RU232837U1 - Подшипник качения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к радиально-упорным роликоподшипникам, также к осевым (упорным) подшипникам качения. Технический результат достигается при использовании подшипника качения, содержащего наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенный между ними сепаратор и установленные в нем тела качения, при этом тела качения выполнены в виде сферических роликов, на торцах роликов выполнены конусовидные выемки, сепаратор выполнен в виде соединенных между собой двух боковых колец с гнездами для сферических роликов, в боковых кольцах сепаратора в области расположения гнезд установлены координирующие центры, на конусовидных концах которых конусовидными выборками установлены ролики, причем в одном боковом кольце сепаратора координирующие центры установлены неподвижно, во втором координирующие центры подпружинены, осевые размеры конусовидных выемок на торцах роликов больше осевых размеров конусовидных концов координирующих центров, а между сепаратором и роликами со стороны подпружиненных координирующих центров установлены фрикционные пластины. Технический результат - повышение надежности подшипника качения за счет увеличения времени наступления катастрофического износа пар трения.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к радиально-упорным роликоподшипникам, также к осевым (упорным) подшипникам качения.

Известны подшипниковые узлы, собранные из подшипников качения (ГОСТ 520-2011 Подшипники качения. Общие технические условия).

Недостаток подшипникового узла в том, что критический путь трения-скольжения поверхностей шариков предложенной формы контакта по сопрягаемой координирующей их поверхности зависит от постоянности площади контакта, который в известных конструкциях подшипников узла постоянен. Недостаток обусловлен тем, что в процессе эксплуатации контакт тел качения с поверхностью сепараторов не обеспечивает минимально возможного расстояния между телами качения, вследствие чего сепаратор, занимая значительное место между дорожками лишает возможности применить большее число тел качения, что приводит к увеличению нагрузки на отдельное тело качения и, в конечном счете, к снижению эксплуатационных характеристик подшипникового узла в целом в процессе эксплуатации роликоподшипника. Кроме того, подшипник не может работать как подшипниковый узел, воспринимающий одновременно как радиальную, так и осевую нагрузку, например, когда он содержит одновременно как осевой подшипник типа 8102, так и цилиндрический радиальный типа 1002932.

Известен подшипниковый узел скольжения, содержащий вал, втулку со сквозными каналами, размещенную между ними деталь в виде плавающего кольца со сквозными радиальными отверстиями в его теле и пазами на внутренней поверхности, с установлеными в них датчиками для измерения радиоактивности, и заполняющий зазоры смазочный материал с введеными в него радиоактивными изотопами (патент RU № 186493, МПК F16C17/18, F16C33/10, 2019).

Недостаток подшипникового узла заключается в его конструкции, исключающей возможность применения его как радиального подшипникового узла, так и осевого.

Известен подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения и размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов двухступенчатого типа, в проточки меньших ступеней роликов нижнего яруса входят с зазором два участка больших ступеней роликов верхнего яруса, при этом диаметры трех участков больших ступеней нижнего яруса, контактирующих с тремя участками меньших ступеней роликов верхнего яруса, равны, и все ролики как верхнего, так и нижнего ярусов, контактируют друг с другом и дорожками качения по трем линиям, образуя силовой единый замкнутый кольцевой комплект из роликов верхнего и нижнего яруса (патент RU № 2334137, МПК F16C19/22, F16C19/28, F16C33/34, F16C33/36, 2008).

Недостаток подшипника в том, что критический путь трения-скольжения поверхностей шариков предложенной формы контакта по сопрягаемой координирующей их поверхности зависит от постоянности площади контакта, который в известных конструкциях роликоподшипников постоянен, т. к. не может переходить с одной пары трения на другую и распределяться между ними по сравнению с предложенной конструкцией и это сокращает время износа. Кроме того, подшипник не может работать как осевой, например, типа 8103.

Известен подшипник, на наружном кольце которого выполнены две расточки треугольного типа под дорожки качения двух сферических участков, выполненных на внешней стороне больших ступеней роликов верхнего яруса, которые контактируют с пятном контакта в зоне расточек треугольного типа - по дорожкам качения равных по диаметру дорожке качения наружного кольца, при этом по оси роликов нижнего яруса установлены два подпятника, выполненных, например, в виде шарика, которые расположены в стаканчиках, выполненных, например, из углепластика, и контактирующие с поверхностями высоких бортов внутреннего кольца и упорного кольца (патент RU № 2384765, МПК F16C19/22, F16C19/28, F16C33/34, F16C33/36, 2010).

Недостатком подшипников является сложное устройство, а также неравномерная деформация тел качения вследствие истирания в процессе использования, в результате чего образуются «впадины», заполненные излишком смазочного материала, который создает вязкое сопротивление, ухудшая эксплуатационные свойства подшипника. Кроме того, подшипник не может работать как осевой, например, типа 8103.

Известен подшипник качения упорный с коническими роликами бессепараторный, содержащий свободное и тугое кольца, расположенные между ними тела качения, выполненные в виде конических роликов, расположенных в два ряда, образуя единый замкнутый кольцевой комплект из роликов, при этом плоскость линейных контактов роликов одного ряда со вторым проходит, например, по продольной оси симметрии упорного подшипника (патент RU № 2349803, МПК F16C19/22, F16C19/32, 2009). Подшипник, все конические ролики которого содержат коаксиальное сквозное отверстие, в котором со стороны меньшего диаметра ролика установлена пресс-масленка, а за подпятником установлен жестко стержень, выполненный, например, из металлокерамики, а сферическая головка подпятника выполнена с эксцентриситетом (патент RU № 2384764, МПК F16C19/22, F16C19/32, F16C33/34, 2010).

Недостатком подшипников является сложность устройства, а также неравномерная деформация тел качения вследствие их истирания в процессе использования, в результате чего образуются «впадины», заполненные излишком смазочного материала, который создает вязкое сопротивление, ухудшая эксплуатационные свойства подшипника.

Известен роликовый подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца, одно из которых выполнено разрезным по вертикальной оси симметрии подшипника, снабженные цилиндрическими дорожками качения с буртиками с обеих сторон дорожек качения, тела качения в виде цилиндрических роликов, имеющих сферическую форму на концах, сепаратор для разделения тел качения, сопряжения дорожек качения с буртиками, выполненные в виде участков криволинейных поверхностей, с одинаковыми радиусами, равными радиусу сферы концов роликов (патент RU № 2582630, МПК F16C19/22, F16C19/26, F16C33/34, F16C33/58, 2016).

Недостатком подшипника является неравномерная деформация тел качения вследствие истирания в процессе использования, в результате чего образуются «впадины», заполненные излишком смазочного материала, который создает вязкое сопротивление, ухудшая эксплуатационные свойства подшипника.

Известна опора качения, выполненная в виде радиально-упорных подшипников качения, установленных в корпусе, содержащая стопорное кольцо, наружные и внутренние кольца, цельнометаллические несущие шарики (или ролики) и сепарирующие шарики (или ролики), имеющие на поверхности твердосмазывающие материал, расположенные поочередно с несущими телами качения (заяв. на изобретение RU № 96101411, МПК F16C19/14, 1998).

Недостатком опоры является меньшее, по сравнению с бессепараторным подшипником качения, количество несущих тел качения, дополнительные силы трения между несущими телами качения и сепарирующими телами качения.

Известен роликовый подшипник качения, содержащий внутреннее кольцо и наружное кольца с дорожками качения и качения тела качения в виде цилиндрических роликов, при этом дорожка качения внутреннего кольца выполнена в виде поверхности однополостного гиперболоида, поверхность дорожки качения наружного кольца оппозитно повторяет поверхность дорожки качения внутреннего кольца и имеет с ней одинаковую по величине, но разную по знаку кривизну (патент RU № 2588176, МПК F16C19/22, F16C19/34, F16C33/34, F16C33/58, 2016). Подшипник, дорожка качения внутреннего и наружного колец которого эквидистантны на всей ширине колец, а центр подшипника расположен на плоскости, делящей ширину подшипника пополам (патент RU № 2585437, МПК F16C19/22, F16C19/34, F16C33/34, F16C33/58, 2016).

Недостатком подшипников является неравномерная деформация тел качения вследствие истирания в процессе использования, в результате чего образуются «впадины», заполненные излишком смазочного материала, который создает вязкое сопротивление, ухудшая эксплуатационные свойства подшипника.

Известен подшипник качения радиально-упорный, состоящий из внутреннего и наружного колец подшипника и тел качения, представляющих собой цилиндрические ролики и шарики, расположенные в первой паре кольцевых канавок, предназначенной для передачи радиальной нагрузки (патент RU № 2529931, МПК F16C19/20, F16C19/49, 2014).

Недостатком подшипника является неравномерная деформация тел качения вследствие истирания в процессе использования, в результате чего образуются «впадины», заполненные излишком смазочного материала, который создает вязкое сопротивление, ухудшая эксплуатационные свойства подшипника.

Известен подшипник качения со ступенчатыми роликами, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнездах сепаратора двухступенчатых роликов, ступени большего диаметра которых контактируют с дорожкой качения наружного кольца подшипника, а ступени меньшего диаметра контактируют с дорожкой качения его внутреннего кольца (патент RU № 2553489, МПК F16C19/22, F16C33/36, 2015).

Недостаток подшипника в том, что критический путь трения-скольжения поверхностей шариков предложенной формы контакта по сопрягаемой координирующей их поверхности зависит от постоянности площади контакта, который в известных конструкциях роликоподшипников не может переходить с одной пары трения на другую по сравнению с предложенной конструкцией и это сокращает время износа.

Наиболее близким является подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними сепараторы и цилиндрические ролики, установленные торцевыми контактными поверхностями в выемках сепараторов, формы которых соответствуют форме торцевых контактных поверхностей роликов, а осевые размеры - больше осевых размеров торцевых контактных поверхностей роликов (патент RU № 194002, МПК F16C19/22, F16C33/34, F16C33/46, 2019).

Недостаток подшипника в том, что имеет место возникновение неравномерной деформации тел качения и их износа вследствие истирания в процессе использования. Это приводит к увеличению зазоров между поверхностями контакта, которые заполняются излишком смазочного материала, что создает вязкое сопротивление, ухудшая эксплуатационные свойства подшипника.

Задачей предложенного технического решения является разработка конструкции подшипника качения, позволяющей распределять нагрузку процессе износа поверхностей контакта тел качения и координирующих их элементов с одной пары трения на другую.

Технический результат - повышение надежности подшипника качения за счет увеличения времени наступления катастрофического износа пар трения.

Технический результат достигается при использовании подшипника качения, содержащего наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенный между ними сепаратор и установленные в нем тела качения, при этом тела качения выполнены в виде сферических роликов, на торцах роликов выполнены конусовидные выемки, сепаратор выполнен в виде соединенных между собой двух боковых колец с гнездами для сферических роликов, в боковых кольцах сепаратора в области расположения гнезд установлены координирующие центры, на конусовидных концах которых конусовидными выборками установлены ролики, причем в одном боковом кольце сепаратора координирующие центры установлены неподвижно, во втором координирующие центры подпружинены, осевые размеры конусовидных выемок на торцах роликов больше осевых размеров конусовидных концов координирующих центров, а между сепаратором и роликами со стороны подпружиненных координирующих центров установлены фрикционные пластины.

Общее сопротивление вращению подшипника является результатом трения качения и трения скольжения в зонах контакта между телами и дорожками качения, и торцевыми контактными поверхностями роликов (тел качения) и координирующих их элементов. Конструкция обеспечивает возможность увеличения времени наступления критического износа контактирующих пар трения ролик-сепаратор при сохранении возможности фиксированного дистанционирования тел качения друг от друга по делительной окружности и обеспечивает уменьшение зон контактной деформации на дорожках качения, значительно снижая силы трения качения и скольжения, замедляя износ и увеличивая долговечность подшипника.

Выполнение тел качения в виде сферических роликов (бочкообразная форма роликов) обеспечивает вращение тел качения с низким коэффициентом трения. Выполнение сепаратора с координирующими центрами, на конусовидных концах которых конусовидными выемками установлены ролики, использование фрикционных пластин обеспечивает минимум площади контакта между соприкасающимися поверхностями и исключает трение роликов о торцовые поверхности сепаратора во время работы подшипникового узла.

На чертеже показано продольное сечение подшипника качения шпиндельной передней опоры в разрезе.

Подшипник качения состоит из наружного кольца 1 и внутреннего кольца 2, расположенных между ними сепаратора 3 и тел качения – сферических роликов 4. Ролики 4 установлены в гнездах сепаратора 3. В боковых кольцах 5 и 6 сепаратора 3, по месту расположения роликов 4 установлены координирующие ролики 4 центры 7. Причем в одном боковом кольце сепаратора 3, кольце 5, координирующие центры 7 установлены с подпружиниванием пружиной 8 – «плавающие центры», а во втором кольце сепаратора 3, кольце 6, координирующие центры 7 установлены неподвижно – «жесткие центры». Координирующие центры 7 колец 5 и 6 установлены соосно и выступают в гнезда сепаратора 3 конусовидными концами 9, на которых и установлены ролики 4. На торцах роликов 4, соосно координирующим центрам 7, выполнены конусовидные выемки 10, посредством которых ролики 4 устанавливаются на конусовидные концы 9. Осевые размеры конусовидных выемок 10 на торцах роликов 4 больше осевых размеров конусовидных концов 9 координирующих центров 7. Между сепаратором 3 и роликами 4, со стороны «плавающих центров» установлены фрикционные пластины 11 (выполненные из многокомпонентного полимерного материала, фторопласта). Ролики 4 установлены в гнездах сепаратора с обеспечением минимально начального зазора между наружными рабочими поверхностями в пределах 5-10 мкм, необходимого и достаточного для смазки тел качения 4 и дорожек качения наружного 1 и внутреннего 2 колец.

Подшипник качения работает следующим образом.

В процессе использования подшипника качения, ролики 4 вращаются и перемещаются по дорожкам качения наружного 1 и внутреннего 2 колец, сохраняя, при этом свое положение относительно друг друга в пределах расчетных величин, исключая, таким образом, возможность контакта между роликами 4 и трение между ними. В совокупности с минимизированным трением по поверхности контакта тел качения 4 и сепаратора 3, т. к. контакт сводится к точечному контакту вершинами конусовидных поверхностей (одинаковая конусовидная форма выемок 10 и концов 9 в совокупности с разницей в их осевых размерах - осевые размеры выемок больше осевых размеров торцевых контактных поверхностей роликов, обеспечивают не только фиксированное расположение тел качения, но и форму точечного контакта по оси роликов), обеспечивается снижение износа базовых элементов жестких и плавающих центров 1 и тела качения 5 и повышение на этой основе надежности и ресурса подшипника качения.

В процессе эксплуатации подшипник испытывает различные нагрузки: радиальные, осевые и комбинированные. Установленные в кольцах 5 и 6 сепаратора 3, координирующие центры 7, на конусовидных концах 9, которых установлены ролики 4, помимо уменьшения коэффициента трения в местах прилегания деталей подшипника качения позволяют погасить осевые нагрузки. Подпружиненные «плавающие центры» служат для восприятия радиальных нагрузок и компенсируют зазоры трущихся поверхностей тел качения при комбинированных нагрузках на подшипник. Фрикционные пластины 11 позволяют снизить зазоры между контактирующими поверхностями и уменьшить степень нагрева, а также снизить износ торцевой части сепаратора 3 и роликов 4. Таким образом, конструкция подшипника позволяет увеличить его долговечность и надежность работы.

Конструктивное исполнение координирующих центров 7 – выполнение рабочей поверхности в виде конусовидных концов 9 – позволяет снизить площадь контакта с торцом ролика, тем самым обеспечив снижение значения коэффициента трения и уменьшения нагрева трущихся поверхностей деталей подшипника.

Таким образом, подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, сферических ролики с выполненными на торцах роликов конусовидными выемками, сепаратор, выполненный в виде соединенных между собой двух боковых колец с гнездами для сферических роликов, в боковых кольцах которого в области расположения гнезд установлены координирующие центры, на конусовидных концах которых конусовидными выемками большего осевого размера установлены ролики, подпружиненные в одном из колец, и фрикционные пластины между сепаратором и роликами со стороны подпружиненных координирующих центров, обеспечивает повышение надежности подшипника качения за счет увеличения времени наступления катастрофического износа пар трения между торцевым контактным поверхностям роликов (тел качения) и координирующих их элементов путем увеличения срока службы пар трения.

Claims (1)

1. Подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенный между ними сепаратор и установленные в нем тела качения, отличающийся тем, что тела качения выполнены в виде сферических роликов, на торцах роликов выполнены конусовидные выемки, сепаратор выполнен в виде соединенных между собой двух боковых колец с гнездами для сферических роликов, в боковых кольцах сепаратора в области расположения гнезд установлены координирующие центры, на конусовидных концах которых конусовидными выборками установлены ролики, причем в одном боковом кольце сепаратора координирующие центры установлены неподвижно, во втором координирующие центры подпружинены, осевые размеры конусовидных выемок на торцах роликов больше осевых размеров конусовидных концов координирующих центров, а между сепаратором и роликами со стороны подпружиненных координирующих центров установлены фрикционные пластины.