ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к подшипникам качения и может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в колебательное.
1
h
1
h
2
1
1
2
Известны эксцентриковые подшипники качения с гладкими рабочими поверхностями (например, А.с. 314048 СССР). Такой подшипник содержит наружное и внутреннее кольца, тела качения разного диаметра и сепаратор. Он работает следующим образом. При движении внутреннего кольца, вращающегося с угловой скоростью ω, тела качения, увлекаемые силами трения, катятся по наружному кольцу. При этом водило - сепаратор вращается относительно наружного кольца с угловой скоростью ω. Передаточное число U механизма: U=ω/ω=1+d/d, где d и d - рабочие диаметры внутреннего кольца 1 и наружного кольца 2. Особенностью эксцентрикового подшипника является то, что в кинематических парах, образуемых телами качения и сепаратором, действуют значительные усилия. В результате, тела качения смещаются в окружном направлении, и в подшипнике возникает люфт. Кроме того, существует ограничение по величине эксцентриситета, обусловленное значением коэффициента трения между телами качения и кольцами. Недостатком данного вида подшипников является также непостоянное передаточное число механизма, свойственное всем фрикционным передачам.
Известен эксцентриковый подшипник с зубчатыми телами качения (Полезная модель 63476 РФ), содержащий наружное кольцо, снабженное зубчатым венцом с внутренними зубьями и гладкой беговой дорожкой, шестерню, снабженную цилиндрической беговой дорожкой, посаженную на вал, тела качения разного диаметра, выполненные в виде зубчатых колес с внешними зубьями и гладкими беговыми дорожками. Диаметры цилиндрических беговых дорожек и диаметры начальных поверхностей
зубчатых венцов равны или близки между собой. Такой подшипник сохраняет все функции подшипника с гладкими телами качения, но имеет постоянное передаточное число и несколько увеличенный эксцентриситет. Недостаток данного подшипника состоит в том, что его эксцентриситет остается ограниченным. Этот недостаток обусловлен особенностью его конструкции: внутреннее кольцо со всех сторон должно быть охвачено телами качения.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по конструкции является эксцентриковый подшипник (Крохмаль Н.Н. Элементы структурного синтеза, критерии функционирования и расчет основных параметров фрикционных передач с замкнутой системой тел качения. - Дис.... канд. техн. наук. - Курган: КМИ, 1989 г. - с.85, рис.2.10 и с.166, рис.5.7; Волков Г.Ю., Крохмаль Н.Н. Закономерности строения фрикционных механизмов, представляющих собой замкнутую систему тел качения - Известия Вузов. Машиностроение, 1992 г. - №10-12, с.52-57, рис.16.), содержащий наружное кольцо, дополнительное кольцо и четыре ролика, два четных из которых взаимодействуют с наружным кольцом, а два нечетных с дополнительным кольцом, каждый ролик четной группы взаимодействует также с двумя роликами нечетной группы, причем один из роликов четной группы предназначен для закрепления на валу.
Главным недостатком данного механизма является малый эксцентриситет, ограничиваемый величиной коэффициента трения. Кроме того, такой подшипник характеризуется непостоянством передаточного числа, связанным с упругим скольжением.
Сам по себе этот механизм несет все недостатки, свойственные фрикционным передачам, но его усовершенствование позволяет получить конструкцию, превосходящую по своим кинематическим возможностям эксцентриковый подшипник (Полезная модель 63476 РФ) с зубчатыми телами качения.
Предлагается в эксцентриковом подшипнике качения, содержащем наружное кольцо, дополнительное кольцо и четыре ролика, два четных из которых взаимодействуют с наружным кольцом, а два нечетных с дополнительным кольцом, причем каждый ролик четной группы взаимодействует также с двумя роликами нечетной группы, для закрепления на валу использовать один из нечетных роликов. При этом в предлагаемой конструкции наружное кольцо и ролики, помимо цилиндрических беговых дорожек, содержат зубчатые венцы, диаметры начальных окружностей которых равны или близки начальным диаметрам цилиндрических беговых дорожек соответствующего звена.
Такая конструкция подшипника обеспечивает максимальный эксцентриситет наружного кольца относительно вала, возможный по условию расположения ведущей шестерни внутри зубчатого венца. При этом гарантируется постоянство передаточного числа механизма, обеспечиваемое зубчатыми зацеплениями.
В одном конструктивном варианте все ролики четной и нечетной группы имеют зубчатые венцы.
В другом конструктивном варианте ролик, закрепленный на валу, и ролики четной группы имеют зубчатые венцы, а четвертый ролик выполнен гладким.
Для улучшения компоновочных характеристик предлагаемый подшипник содержит одно дополнительное кольцо, расположенное по центру подшипника, внутри наружного кольца, причем наружный диаметр дополнительного кольца меньше диаметра вершин зубчатого венца наружного кольца.
На фиг.1 показан эксцентриковый подшипник, у которого все ролики имеют зубчатые венцы в разрезе по Б-Б и В-В; на фиг.2 - его разрез по А-А; на фиг.3 - разрез по Г-Г подшипника, у которого все ролики снабжены зубчатыми венцами; на фиг.4 - разрез по Г-Г подшипника, у которого один из нечетных роликов выполнен гладким.
Подшипник, изображенный на фиг.1, 2, 3, содержит наружное кольцо 1, дополнительное кольцо 2 и четыре ролика, два четных 4, 6 которые взаимодействуют с наружным кольцом 1, а два нечетных 3 и 5 взаимодействуют с дополнительным кольцом 2. При этом каждый ролик четной группы взаимодействует также с двумя роликами нечетной группы. Один из нечетных роликов, а именно ролик 3, предназначен для закрепления на валу (в частности, выполнен заодно с валом). Наружное кольцо 1 и все ролики, помимо цилиндрических беговых дорожек, содержат зубчатые венцы, диаметры начальных окружностей которых равны или близки начальным диаметрам цилиндрических беговых дорожек соответствующего звена. Ролики 4, 6 четной группы содержат зубчатые колеса 7 и кольца 8, которые крепятся на осях 9 с помощью гаек 10. Предлагаемый подшипник содержит одно дополнительное кольцо 2, расположенное по центру подшипника, внутри наружного кольца 1, причем наружный диаметр дополнительного кольца меньше диаметра вершин зубчатого венца наружного кольца 1. Диаметр цилиндрических беговых дорожек нечетных роликов 3 и 5, взаимодействующих с цилиндрическими беговыми дорожками четных роликов 4, 6 больше диаметра цилиндрических беговых дрожек, на которые опирается дополнительное кольцо 2. Наружное кольцо 1 подшипника жестко связано с кронштейном 11, образуя совместно с ним шатун, который шарнирно связан с ползуном 12, взаимодействующим со стойкой 13.
1
1
h
2
1
1
2
1
Эксцентриковый подшипник работает следующим образом. При движении вала 1, вращающегося с угловой скоростью ω, тела качения 3, 5 катятся по наружному кольцу 1. Система тел качения совершает совместное переносное вращение также, как если бы они были связаны единым водилом. Передаточное число механизма U=ω/ω=1+(z/z), где z и z - соответственно числа зубьев вала и наружного кольца. Для механизма, изображенного на фиг.1, 2, 3 U=3,8. Ползун 12 совершает возвратно-поступательное движение с частотой ν=ω/2π·U. Дополнительные кольца 2,
опирающиеся на ролики нечетной группы 3, 5 служат для того, чтобы ни при каком направлении приложения сил ролик 3, предназначенный для закрепления на валу, не сместился относительно наружного кольца 1 в радиальном направлении.
Подшипник, показанный на фиг.4 отличается от предыдущего тем, что ролик 3, закрепленный на валу, и ролики 4, 6 четной группы имеют зубчатые венцы, а ролик 5 выполнен гладким. При этом ролик 5 своими цилиндрическими беговыми дорожками взаимодействует с цилиндрическими беговыми дорожками роликов 4, 6 и с дополнительным кольцом 2. Данный подшипник работает аналогично предыдущему.
Предложенный эксцентриковый подшипник выполняет функции опоры качения, редуктора и эксцентрика одновременно, что существенно упрощает конструкцию и технологию изготовления привода. При этом предлагаемая конструкция имеет увеличенный эксцентриситет, что расширяет ее кинематические возможности по сравнению с известными фрикционными и зубчатыми эксцентриковыми подшипниками качения.
Данный подшипник может применяться в приводах насосов, в различных механизмах сельскохозяйственной техники, а также в любых других механизмах для получения возвратно-поступательного движения. Основной эффект от его применения заключается в том, что в приводе не нужен редуктор.