly and to ensure equal central angles between the rollers after assembly of the bearing. To satisfy the alignment condition, the number of teeth Z ₁ and Z ₃ must be either both even or both odd. The specified value of the lateral clearance b _n eliminates the force contact of the teeth under the action of radial load on the bearing.

В подшипнике внутреннее кольцо может быть составным, включающим собственно кольцо и жестко пристыкованные к нему на месте буртов кольца-шестерни. Наружное кольцо и ролики цельные. In the bearing, the inner ring can be composite, including the ring itself and gear rings rigidly joined to it at the place of the collars. The outer ring and rollers are solid.

В предлагаемом подшипнике наружное кольцо может быть составным, содержащим собственно кольцо и жестко пристыкованные к нему на месте буртов кольца-шестерни. Внутреннее кольцо и ролики цельные. In the proposed bearing, the outer ring may be composite, containing the actual ring and rigidly attached to it in place of the collars of the gear ring. The inner ring and rollers are solid.

В подшипнике ролики могут быть изготовлены составными, состоящими из собственно роликов со шлицевыми хвостовиками и жестко посаженных на хвостовики зубчатых колес. In the bearing, the rollers can be made integral, consisting of the actual rollers with splined shanks and gears rigidly mounted on the shanks.

Конструкция предлагаемого подшипника может иметь составные внутреннее кольцо, наружное кольцо и ролики в попарном сочетании или все элементы качения составные. The design of the proposed bearing may have a compound inner ring, an outer ring and rollers in pairs, or all rolling elements are composite.

Предлагаемый подшипник с составными кольцами и роликами может содержать максимально возможное число роликов, определяемое из соотношений:
Z_max≤ 360^°/φ_min,
φ_min= 2arcsin[(d_a2+Δ_min)/D_ρw],
где Z_max - максимальное число роликов; φ_min - минимальный центральный угол между роликами; d_a2 - диаметр окружности вершин зубчатых колес роликов; Δ_min - минимальное расстояние между окружностями вершин зубьев колес роликов, исключающее касание зубьев двух соседних роликов в процессе работы подшипника; D_ρw - диаметр окружности центров роликов.The proposed bearing with composite rings and rollers may contain the maximum possible number of rollers, determined from the ratios:
Z _max ≤ 360 ^° / φ _min ,
φ _min = 2arcsin [(d _a2 + Δ _min ) / D _ρw ],
where Z _max is the maximum number of rollers; φ _min is the minimum central angle between the rollers; d _a2 is the diameter of the circumference of the tops of the gears of the rollers; Δ _min - the minimum distance between the circumferences of the tops of the teeth of the wheels of the rollers, excluding the contact of the teeth of two adjacent rollers during operation of the bearing; D _ρw is the diameter of the circle of the centers of the rollers.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6. The invention is illustrated in figure 1, 2, 3, 4, 5, 6.

На фиг. 1 показана конструкция подшипника качения, состоящего из внутреннего кольца 1, наружного 2 и тел качения - роликов 3. На буртах колец и концевых участках роликов нарезаны эвольвентные прямозубые зубчатые колеса, образуя в торцевых сечениях подшипника подобие планетарных механизмов. Сборка подшипника такой конструкции производится в следующей последовательности: в наружное кольцо 2, лежащее на плоскости, вкладывается внутреннее кольцо 1, сдвигается до касания к наружному кольцу 2; в образовавшееся серпообразное пространство устанавливаются ролики 3 с максимальным заполнением, но без зацепления друг с другом; затем, вращая внутреннее кольцо 1 вокруг его оси, рассредоточивают ролики по окружности, приводя подшипник в собранное состояние. In FIG. Figure 1 shows the design of a rolling bearing, consisting of an inner ring 1, an outer 2 and rolling elements - rollers 3. On the collars of the rings and the end sections of the rollers, involute spur gears are cut, forming in the end sections of the bearing a kind of planetary mechanisms. The assembly of the bearing of this design is carried out in the following sequence: the inner ring 1 is inserted into the outer ring 2 lying on the plane, and is shifted to touch the outer ring 2; in the formed sickle-shaped space, rollers 3 are installed with a maximum filling, but without engagement with each other; then, rotating the inner ring 1 around its axis, disperse the rollers around the circumference, bringing the bearing into the assembled state.

На фиг. 2 показана конструкция подшипника, содержащего составное внутреннее кольцо. К собственно внутреннему кольцу 1 пристыковываются на штифтах 4 колеса-шестерни 5, 6. Сборка производится аналогично предыдущей конструкции с той лишь разницей, что последним этапом является пристыковка к внутреннему собственно кольцу 1 колес-шестерен 5, 6. В данной конструкции возможно большее число роликов, чем в предыдущей. In FIG. 2 shows the construction of a bearing comprising a composite inner ring. The gear wheels 5, 6 are attached to the inner ring 1 on the pins 4. The assembly is carried out similarly to the previous design, with the only difference being that the last step is to dock the gear wheels 5, 6 to the inner ring 1 proper. In this design, a larger number of rollers is possible than in the previous one.

На фиг. 3 приведена конструкция подшипника, содержащего составное наружное кольцо, состоящее собственно из кольца 2 и пристыкованных на штифтах 4 колес-шестерен 7, 8. Сборка - аналогично конструкции подшипника с составным внутренним кольцом. In FIG. Figure 3 shows the design of a bearing containing a composite outer ring, consisting essentially of ring 2 and gear wheels 7, 8 docked on pins 4. Assembly is similar to the design of a bearing with a composite inner ring.

На фиг. 4 изображена конструкция подшипника, содержащего составные ролики, включающие в себя собственно ролики 3 и посаженные с натягом на их шлицевые хвостовики зубчатые колеса 9, 10. Сборка подшипника аналогична сборке конструкции подшипника с цельными кольцами. Последним этапом этой сборки является посадка колес 9, 10 на хвостовики собственно роликов 3 и кернение их. Данная конструкция допускает большее по сравнению с предыдущими число роликов в подшипнике. In FIG. 4 shows the design of the bearing containing the composite rollers, including the rollers 3 themselves and the gears 9, 10 fitted with an interference fit on their spline shanks. The assembly of the bearing is similar to the assembly of the bearing design with integral rings. The last stage of this assembly is the landing of the wheels 9, 10 on the shanks of the actual rollers 3 and their punching. This design allows a larger than the previous number of rollers in the bearing.

На фиг. 5 показана конструкция подшипника качения, содержащего сборные внутреннее, наружное кольца и ролики. Внутреннее и наружное кольца состоят из собственно колец 1, 2 и пар зубчатых колес 5, 6 и 7, 8, пристыкованных к ним посредством штифтов 4. Ролики включают в себя собственно ролики 3 и пару зубчатых колес 9, 10, посаженных с натягом на шлицевые хвостовики собственно роликов 3. Сборка такого подшипника производится так. Между основными кольцами внутреннего 1 и наружного 2 колец подшипника устанавливаются собственно ролики 4. Затем напрессовываются на хвостовики зубчатые колеса 9, 10 и присоединяются на штифтах 4 колеса 5, 6 и 7, 8 соответственно к внутреннему 1 и наружному 2 собственно кольцам. In FIG. 5 shows the design of a rolling bearing comprising prefabricated inner, outer rings and rollers. The inner and outer rings consist of the actual rings 1, 2 and pairs of gears 5, 6 and 7, 8, docked to them by pins 4. The rollers include the actual rollers 3 and a pair of gears 9, 10, tightened onto the splined shanks of the actual rollers 3. The assembly of such a bearing is carried out as follows. The main rollers 4 are installed between the main rings of the inner 1 and outer 2 rings of the bearing. Then the gear wheels 9, 10 are pressed onto the shanks and the wheels 5, 6 and 7, 8 are attached to the pins 4, respectively, to the inner 1 and outer 2 rings.

На фиг. 6 приведен фрагмент последней конструкции, допускающей максимальное число роликов в подшипнике при минимальном значении центрального угла φ_min.
Угол φ_min находится из треугольника O₁O₂O'₂. Минимальное значение этого угла ограничено минимальным расстоянием между окружностями вершин зубчатых колес роликов Δ_min. Из конструктивных соображений это расстояние следует принять
Δ_min= 3b_n/cosα_w.
Таким образом получен подшипник качения радиальный, роликовый, бессепараторный, не уступающий по технологичности стандартным, с повышенной грузоподъемностью, высокоскоростной, включая внецентренное вращение.In FIG. Figure 6 shows a fragment of the latest design that allows the maximum number of rollers in the bearing with a minimum central angle φ _min .
The angle φ _min is from the triangle O ₁ O ₂ O ' ₂ . The minimum value of this angle is limited by the minimum distance between the circumferences of the tops of the gears of the rollers Δ _min . For design reasons, this distance should be taken.
Δ _min = 3b _n / cosα _w .
Thus, a rolling bearing is obtained radial, roller, full complement, not inferior in manufacturability to standard, with increased carrying capacity, high-speed, including eccentric rotation.

Claims

1. The rolling bearing is a radial roller full complement, containing inner, outer rings and rollers, characterized in that involute spur gears are cut into the flange of the rings and the end sections of the elongated rollers, engaged with each other, acting as a separator and having diameters of the initial circles equal to respectively the diameters of the racetracks of the rings and rollers, while planetary gear mechanisms with a mirror image of their teeth and troughs are formed in the end sections of the bearing, the number teeth satisfying assembly conditions and alignment C = (Z ₁ + Z ₃ ) / Z, Z ₁ + 2Z ₂ = Z ₃ and a lateral clearance in gears
b _u > δ • sinα _w ,
where Z is the number of rollers;
Z ₁ , Z ₃ - the number of teeth of the wheels, cut respectively on the shoulders of the inner and outer rings of the bearing;
Z ₂ - the number of teeth of the wheels cut on rollers;
C is any integer;
δ - rapprochement of rings and rollers under the action of radial load on the bearing;
α _w is the angle of engagement.

2. The rolling bearing according to claim 1, characterized in that the inner ring of the bearing is made integral, consisting of the ring itself and two gear rings rigidly attached to it in place of the collars.

3. The rolling bearing according to claim 1, characterized in that the outer ring of the bearing is made integral, consisting of the actual ring and rigidly joined to it in place of the collars of two gear rings.

4. The rolling bearing according to claim 1, characterized in that the rollers are made integral, containing the actual rollers with shanks at the ends and gear wheels fixed to them.

5. The bearing according to claim 1, characterized in that the bearing rings and rollers are made integral, while the bearing rings contain the actual rings and gear rings, rigidly joined to the rings themselves, and the rollers - the rollers and gears themselves, rigidly mounted on the shanks actually the rollers.

6. The rolling bearing according to paragraphs. 1 and 5, characterized in that it contains the maximum possible number of rollers, determined from the ratios
Z _max ≤ 360 ^o / φ _min ;

where Z _max is the maximum number of rollers;
φ _min is the minimum central angle between the rollers;
d _a2 - the diameter of the circumference of the tops of the gears of the rollers;
Δ _min - the minimum distance between the circumferences of the tops of the teeth of the wheels of the rollers, excluding the contact of the teeth of two adjacent rollers during operation of the bearing;
D _ρw is the diameter of the circle of the centers of the rollers.