Подшипник качения

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к радиально-упорным роликоподшипникам, а также к осевым (упорным) подшипникам качения.
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, 10.02.2015).
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 предложнной конструкцией и это сокращает время износа.
Наиболее близким является подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в сепараторах цилиндрических роликов, при этом ролики установлены в выемках сепараторов, соосно с выемками, формы выемок соответствуют торцевым контактным поверхностям роликов, а осевые размеры выемок больше осевых размеров торцевых контактных поверхностей роликов (патент RU № 194002, МПК F16C19/22, F16C33/34, F16C33/46, 2019).
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 сепараторов и торцевых контактных поверхностей роликов полусферической или конусной формы. Этот недостаток приводит к сокращению времени их износа и ухудшению эксплуатационных свойств подшипника.
Задачей предложенного технического решения является разработка конструкции подшипника качения, позволяющей распределять нагрузку в процессе износа поверхностей контакта тел качения и координирующих их элементов с одной пары трения на другую.
Технический результат - увеличение времени их износа и улучшение эксплуатационных свойств подшипника.
Технический результат достигается подшипником качения, содержащим наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними тела качения с полусферическими торцевыми контактными поверхностями, установленные соосно в полусферических выемках сепаратора, размеры которых больше осевых размеров торцевых контактных поверхностей роликов, при этом наружное и внутреннее кольца выполнены за одно целое с сепараторами, тела качения выполнены в виде конических роликов, полусферические торцевые контактные поверхности конических роликов обращены выпуклостями друг к другу, полусферические выемки выполнены в сепараторе наружного кольца, в сепараторе внутреннего кольца выполнена кольцевая канавка, а между полусферическими выемками сепаратора наружного кольца, кольцевой канавкой сепаратора внутреннего кольца и полусферическими торцевыми контактными поверхностями конических роликов установлены дополнительные тела качения сферической формы.
Предложенная конструкция подшипника обеспечивает периодическую смену контактных поверхностей конических роликов: поверхности, контактирующие со сферическими телами качения и поверхности, контактирующие с дорожками качения. Увеличение общей площади контакта и сменяемости пар трения, находящихся в контакте, а также возможность переходить к силовому контакту с одной пары трения на другую обеспечивает увеличение критического пути трения-скольжения поверхностей дополнительных тел качения сферической формы (шариков) по сопрягаемой, координирующей их, эквидистантной поверхности, увеличение времени их износа и улучшение эксплуатационных свойств подшипника.
Кроме этого, в предложенной конструкции пары трения координирующих дополнительных тел качения могут заменяться в процессе эксплуатации подшипника на другую пару, что приводит к увеличению времени их износа. Наличие равномерного процесса проскальзывания тел качения и, соответственно, равномерный их износ в процессе проскальзывания по ответной поверхности контакта с координирующими их выемками в сепараторе наружного кольца, кольцевой канавкой в сепараторе внутреннего кольца и торцевыми контактными поверхностями роликов способствует также увеличению технико-экономического эффекта.
Таким образом, сущность конструкции заключается в возможности увеличения времени наступления критического износа за счет увеличения пути трения торцевых контактных поверхностей роликов, достигаемого благодаря уменьшению их износа при сохранении возможности фиксированного дистанционирования тел качения друг от друга и удельного давления на площади контакта контактных поверхностей.
Соответствие форм выемок и торцевых контактных поверхностей роликов, разница в их осевых размерах (осевые размеры выемок больше осевых размеров торцевых контактных поверхностей роликов), а также соосное базирование роликов в выемках обеспечивают не только фиксированное расположение тел качения, но и форму точечного контакта по оси роликов. При этом исключается касание между телами качения, т. е. дополнительно уменьшается не только возможность износа торцевых контактных полусферических поверхностей роликов и сепараторов, но и сохраняется возможность снижения рабочих поверхностей тел качения в случае их контакта между собой.
На чертеже показан подшипник качения в разрезе, с координирующими дополнительными сферическими телами качения, расположенными в эквидистантных торцевых контактных поверхностях единого сепаратора.
Подшипник качения с наружным диаметром D с внутренним диаметром d и шириной В содержит наружное кольцо 1 и внутреннее кольцо 2, выполненные за одно целое с сепараторами (каждое кольцо за одно целое с одним из сепараторов) и расположенные между ними, установленные в сепараторах тела качения 3 в виде конических роликов. Конические ролики 3, сопряжены с дополнительными телами качения 4 сферической формы, установленными соосно в полусферических выемках 5 в конических роликах 3, в полусферических выемках 6 сепаратора наружного кольца 1 и в кольцевой канавке 7 сепаратора внутреннего кольца 2. Радиусы выемок 5 соответствуют радиусам сферических тел качения 4, выемки 6 выполнены с бóльшими радиусами равными радиусу поперечного сечения кольцевой канавки 7.
Для создания жесткого соединения и обеспечения его неразъемности, кольца 1 и 2 могут соединяться стопорным кольцом 8 (или уплотнительной крышкой аналогичного назначения, установленными в кольцевые выточки, что защищает кольца 1 и 2 от осевого смещения.
Подшипник качения работает следующим образом.
В процессе эксплуатации подшипника качения, ролики 3 вращаются периодически вместе с дополнительными телами качения 4, которые установлены с возможностью периодического проскальзывания то в контактных поверхностях 6 и 7 сепараторов, то в полусферических выемках 5. Ролики 3 перемещаются между рабочими поверхностями дорожек качения (позициями не обозначены) концентрично расположенных колец 1 и 2 и могут быть установлены на расстоянии 10-20 мкм друг от друга.
Удержание роликов в нужных координатах, т. е. на расстоянии 10-20 мкм позволяет избежать пластической деформации тел качения и, соответственно, препятствует увеличению зазоров между телами качения и препятствует увеличению люфта в процессе эксплуатации подшипника и сближению до возникновения трения между ними. Такое устранение раннего трения также обеспечивает повышение работоспособности и увеличению срока службы подшипника.
Конструкция подшипника одновременно обладает возможностями как радиально-упорных конических, так и осевых подшипников. Такие расширенные технические возможности повышают надежность и продолжительность работы подшипника. Они обеспечиваются за счет снижения износа эквидистантных торцевых контактных поверхностей путем установки между ними дополнительных тел качения (шариков) между торцевыми роликами и сепараторами, выполняющими роль торцевых частей единого сепаратора.
Таким образом, подшипник качения, содержащий выполненные за одно целое с сепараторами наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними тела качения в виде конических роликов с полусферическими торцевыми контактными поверхностями, обращенными выпуклостями друг к другу, установленные соосно в полусферических выемках сепаратора, размеры которых больше осевых размеров торцевых контактных поверхностей роликов, в котором в сепараторе наружного кольца выполнены полусферические выемки, в сепараторе внутреннего кольца выполнена кольцевая канавка, а между полусферическими выемками сепаратора наружного кольца, кольцевой канавкой сепаратора внутреннего кольца и полусферическими торцевыми контактными поверхностями конических роликов установлены дополнительные тела качения сферической формы, обеспечивает увеличение критического пути трения-скольжения поверхностей дополнительных тел качения (шариков) по сопрягаемой, координирующей их, эквидистантной поверхности и увеличение времени их износа и улучшения эксплуатационных свойств подшипника.