ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ


RU (11) 2269684 (13) C2

(51) МПК
F16C 19/22 (2006.01)
F16C 33/34 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.02.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003120704/11 
(22) Дата подачи заявки: 2003.07.07 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.07.07 
(43) Дата публикации заявки: 2005.01.10 
(45) Опубликовано: 2006.02.10 
(56) Аналоги изобретения: FR 2699238 А, 17.06.1994. SU 966344 A1, 15.10.1982. SE 127458 A, 12.11.1973. 
(73) Имя патентообладателя: Сафрыгин Михаил Михайлович (RU); Гонченко Борис Васильевич (RU); Шипилов Роман Александрович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 443087, г.Самара, ул. Московское шоссе, 169, кв.14, М.М. Сафрыгину 

(54) ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть применено во всех отраслях промышленности. Подшипник качения радиально-упорный однорядный содержит внутреннее и разъемное наружное кольца, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде одноступенчатых роликов, установленных в сепараторе. Больший диаметр большей ступени ролика, выполненный сферическим, контактирует только с двумя дорожками качения разъемного наружного кольца подшипника в двух точках под углом контакта , а меньший диаметр ступеней ролика контактирует только с двумя дорожками качения внутреннего кольца подшипника в двух точках для обеспечения обкатывания тел качения по наружной и внутренней дорожкам качения с постоянной и одинаковой частотой вращения без проскальзывания. Дорожка качения внутреннего кольца подшипника выполнена с кольцевой проточкой и образует зазоры с большим диаметром большей ступени ролика. Меньший диаметр ступеней ролика выполнен цилиндрическим, а к своим торцам содержит сферические участки, контактирующими с дорожками качения внутреннего кольца подшипника под углом контакта . Технический результат - повышение долговечности подшипника за счет устранения проскальзывания тел качения. 1 ил. 



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, а также может быть использовано во всех отраслях промышленности. 
Известны подшипники качения, содержащие внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде шариков или роликов, установленных в гнездах сепаратора.
Основным недостатком известных подшипников качения является наряду с трением качения присутствие трения качения с проскальзыванием тел качения относительно дорожек качения: 
- проскальзывание тел качения относительно дорожек качения, вызванное сдвиговой деформацией материала в точке контакта;
- скольжение тел качения, относительно дорожек качения, при нарушении качения в результате сдвигов и перекосов колец подшипников под нагрузкой (см. П.И.Орлов кн.2. Основы конструирования, -М.: Машиностроение, 1977 г., с.453...460).
Для примера возьмем подшипник качения радиально-упорный шариковый однорядный с разъемным наружным кольцом с четырехточечным контактом №116220 по ГОСТ 8995-75, у которого d100?D180?B34; Dw25.4; Z=14; =26°; Nk=4000 мин-1; Nж=5000 мин-1. Шарик 25,4 обкатывается по хорде с 23 мм по дорожкам качения подшипника. По наружным дорожкам качения с 163 мм шарик обкатывается за один оборот вала:
Nоборотов=163/23=7,086. 
А по дорожкам качения внутреннего кольца с 117 мм шарик делает за один оборот вала:
Nоборотов=117/23=5,086. 
То есть по дорожкам качения наружного кольца подшипника шарик делает на два оборота больше, чем по дорожкам качения внутреннего кольца подшипника. Эта величина равна величине проскальзывания шарика в подшипнике только за один оборот вала. А шариков - Z=14 и каждый проскальзывает по два оборота за один оборот вала.
И, если подшипник делает 4000 мин-1, все шарики за минуту сделают лишних оборотов:
N=14?(4000?2)=112000 мин-1.
Данные лишние обороты шариков в подшипнике требуют значительного расхода масла на поддержание работоспособности и других устройств для снижения температуры узла. В целом данное положение снижает срок эксплуатации подшипника.
Аналогами для данного предлагаемого изобретения являются заявки №2001119832 и №2002107654.
Цель изобретения:
- Обеспечение чистого качения тел качения при обкатке их по дорожкам качения как внутреннего, так и наружного колец подшипника;
- повышение предельной частоты вращения подшипника качения, например, до 50000 мин -1 и более;
- в целом повысить долговечность подшипника, только за счет устранения проскальзывания тел качения;
- обеспечить работоспособность подшипника в экстремальных условиях при отсутствии подачи смазки, например, до 90 мин.
Поставленные цели и технический эффект предлагаемого изобретения достигается за счет того, что меньший диаметр ступеней ролика выполнен цилиндрическим, а к своим торцам содержит сферические участки, последние контактируют с дорожками качения внутреннего кольца подшипника под углом , а в экстремальных условиях подшипник способен работать и при отсутствии подачи смазки, например, до 90 мин, обусловленных паспортом для каждого подшипника качения.
На чертеже изображен подшипник качения радиально-упорный однорядный с разъемным наружным кольцом с четырехточечным контактом тел качения с дорожками качения. Направление воспринимаемых нагрузок - радиальное и осевое в обе стороны до 70% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. При данном радиальном зазоре обуславливается наименьший осевой зазор подшипника.
Подшипник качения данного типа был разработан, например, для применения в гироскопах. Подшипник качения состоит из разъемного наружного кольца 1, тел качения 2, сепаратора 3, внутреннего кольца 4. Тела качения 2 выполнены в виде одноступенчатого ролика, больший диаметр большей стороны ролика выполнен сферическим и контактирует только с дорожками качения D1m наружного кольца 1 в двух точках по диаметру ролика Dwm2 с углом контакта ( равен от 12° до 36°). А меньший диаметр ступеней ролика 2 выполнен цилиндрическим, а к своим торцам имеет сферические участки, последние контактируют по точкам (в двух местах) только с дорожками качения внутреннего кольца 4 на диаметре d1m своими диаметрами Dwm1 с углом контакта ( от 12° до 36°, как пример). При этом на внутреннем кольце 4 выполнена кольцевая проточка для образования зазора с большим диаметром большей ступени ролика 2, а также для обеспечения торцевых зазоров с боковыми поверхностями большего диаметра большей ступени ролика 2. Последнее условие необходимо, чтобы не допустить контакта с трением скольжения между роликом и кольцом 4.
Подшипник качения, изображенный на чертеже, работает следующим образом. При вращении вала получает вращение внутреннее кольцо 4, ступенчатый ролик 2 своим меньшим диаметром меньших ступеней Dwm1 обкатывается по дорожкам качения с диаметром d1m внутреннего кольца 4. Больший диаметр большей ступени ролика 2 обкатывается своим диаметром Dwm2 по дорожкам качения с диаметром D1m наружного кольца 1. При этом необходимо, чтобы выполнялось условие сборки:
D1m/Dwm2=d1m/Dwm1 =Const.
Здесь следует отметить, что данное условие позволяет телам качения 2 обкатываться по наружной и внутренней дорожкам качения с постоянной и одинаковой частотой вращения без проскальзывания. 
Следует отдельно заметить, что величина Const должна лежать в пределах от 2 до 3+ для подшипников качения, например, используемых в гироскопах. 
Почему? С тем, чтобы в подшипнике работало меньшее число тел качения, когда Z равно от 5 до 7. И еще раз почему? Малое значение Const от 2 до 3+ позволяет снизить значение максимального контактного давления за счет увеличения диаметров Dwm2 и Dwm1 . Увеличение значения Const, например, от 7 и более выравнивает величины Dwm2 и Dwm1 диаметров ступенчатого ролика 2, растет нагрузка, растет число тел качения, падает частота вращения.
Данный подшипник качения может быть использован в узле гироскопа.
Традиционно гироскоп устанавливается на двух, а то и на четырех, подшипниках качения. Предлагаем устанавливать один подшипник под диск гироскопа, а цапфы (консоли) вала устанавливать неподвижно. Такое решение значительно сократит габариты узла гироскопа в целом.
Частота вращения в предложенном подшипнике может быть и значительно повышена, например от 50000 до 150000 мин-1 и более, если в подшипниковых опорах создать вибрацию с большой частотой и малой амплитудой.
"...Известно, что при вибрации момент трения в опорах снижается от 3 до 10 раз. Момент трения тем меньше, чем больше частота и меньше амплитуда колебаний при вибрации (момент трения уменьшается в 100...200 раз...)..."(см. Ю.Д.Первицкий. Расчеты и конструирование точных механизмов". Изд. Машиностроение, Москва, 1965, Ленинград, с.404, 405).
В экстремальных условиях подшипник качения способен работать продолжительное время и при отсутствии подачи смазки, только благодаря наличию трения качения при обкатке тел качения по дорожкам качения без проскальзывания. Данное положение должно быть подтверждено испытаниями по конкретному подшипнику и занесено в паспорт на подшипник, например, 90 минут. Паспортизации подлежат все подшипники, которые устанавливаются в ответственных узлах: винт самолета, шасси самолета, редукторе вертолета, двигателе, газовой турбине, электродвигателе 40М Вт...
Отсутствие проскальзывания тел качения значительно увеличивает срок службы подшипника благодаря уменьшению тепловыделения и шумности работы (а при наличии шариков в качестве тел качения неизбежно "рысканье" шарика, и он меняет постоянно свою дорожку качения). Шум работы снижен за счет радиального зазора, который равен 0 в радиально-упорном подшипнике. Тела качения в подшипнике не имеют контакта скольжения своими торцами с боковыми поверхностями кольцевой проточки внутреннего кольца подшипника.
Снижена величина упругого гистерезиса в зоне контакта большего диаметра большей ступени ролика за счет снижения величины Const (равной от 2 до 3+). Следует отметить, что углы контакта и могут быть выполнены равными по величине, но могут быть и различными, что зависит от условий эксплуатации, например =, a>b и <. 
Наличие трения скольжения ролика с материалом сепаратора сохранилось, но, по возможности, оно сведено к минимальным потерям за счет введения в конструкцию сепараторов-центров. Ролики могут быть выполнены из минералов (сапфира, фианита и др.) для немагнитных подшипников качения.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подшипник качения радиально-упорный однорядный, содержащий внутреннее и разъемное наружное кольца, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде одноступенчатых роликов, установленных в сепараторе, больший диаметр большей ступени ролика, выполненный сферическим, контактирует только с двумя дорожками качения разъемного наружного кольца подшипника в двух точках под углом контакта , a меньший диаметр ступеней ролика контактирует только с двумя дорожками качения внутреннего кольца подшипника в двух точках, при этом выполняется условие сборки подшипника:
D1m /Dwm2=d1m/Dwm1=Const, 
где D1m - диаметр дорожек качения наружного кольца подшипника;
Dwm2 - больший диаметр большей ступени ролика;
d1m - диаметр дорожек качения внутреннего кольца подшипника;
Dwm1 - меньший диаметр ступеней ролика, 
для обеспечения обкатывания тел качения по наружной и внутренней дорожкам качения с постоянной и одинаковой частотой вращения без проскальзывания, а дорожка качения внутреннего кольца подшипника выполнена с кольцевой проточкой и образует зазоры с большим диаметром большей ступени ролика, отличающийся тем, что меньший диаметр ступеней ролика выполнен цилиндрическим, а к своим торцам содержит сферические участки, контактирующие с дорожками качения внутреннего кольца подшипника под углом контакта