ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ


RU (11) 2296252 (13) C2

(51) МПК
F16C 19/50 (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: 2007.03.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005119120/11 
(22) Дата подачи заявки: 2005.06.20 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.06.20 
(43) Дата публикации заявки: 2006.01.20 
(45) Опубликовано: 2007.03.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2232926 C2, 20.07.2004. FR 2699238 A, 17.06.1994. SU 966344 A1, 15.10.1982. SE 127458 A, 12.11.1973. RU 2100670 C1, 27.12.1997. 
(72) Имя изобретателя: Гонченко Борис Васильевич (RU); Гонченко Алексей Борисович (RU); Гаврилова Ирина Борисовна (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Гонченко Борис Васильевич (RU) 
(98) Адрес для переписки: 443093, г.Самара, ул. Мяги, 11, кв.45, Б.В. Гонченко 

(54) ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности. Подшипник качения двухъярусный содержит внутреннее, среднее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора. Ролики выполнены двухступенчатыми. Большая ступень ролика нижнего яруса контактирует только с дорожкой качения среднего кольца и имеет два дополнительных точечных контакта с нижним кольцом. Большая ступень ролика верхнего яруса контактирует с дорожкой качения наружного кольца. Меньшие ступени контактируют с дорожками качения внутреннего кольца нижнего яруса и с двумя участками среднего кольца верхнего яруса. Кольцевая проточка на дорожках качения среднего и нижнего кольца образует зазор с большими ступенями роликов верхнего и нижнего яруса. В нижнем ярусе кольцевая проточка выполнена трапецеидального типа. Большая ступень роликов сообщает вращение среднему кольцу, которое приводит во вращение ролики верхнего яруса. При этом должно выполняться условие сборки подшипника для верхнего и нижнего яруса. В роликах одного из ярусов выполнены коаксиальные отверстия, содержащие на входе сопло Лаваля и внутреннюю, например ленточную многозаходную резьбу или плоский завихритель с закруткой потока, например, на 90°. В результате обеспечивается более высокая частота вращения подшипника, снижение шума, увеличение долговечности, остановка сепаратора, использование подшипника в качестве: насоса при подаче рабочей среды через ролики, без наличия смазки на деталях подшипника; смесителя; пневмо- или гидродвигателя при прокачке рабочей среды. 6 ил. 



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности.
Известны подшипники качения, содержащие внутренние и наружные кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора.
Одним из недостатков известных стандартных подшипников является малая частота вращения, наличие трения качения с проскальзыванием тел качения, повышенный шум и низкая долговечность, как следствие, наличие трения скольжения, высокая температура нагрева +100°С и более.
Низкая долговечность подшипников качения обусловлена повышенным скольжением тел качения и по инерции после экстренного торможения вала.
Известны двухярусные подшипники со сферическими и цилиндрическими роликами. Однако они уступают в два раза по частоте вращения подшипникам с короткими роликами, а также имеют малую долговечность, повышенный шум и наличие трения качения с проскальзыванием тел качения.
Известен подшипник качения - прототип - патент автора (RU 2232926 С2, 7 F 16 C 19/22, опубл. 20.07.2004, фиг.13, всего 21 с.), содержащий внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора, тела качения - ролики, выполненные двухступенчатыми, больший диаметр ступени, имеющий один участок, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца подшипника, а меньший диаметр ступени, выполненный с двумя участками, контактирует только с дорожками качения его внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения, при этом должно выполняться условие сборки подшипника:
,
где d1m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника;
D wm1 - диаметр меньшей ступени ролика;
D 1m - диаметр дорожки качения наружного кольца подшипника;
Dwm2 - диаметр большей ступени ролика, а, по меньшей мере, одна дорожка качения внутреннего кольца подшипника выполнена с, по меньшей мере, одной проточкой для образования зазора с большим диаметром ступени ролика, при этом ступень тела качения - ролика с большим диаметром выполнена сферической или бочкообразной, а дорожка качения наружного кольца подшипника выполнена сферической, тело качения - ролик состоит из одноступенчатого цилиндрического ролика, выполненного по диаметру меньшей ступени ролика, а больший диаметр ступени ролика выполнен в виде кольца, при этом тела качения - ролики с меньшим диаметром ступени выполнены с кольцевой проточкой, в которой располагается большая ступень ролика.
Цель изобретения:
- обеспечение более высокой частоты вращения подшипника,
- снижение шума, например, в пределах от 20 до 40 дБ;
- увеличение долговечности по критерию износа тел качения, например до 5 лет, при наличии пленки смазки на телах качения;
- обеспечение подачи топлива, воздуха, в том числе и рабочей среды - кислород - Т=-180°С, Р=30 кгс/см2, V от 7...8 до 100 л/с, через тела качения - ролики, без наличия смазки на деталях подшипника.
Поставленные цели и технический эффект предлагаемого изобретения достигается за счет того, что в телах качения - роликах одного из ярусов выполнены коаксиальные отверстия, содержащие на входе сопло Лаваля и внутреннюю, например ленточную многозаходную резьбу или плоский завихритель с закруткой потока, например, на 90°.
На фиг.1 изображен подшипник качения радиальный роликовый однорядный двухярусный с кольцевыми проточками на дорожках качения внутреннего кольца. Направление воспринимаемых нагрузок - радиальное.
На фиг.2 изображено сечение А-А, на котором стрелками показано направление вращения колец подшипника, тел качения в двухярусном подшипнике и направление вращения сепаратора в верхнем ярусе подшипника при защемленном наружном кольце.
На фиг.3 и 4 дан пример исполнения тел качения - роликов в нижнем ярусе.
Подшипник качения состоит из наружного кольца 1, тел качения 2 верхнего яруса, сепаратора 3, среднего кольца 4, тел качения 5 нижнего яруса, сепаратора 6, нижнего кольца 7 и содержит в верхнем ярусе две защитные шайбы 8.
Ролики 2 выполнены двухступенчатого типа, при этом меньшая ступень выполнена цилиндрической и контактирует по линии только с дорожкой качения кольца 4. Большая ступень ролика 2 выполнена бочкообразного типа и контактирует только с дорожкой качения наружного кольца 1 с пятном контакта в точке. Дорожка качения кольца 1 выполнена сферической. Среднее кольцо 4 содержит кольцевую проточку в зоне большей ступени ролика 2, два участка цилиндрического типа и содержат два участка сферического типа, на которых установлены две защитные шайбы 8.
Ролики 5 в нижнем ярусе выполнены двухступенчатыми. Большая ступень ролика выполнена сферической и контактирует в точке с дорожкой качения кольца 4, выполненной по радиусу, при этом большая ступень ролика 5 имеет два дополнительных точечных контакта с нижним кольцом 7. Два цилиндрических участка меньшей ступени ролика 5 контактируют по линии только с дорожкой качения нижнего кольца 7.
На внешней поверхности кольца 7 выполнена кольцевая проточка трапецеидального типа и два участка цилиндрического типа, по которым прокатываются ролики 5 меньшей ступени, а с внешней стороны установлен сепаратор 6, в ячейках которого равномерно установлены ролики 5.
При этом должно выполняться условие сборки для нижнего яруса подшипника:
,
где d2m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца;
Dwm3 - диаметр меньшей ступени ролика нижнего яруса;
D 2m - диаметр дорожки качения наружного кольца нижнего яруса;
Dwm4 - диаметр большей ступени ролика нижнего яруса.
Следует отметить, что кольцевые проточки на дорожках качения среднего 4 и нижнего кольца 7 образуют зазор с большими ступенями роликов верхнего и нижнего яруса.
При этом должно выполняться условие сборки и для верхнего яруса:
,
где d1m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца верхнего яруса;
D wm1 - диаметр меньшей ступени ролика верхнего яруса;
D1m - диаметр дорожки качения наружного кольца;
Dwm2 - диаметр большей ступени ролика верхнего яруса.
При этом Const верхнего яруса и Const* нижнего яруса могут быть равны.
В целях снижения габаритов подшипника Const>Const*, как 9,666(6)>6,666(6)*. Подшипник качения (см. фиг.1) работает следующим образом: при вращении вала получает вращение кольцо 7, тела качения 5 своими меньшими ступенями Dwm3 обкатываются только по дорожке качения d2m внутреннего кольца 7. Большие ступени Dwm4 роликов 5 прокатываются по дорожке качения наружного кольца нижнего яруса D 2m без скольжения.
Вращение тел качения 5 по дорожкам качения нижнего яруса проходит с постоянной и одинаковой частотой вращения без проскальзывания. Здесь мы встречаемся с парадоксом!
При вращении кольца 7 (см. фиг.2) ролики 5 передают вращение кольцу 4, последнее начинает вращаться в противоположную сторону и делает столько же оборотов, что и кольцо 7, окружные скорости у роликов 5 равны. При этом сепаратор 6 - остановлен, неподвижен. Ролики 5 прокатываются вокруг собственной оси, а кольцо 4 вращается как маховик. Ролики 2 получают вращение в противоположную сторону по отношению к роликам 5 и увлекают за собой сепаратор 3, так как кольцо 1 защемлено.
Известно, что при наложении частот колебаний в противофазе шум взаимоуничтожается. В данном случае кольцо 7 и кольцо 4 вращаются с одинаковой частотой вращения - вращаются в противоположные стороны, а тела качения 5 по отношению к телам качения 2 вращаются с различной частотой (Const>Const*) вращения, но в противоположные стороны (см. фиг.2).
Получаем снижение шума до 20...40 дБ (в стандартных подшипниках эта величина достигает от 80 до 120 дБ).
При резком торможении вала кольцо 7 затормаживается и скорость его может быть равна «0» - ролики 5 и 2 по инерции продолжают обкатываться без скольжения по дорожкам качения колец верхнего и нижнего яруса, а кольцо 4 вращается как маховик, но с затухающей скоростью.
Известно, что передаточные отношения в нижнем ярусе от кольца 7 к кольцу 4 при неподвижном сепараторе равно -1

Передаточные отношения в верхнем ярусе от кольца 4 сепаратору 3 при неподвижном кольце 1 равны двум
.
Какие преимущества может дать остановленный сепаратор в нижнем ярусе, когда тела качения - ролики 5 вращаются вокруг собственной оси. Известно исполнение, когда топливо (например, на двигателях НК-93) требуется подать через зазоры подшипников качения.
В целях использования роликов 5 в качестве насосов в них (см. фиг.3, 4) выполняют коаксиальное отверстие, в котором располагают сопло Лаваля 9 и, например, внутреннюю ленточную многозаходную резьбу 10 или располагают плоский завихритель 11, например, с закруткой на 90°.
Данные завихрители или резьба позволяют использовать подшипник качения в качестве насоса, диспергатора (смесителя), пневмо- или гидродвигателя.
Это стало возможным после того, как разрешилась теория качения подшипника качения и стало доступным производить расчеты по частоте вращения всех элементов подшипника, расчет расходов, напора, скорости, сопротивлений при высоком КПД и отсутствии проскальзывания при бесшумной работе.
Отсутствие скольжения в подшипнике качения позволило использовать его при перекачке или подаче агрессивных жидкостей, кислорода и водорода при Т=-180°С, Р=30 кгс/см 2, V от 7...8 л/с.
При этом в качестве смазки в подшипнике выступает покрытие - серебро (от 0,002 до 0,004 мм). Отсутствие скольжения не может вызвать нагрева и искры, что увеличивает надежность работы предложенного подшипника качения.
Однако в стандартных подшипниках и нагрев тел качения от проскальзывания, и даже наличие искры всегда возможно, так что не спасает и сталь 95Х18.
На фиг.5 и 6 приведен пример исполнения трехярусного подшипника качения, в котором второй и третий ярусы работают при неподвижных сепараторах, последние связаны дисками 15, а в роли маховиков работают кольца 4 и 7.
Однако следует заметить, что сепаратор 6 остановлен теоретически, а на практике он будет проворачиваться из-за ничтожной разницы коэффициентов трения качения в зонах контактов большей ступени роликов по отношению к зонам контакта меньших ступеней роликов. Для устранения этого недостатка необходимо вводить стопорное устройство, если в этом есть необходимость. Стопор на сепаратор 6 может и отсутствовать, если он не влияет на процесс качения.
Цель была перестроить инерцию мышления.
Предложенный двухярусный подшипник качения позволяет:
- обеспечить более высокую частоту вращения;
- устранить проскальзывание и износ тел качения при резких торможениях приводного вала;
- увеличить долговечность по критерию износа тел качения в целом от 5 до 10 лет;
- снизить шум в работающем подшипнике, например, до 20...40 дБ;
- использовать один или два яруса (в трехярусном) в подшипнике в качестве насоса при подаче воздуха или топлива через тела качения, а также при прокачке рабочей среды использовать подшипник в качестве пневмо- или гидропривода, подшипник может быть использован и в качестве смесителя, например при составлении красок;
- повысить надежность при перекачке агрессивных сред как жидкий кислород, водород, кислота, жидкий азот и др.;
- обеспечить точность расчетов по расходу, давлению, скорости, потерям давления при перекачке рабочих сред, а также при расчетах скорости и мощности пневмо- и гидромотора, турбобура и др.;
- обеспечить остановку сепаратора;
- обеспечить победу над трением скольжения, устранить износ, нагрев металла, аварийность, сократить ремонтные циклы;
- обеспечить независимое вращение двух колец подшипника без проскальзывания тел качения при защемлении наружного или внутреннего кольца подшипника.
Подшипники качения однорядные или двухрядные двухярусные могут найти применение:
- в бумагоделательных машинах;
- в металлорежущих, шлифовальных, расточных станках;
- в опорах колес автомобилей, автобусах, троллейбусах (станет гораздо тише в городской черте);
- в качестве опорных подшипников на коленвалах ДВС;
- в опорах валов гребных винтов на танкерах, лайнерах, подводных лодок;
- в качестве опор турбовинтовых двигателей самолетов, вертолетов;
- в качестве опор в железнодорожном транспорте;
- в качестве насосов и в качестве пневмо- или гидродвигателей.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подшипник качения радиальный роликовый двухъярусный, например однорядный, содержащий внутреннее, среднее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов и установленные в гнездах сепаратора, при этом тела качения - ролики выполнены двухступенчатыми, большая ступень ролика нижнего яруса, имеющая один участок, контактирует только с дорожкой качения среднего кольца, большая ступень ролика верхнего яруса контактирует только с дорожкой качения наружного кольца, а меньшие ступени, выполненные с двумя участками, контактируют только с дорожками качения внутреннего кольца нижнего яруса и только с двумя участками среднего кольца верхнего яруса с постоянной и одинаковой частотой вращения для каждого из ярусов, при этом должно выполняться условие сборки для нижнего яруса подшипника:

где d2m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника;
D wm3 - диаметр меньшей ступени ролика нижнего яруса;
D2m - диаметр дорожки качения наружного кольца нижнего яруса;
Dwm4 - диаметр большей ступени ролика нижнего яруса,
при этом большая ступень ролика нижнего яруса имеет два дополнительных точечных контакта с нижним кольцом, кольцевая проточка на дорожках качения среднего и нижнего колец образует зазор с большими ступенями роликов верхнего и нижнего ярусов, а в нижнем ярусе кольцевая проточка выполнена трапецеидального типа, вращение тел качения в нижнем ярусе проходит с постоянной и одинаковой частотой вращения, большая ступень роликов сообщает вращение среднему кольцу, последнее приводит во вращение ролики верхнего яруса с постоянной и одинаковой частотой вращения для данного яруса, при этом должно выполняться условие сборки подшипника для верхнего яруса:

где d1m - диаметр дорожки качения внутреннего кольца верхнего яруса;
D wm1 - диаметр меньшей ступени ролика верхнего яруса;
D1m - диаметр дорожки качения наружного кольца;
Dwm2 - диаметр большей ступени ролика верхнего яруса,
а, по меньшей мере, одна дорожка качения внутреннего и среднего колец подшипника выполнена с, по меньшей мере, одной проточкой для образования зазора с большей ступенью ролика в каждом из ярусов, а большая ступень тела качения - ролика выполнена сферической или бочкообразной, при этом дорожка качения наружного кольца выполнена сферической, а дорожка качения нижнего яруса выполнена по радиусу в зоне контакта с большей ступенью ролика, отличающийся тем, что в телах качения - роликах одного из ярусов выполнены коаксиальные отверстия, содержащие на входе сопло Лаваля и внутреннюю, например, ленточную многозаходную резьбу или плоский завихритель с закруткой потока, например, на 90°.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к машиностроению, а именно способам изготовления, ремонта и обслуживания различных типов подшипников: подшипники качения и скольжения, магнитные подшипники, гидростатические подшипники, газостатические подшипники, способы формирования антифрикционной поверхности трения в подшипниках и др.


Новые технологии и изобретения. Подшипники качения и скольжения




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "подшипник качения". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("подшипник" или "качения").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+подшипник -качения".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "подшипник" будут найдены слова "подшипники", "подшипнику" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "подшипник!".


Рейтинг@Mail.ru