ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ РАДИАЛЬНО-УПОРНЫЙ
RADIAL-THRUST ROLLING BEARING

Изобретение относится к производству всех изделий, в которых ставится задача увеличения ресурса работы радиально-упорных подшипников, и может быть использовано в подшипниковой промышленности при изготовлении радиально-упорных подшипников с большим ресурсом. В качестве аналога принят патент США №3,124,396 на подшипник качения, в котором вместо сепаратора используются разделители типа цилиндров, а для закрепления и удержания цилиндров используются удерживающие кольца. Большое количество контактируемых деталей подшипника неизбежно приводит к большим потерям на трение скольжения, что снижает ресурс работы подшипника. Сложность сборки приводит к неоправданно высокой стоимости подшипника.
В качестве прототипа принят патент №002947 на подшипник чистого качения и его варианты в части формы и конструкции фиксирующих элементов. Фиксирующие элементы фиксируются удерживающими кольцами, которые в совокупности заменяют сепаратор с трением скольжения между шариками и сепаратором. Точечные контакты, заявленные в прототипе, не ликвидируют трение скольжения, а приводят к большим контактным давлениям. Трение скольжения возникает всегда, когда скорости разных деталей в общей точке контакта различаются по величине, по направлению либо различаются и по величине, и по направлению. В подшипнике не предусмотрена выборка зазоров между шариками и кольцами подшипника, что приводит к нестабильному положению оси вращения подшипника. В подшипнике чистого качения максимальные диаметры фиксирующих элементов меньше диаметра шариков, что при возможных контактах приводит к большим скоростям вращения фиксирующих элементов и к увеличению трения скольжения.
Предлагаемая конструкция подшипника качения радиально-упорного представляет собой наружное и внутреннее кольца подшипника, между которыми определенным образом расположены цилиндрические ролики и шарики. На чертеже обозначены:
1 - наружное кольцо подшипника;
2 - внутреннее кольцо подшипника;
3 - ролики подшипника;
4 - шарики подшипника;
5 - кольцевые канавки для обката роликов;
6 - кольцевые канавки для обката шариков;
7-буртики.
На чертеже представлен подшипник, в котором между двумя ближайшими роликами 3 расположен один шарик 4. В общем случае количество шариков 4 между двумя ближайшими роликами 3 равно максимальному количеству шариков, которое располагается в первой паре кольцевых канавок 5, в один ряд, параллельно оси подшипника и определяется шириной первой пары кольцевых канавок 5. Увеличивая количество шариков 4 между двумя ближайшими роликами 3, мы увеличиваем длину роликов 3 и повышаем его грузоподъемность по отношению к радиальной нагрузке. Грузоподъемность по отношению к осевой нагрузке при этом не меняется. При радиальной нагрузке на подшипник вращение в подшипнике происходит при обкате цилиндрических роликов 3 между кольцевыми канавками 5. Диаметр роликов 3 больше диаметра шариков 4 как минимум на величину максимальных контактных деформаций, что обеспечивает передачу радиальной нагрузки через ролики 3. Расположение шариков 4 в кольцевых канавках 5 между ближайшими роликами 3 исключает их контакты между собой.
Шарики 4 при радиальной нагрузке представляют улучшенный сепаратор, поскольку позволяют минимизировать затраты энергии на контакты с шариками 4. Каждый шарик в случае контакта с роликом может вращаться вокруг любой из осей, проходящей через центр шарика, и эти оси у одновременно контактируемых шариков могут не совпадать. Такими возможностями не обладают существующие сепараторы, в которых все контакты роликов с сепаратором должны учитываться при определении потерь на трение. Замена сепаратора на шарики по существу означает замену трения скольжения с сепаратором на трение качения с шариками или перераспределение трения качения и трения скольжения с уменьшением общих потерь на трение.
При осевой нагрузке на подшипник подвижное кольцо подшипника перемещается в направлении оси подшипника. Длина роликов 3, ширина кольцевых канавок 5, диаметр шариков 4 и расположение канавок 5 и 6 подобраны так, что при осевой нагрузке на подшипник первоначально выбирается зазор между шариками 4 и кольцевыми канавками 6 и шарики 4 становятся телами качения. В таком положении с выбранными осевыми зазорами подшипник изображен на чертеже. Свобода перемещения шариков 4 при этом уменьшается, а потери на трение скольжения увеличиваются. Это увеличение потерь необходимо учитывать при относительно больших осевых нагрузках на подшипник по сравнению с радиальными нагрузками, поскольку радиальная нагрузка воспринимается одним или двумя роликами 3, а осевая нагрузка воспринимается всеми шариками 4 приблизительно в равной степени. В общем случае, то есть при действии на подшипник как радиальной, так и осевой нагрузок шарики 4 и ролики 3 одновременно выполняют функции тел качения и сепаратора.
В предложенной конструкции подшипника потери на трение уменьшены благодаря применению шариков 4 вместо сепаратора и исключению контактов между торцами цилиндрических роликов 3 и кольцевыми канавками 5. Шарики 4 можно выполнить пустотелыми и из материала с малым удельным весом, что позволит в еще большей степени уменьшить потери на трение скольжения.
Шарики 4 и ролики 3 при малой величине буртиков 7 и достаточно больших размерах подшипника могут запрессовываться при сборке подшипников, что упростит конструкцию подшипников и позволит снизить стоимость их изготовления.
Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в увеличении ресурса работы подшипников, в снижении потерь на трение и снижении трудоемкости изготовления подшипников.
Экономический эффект подсчитать не представляется возможным вследствие отсутствия статистически обоснованных исходных и сравнительных данных.