РАДИАЛЬНЫЙ МНОГОРЯДНЫЙ ПО РАДИУСУ ПОДШИПНИК

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к радиальным подшипникам, более конкретно к радиальным подшипникам с несколькими радиально расположенными друг относительно друга рядами тел качения.
Уровень техники
В уровне техники решений подобных настоящему не обнаружено, тем не менее, существуют решения, которые можно назвать предпосылками к созданию настоящего решения.
Из уровня техники известен ГОСТ 520-2011 (введен в действие 01 июля 2012 г., принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации протоколом от 12 мая 2011 г.), в котором даны определения терминам, приведены ссылки на другие ГОСТ, раскрыты основные параметры подшипников.
Соответственно из ГОСТ 3395-89 (введен в действие 01 января 1991 г.) определены типы и конструктивные исполнения подшипников качения, в частности: подшипники радиальные шариковые, подшипники радиальные шариковые сферические, подшипники радиальные роликовые с короткими цилиндрическими роликами и т.д. Каждый из типов подшипников имеет множество конструктивных исполнений, в частности двухрядные подшипники, которые используются обычно как самоустанавливающиеся подшипники, при этом ряды расположены у них на одном удалении от оси подшипника.
Из уровня техники известно решение SU 1326801 А1 (опубликовано 30.07.1987), в котором описан подшипник. Данное решение относится к подшипниковой промышленности, а именно к подшипникам качения. Целью данного решения является повышение долговечности двухъярусного шарикоподшипника. Каждый ярус представляет ряд шариков в сепараторе. Для улучшения условий равномерного распределения частот вращения колец подшипника сепаратор нижнего яруса базирован к промежуточному кольцу. Внутреннее и промежуточное кольца вращаются одновременно, но с разными скоростями. Шарики наружного яруса имеют диаметры меньше диаметров внутреннего яруса. Это приводит к уравнению величин моментов трения между обоими ярусами и равномерному распределению между ними частот вращения. За счет этого увеличиваются долговечность и диапазон частот вращения подшипника. Недостатком данного решения является использование только одного промежуточного кольца, а также различные размеры тел качения, что приводит к различным относительным скоростям вращения в каждой паре.
Также из уровня техники известно решение RU 2094673 (опубликовано 27.10.1997), в котором описан многоярусный подшипник с четным количеством ярусов и способ его сборки. Сущность решения: многоярусный подшипник с четным количеством ярусов содержит наружное, внутреннее и промежуточные кольца. Между кольцами помещены радиальные тела качения. Элементы стабилизации вращения промежуточных колец выполнены в виде упорных тел качения. Упорные тела качения установлены в два ряда с двух сторон от радиальных, расположенных по меньшей мере в один ряд. Каждое нечетное промежуточное кольцо выполнено в виде двутавра в сечении. Каждое четное промежуточное кольцо выполнено монолитным. В другом варианте выполнения подшипника каждое нечетное промежуточное кольцо выполнено монолитным. Каждое четное - в виде двутавра в сечении. При этом наружное и внутреннее кольца выполнены швеллерообразного сечения. Сборка многоярусного подшипника с четным количеством ярусов включает установку половин двутавровых и швеллерных в сечении колец на плоскость. На них устанавливают упорные тела качения первого ряда всех ярусов. Затем устанавливают монолитные кольца в сборе с предварительно установленным в них радиальными телами качения всех ярусов и рядов. На них устанавливают упорные тела качения второго ряда всех ярусов. Затем устанавливают вторые половины двутавровых и швеллерных колец и скрепляют их с первыми половинами. Недостатком данного решения является то, что тела качения не расположены в одной плоскости, используется большое количество тел качения, подшипник не обладает высокой технологичностью, не может быть использован при высоких скоростях вращения из-за своей сложности и неизбежных дефектах сборки и производства, что приводит к дисбалансу на высоких скоростях.
Раскрытие сущности полезной модели
Настоящее решение раскрывает радиальный подшипник, включающий в себя внутреннее кольцо, наружное кольцо, по меньшей мере одно промежуточное кольцо и тела качения, расположенные между внутренним, промежуточным и внешним кольцами.
В одной из возможных реализаций в подшипнике в качестве тел качения могут быть использованы шарики.
Также подшипник может содержать сепаратор между промежуточным кольцом и внешним.
Дополнительно подшипник может содержать сепаратор между промежуточным кольцом и внутренним кольцом.
Кроме того, в подшипнике все тела качения могут быть одного размера.
В одной из возможных реализаций в подшипнике размер тел качения между внутренним кольцом и промежуточным кольцом может быть отличен от размера тел качения между промежуточным кольцом и внешним кольцом.
Технический результат - уменьшение трения, повышение допустимых скоростей вращения внутреннего кольца подшипника относительно внешнего кольца, создание подобного подшипника впервые.
Краткое описание чертежей
Настоящее решение поясняется следующими фигурами:
Фиг. 1 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 2 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 3 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 4 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 5 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 6 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 7 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 8 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом.
Фиг. 9 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом (токопровод не показан).
Фиг. 10 - показана одна из возможностей применения настоящего решения, а именно радиальный многорядный по радиусу подшипник в контакте с токопроводом (токопровод не показан).
Осуществление полезной модели
Настоящее решение является многорядным радиальным подшипником с телами качения, при этом многорядность выполнена по радиусу, т.е. ряды тел качения расположены на различном расстоянии от оси подшипника. В контексте настоящего решения под многорядностью следует понимать, что это может быть 2, 3, 4, 5 и большее количество рядов. Для простоты изложения, но не ограничивая настоящего решения, приведены различные исполнения, двух, четырех, пятирядные по радиусу подшипники.
Одно из исполнений подшипника показано на фиг. 1. Конструкция включает в себя внутреннее кольцо, внешнее кольцо, а также по меньшей мере одно промежуточное кольцо. На фиг. 1 промежуточных колец три. Между кольцами расположены тела качения. Тела качения, как это должно быть понятно специалистам в данной области техники, могут быть, например, шариками. Также подшипники могут содержать дополнительные элементы, например, сепараторы.
Ряды тел качения у настоящего решения находятся в одной плоскости, расположены по окружности на разном расстоянии от центра подшипника (разумеется в одном ряду все тела качения на одном расстоянии). Настоящее решение также предполагает, что в некоторых реализациях могут быть использованы различные тела качения в различных рядах.
Количество тел качения в предпочтительно на внешних рядах больше, чем на внутренних рядах, пропорционально увеличению диаметра.
Настоящее решение может найти свое применение, например, в токосъемниках. Обычный подшипник уверенно работает при 2000 оборотов в минуту с нагрузками на посадочную ось. У настоящего решения, применяемого для токосъема нагрузки на ось минимальны. Задача, решаемая настоящим решением - это работа при большом количестве оборотов в минуту. Работа обеспечивается так, что вращение осуществляется не только внутреннего и наружного колец, как у обычных подшипников, а также и промежуточных, соответственно работа в каждой паре соседних колец (в случае трех колец: внутреннего, промежуточного, внешнего, т.е. при двухрядном по радиусу радиальном подшипнике, между парами: внутреннее и промежуточное кольцо, промежуточное кольцо и внешнее кольцо) будет осуществляться в щадящем режиме.
Подшипник, приведенный на фиг. 1, может иметь наружный диаметр 170 мм и быть в соприкосновении с токоведущим проводом, при длине окружности около 500 мм. За два оборота подшипник проходит метр пути. При скорости движения транспорта 200 километров в час шкив делает около 6700 оборотов в минуту. Для обычного подшипника такие обороты приведут к его быстрому выходу из строя. В настоящем решении обороты распределяются по рядам, каждый из рядом работает в нормальном режиме.
На фиг. 2 показано вдоль оси, на которой установлен подшипник, отверстие в валу, а также каналы от него в сторону подшипника. Это отверстие может использоваться для смазки, при этом при работе подшипника из-за центробежных сил смазка будет распределяться на все ряды подшипника.
Увеличение радиально расположенных рядов приводит к снижению прочности подшипника, по этой причине можно применять конструкцию, показанную, например, на фиг. 2, т.е. использовать дополнительный вал и дополнительный подшипник.
Размер тел качения, в частности шариков, может быть одинаковым в каждом ряду. При этом некоторые исполнения настоящего решения предполагают, что размер тел качения во внутренних рядах больше, чем во внешних рядах. Также дополнительно может применяться сепаратор, что улучшит балансировку подшипника при его работе.
Одно из возможных применений настоящего решения - это токосъемник для троллейбусов. Применив двухрядный по радиусу радиальный подшипник с диаметром 150 мм можно заменить существующие на сегодняшний день токосъемники. На фиг. 3 и фиг. 4 приведены возможные конструктивные исполнения. Специалистам должно быть понятно, что применение настоящего решения возможно не только как токосъемника для троллейбусов, но может найти свое применение также в метро, электричках, трамваях, высокоскоростных поездах и других областях. В частности, для высокоскоростных вагонов, описанных в патенте РФ 178176 (опубликован 26 марта 2018 г.), которые могут развивать скорости в один мах применение существующих сегодня токосъемников затруднительно.
На фи г. 5 показано возможное исполнение токосъемника, на следующих фигурах показаны более подробно отдельные элементы решения. В частности, на фиг. 6 показан токосъемник, содержащий два подшипника, согласно настоящему решению, каждый из подшипников имеет наружный диаметр 480 мм. При скоростях около одного маха скорость вращения наружного кольца составляет 13555 оборотов в минуту, однако относительная скорость вращения при пятирядном исполнении будет составлять 2700 оборотов, т.е. работа будет осуществляться в нормальном режиме. Токосъем осуществляется на посадочную поверхность подшипника.
На фиг. 7 показан описанный уже выше тосъемник с поджимным механизмом, специалистам должно быть понятно, что поджимной механизм может быть выполнен различными образом, а сам токосъем может осуществляться сверху (как на электричках), так и снизу, безусловно возможно осуществлять токосъем и с боку от транспортного средства, конкретная реализация будет зависеть от конструкции транспортного средства и конструкции пути.
На фиг. 8 показан общий вид решения, показанного на фиг. 7. Штриховкой показаны диэлектрики, а конструкция токосъемника может позволять осуществлять токосъем трехфазной сети, соответственно при этом используется три токопровода, а также три подшипника, выполненных согласно настоящему решению. На фиг. 9 показан вид спереди (токопровод не показан) конструкции, приведенной на фиг. 8, а на фиг. 10 показана эта же конструкция в виде сбоку (дополнительно показан провод сети транспортного средства).
Настоящее решение позволяет решить проблемы токосъема при больших скоростях с минимальным износом токоведущих проводов и токосъемника при приемлемых размерах, а также незначительном усложнении конструкции относительно известных подшипников.
Конструкция колец подшипника может быть такой же, как у известных подшипников, т.е. трудозатраты при производстве будут такими же, как на сегодняшний день (несколько более сложная сборка из-за многорядности), т.к. составные части подшипника могут быть унифицированы с существующими подшипниками. Например, внутренне кольцо может иметь канавку качения, внешнее кольцо также может иметь канавку качения, а промежуточное кольцо может иметь одну или две канавки качения, возможны реализации, когда внутреннее кольцо не имеет канавок качения и является ровным. Точно также внутреннее и внешнее кольцо может не иметь канавок качения и быть ровным. Различные реализации определяются в зависимости от условий эксплуатации, точно также, как и для обычных подшипников.