ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ШАРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК С УСТОЙЧИВЫМ ВРАЩЕНИЕМ СЕПАРАТОРА

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ШАРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК С УСТОЙЧИВЫМ ВРАЩЕНИЕМ СЕПАРАТОРА


RU (11) 2272941 (13) C2

(51) МПК
F16C 19/02 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.03.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004105308/11 
(22) Дата подачи заявки: 2004.02.24 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.02.24 
(43) Дата публикации заявки: 2005.08.10 
(45) Опубликовано: 2006.03.27 
(56) Аналоги изобретения: БАЛЬМОНТ Б.В., МАТВЕЕВ В.А. Опоры качения приборов. М.: Машиностроение, 1984, с.73-77. RU 31824 U1, 27.08.2003. RU 8067 U1, 16.10.1998. US 2002051595, 02.05.2002. 
(72) Имя изобретателя: Андреев Алексей Гурьевич (RU); Ермаков Владимир Сергеевич (RU); Аленичев Владимир Сергеевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 614990, г.Пермь, обл, ул. 25 Октября, 106, ОАО "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" 

(54) ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ШАРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК С УСТОЙЧИВЫМ ВРАЩЕНИЕМ СЕПАРАТОРА

Изобретение относится к гироскопическому машиностроению. Высокоскоростной шариковый подшипник содержит подвижное и неподвижное кольца, одно из которых является базирующим, шарики, установленные между кольцами и разделенные между собой сепаратором. При этом в конструкции подшипника обеспечивают условие, чтобы отношение величины зазора между сепаратором и базирующим кольцом к величине зазора между шариком и сепаратором в гнезде было меньше, чем отношение между линейными скоростями сепаратора в точке соприкосновения с кольцом и шарика в точке соприкосновения с сепаратором. Технический результат - устойчивая работа сепаратора при увеличении момента трения в шарикоподшипнике при его длительной работе или отрицательной температуре окружающей среды. 1 ил. 



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению. При высокоскоростных режимах эксплуатации подшипника и наличии в нем повышенного момента трения наблюдается нестабильная работа сепаратора.
В шарикоподшипнике сепаратор совершает вращательное движение вокруг центра подшипника с угловой скоростью, совпадающей со скоростью движения комплекта шариков. Нестабильность работы сепаратора характеризуется появлением в плоскости вращения комплекта шариков дополнительного возвратно-поступательного движения центра масс сепаратора относительно базирующего кольца с частотой, на порядок превышающей основную скорость вращения сепаратора. Характерными признаками возникновения высокочастотных колебаний сепаратора является усиление акустического шума и увеличение момента трения в подшипнике. Усиление шума изделия, в котором используется такой подшипник, приводит к отказу потребителя от дальнейшей его эксплуатации. Увеличение момента трения в подшипнике приводит к уменьшению скорости его вращения и потере точности гироскопа.
Известен способ повышения стабильности работы сепаратора за счет использования в подшипнике комплекта шариков, в котором увеличена разница между шариками по диаметру [1].
Недостатком такого способа стабилизации работы сепаратора является то, что при увеличении разноразмерности шариков ускоряется процесс их износа и происходит усиление вибрации подшипника. В итоге это приводит к сокращению срока эксплуатации гироскопа и потере его точности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ [2], предотвращающий нестабильную работу сепаратора, основанный на обеспечении в конструкции шарикоподшипника разных значений зазоров между сепаратором и базирующим кольцом ( БК) с одной стороны, и между шариками и стенками отверстий в сепараторе ( Ш) - с другой стороны. Данный способ основан на том, что вихрение сепаратора в подшипнике происходит только при примерно равных величинах зазоров, т.е. когда БК Ш.
Проведенное исследование показало, что даже при наличии соотношения зазоров БК/ Ш=1,7 при наличии увеличенного момента трения в подшипниках, например при отрицательной температуре окружающей среды, возникает неустойчивая работа сепаратора. Это связано с тем, что при увеличении зазора БК уменьшается трение в зазоре, но при этом под действием центробежного ускорения происходит увеличение силы удара сепаратора с базирующим кольцом, что приводит к усилению нестабильности в работе сепаратора.
Целью изобретения является устранение в шарикоподшипнике неустойчивой работы сепаратора.
Указанная цель достигается тем, что в конструкции подшипника выполняют соотношение зазоров БК/ Ш, удовлетворяющее условию

где БК - зазор между сепаратором и базирующим кольцом, Ш - зазор между шариками и стенками отверстий в гнезде сепаратора, Vc - линейная скорость сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом, Vш - линейная скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором, c - угловая скорость сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом, Ш - угловая скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором, dС - диаметр сепаратора, dШ - диаметр шарика.
Таким образом, в конструкции подшипника обеспечивают соотношение зазоров БК/ Ш меньше, чем соотношение между линейными скоростями сепаратора и шарика.
На чертеже показана принципиальная схема шарикоподшипника, где условно изображен шарик 1, находящийся в гнезде сепаратора 2 и расположенный между неподвижным кольцом 3 и подвижным кольцом 4. При этом кольцо 3 является базирующим. Зазор между сепаратором 2 и базирующим кольцом 3 показан как « БК», а зазор между шариком 1 и сепаратором 2 - « Ш».
Во время работы подшипника сепаратор периодически совершает соприкосновения с шариком или базирующим кольцом. При соприкосновении шарика с сепаратором происходит передача энергии от шарика к сепаратору. Это приводит к возбуждению сепаратора и появлению составляющей скорости движения сепаратора по направлению к базирующему кольцу. Передача энергии вращения шарика сепаратору пропорциональна коэффициенту трения в зазоре Ш и определяется материалами сепаратора и шарика, линейной скоростью шарика в точке соприкосновения с сепаратором (VШ), вязкостью смазки () и величиной зазора между сепаратором и шариком ( Ш).
При соприкосновении сепаратора с базирующим кольцом за счет трения в зазоре БК происходит демпфирование движения сепаратора. Величина демпфирования пропорциональна коэффициенту трения в зазоре БК и определяется материалами сепаратора и базирующего кольца, линейной скоростью сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом (VС), вязкостью смазки () и величиной зазора между сепаратором и базирующей поверхностью наружного кольца ( БК). Линейная скорость шарика равна VШ=0,5·d Ш· Ш и определяется его угловой скоростью ( Ш) и диаметром (dШ). Линейная скорость сепаратора равна VС=0,5·dС· С и определяется его угловой скоростью ( С) и диаметром (dС).
Если энергия, получаемая сепаратором от соприкосновения с шариком, превышает энергию, которая поглощается при соприкосновении с базирующим кольцом, то возникает неустойчивое вращение сепаратора, приводящее к увеличению шума и трения в подшипнике.
При проведении сравнительной оценки обеспечения устойчивой работы сепаратора можно сделать ряд упрощений. Так, если принять близкими по свойствам материал шарика и базирующего кольца и однородность вязкости во всем подшипнике, то можно определить соотношение между зазорами БК и Ш, при котором потеря энергии на демпфирование высокочастотных колебаний сепаратора будет превышать энергию, полученную от шарика. 

где С - угловая скорость сепаратора в точке соприкосновения с базовым кольцом, Ш - угловая скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором, dС - диаметр сепаратора, dШ - диаметр шарика.
Обеспечение в конструкции подшипника такого соотношения зазоров позволяет избавиться от возникновения неустойчивого вращения сепаратора при увеличении момента трения в шарикоподшипнике при его длительной работе или отрицательной температуре окружающей среды.
Экспериментально было подтверждено, что применение в гироскопе подшипников, имеющих соотношение зазоров БК и Ш, определенное формулой (2), обеспечивает устойчивую работу сепаратора при тех же экстремальных условиях (отрицательная температура окружающей среды) по сравнению с подшипниками, имеющими отношение зазоров БК/ Ш> С·dС/ Ш·dШ.
Источники информации
1. В.Ф.Журавлев, В.Б.Бальмонт «Механика шарикоподшипников гироскопов», М., Машиностроение, 1986 г., с.141-144.
2. Б.В.Бальмонт, В.А.Матвеев «Опоры качения приборов», М., Машиностроение, 1984 г., с.73-77.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Высокоскоростной шариковый подшипник, содержащий подвижное и неподвижное кольца, одно из которых является базирующим, шарики, установленные между кольцами и разделенные между собой сепаратором, отличающийся тем, что в конструкции подшипника обеспечивают условие, чтобы отношение величины зазора между сепаратором и базирующим кольцом к величине зазора между шариком и сепаратором в гнезде было меньше, чем отношение между линейными скоростями сепаратора в точке соприкосновения с базирующим кольцом и шарика в точке соприкосновения с сепаратором, определяемое формулой

где БК - зазор между сепаратором и базирующим кольцом; 
Ш - зазор между шариками и стенками отверстий в гнезде сепаратора;
VC - линейная скорость сепаратора в точке соприкосновения с базирующим кольцом;
VШ - линейная скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором; 
С - угловая скорость сепаратора в точке соприкосновения с базирующим кольцом;
Ш - угловая скорость шарика в точке соприкосновения с сепаратором;
dС - диаметр сепаратора;
dШ - диаметр шарика.