ПОДШИПНИК РОЛИКОВЫЙ РАДИАЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к конструкциям подшипников роликовых радиальных, которые могут быть использованы для монтажа узлов опор роторов газотурбинных двигателей.
Подшипник может быть установлен на базовые поверхности опор и эффективно работать как при вращении одного из колец (при вращении одного вала и при посадке второго кольца на неподвижную опору), так и при вращении двух колец одновременно (когда он расположен между двух валов и является межвальным).
Необходимо отметить, что межвальные подшипники, которые находятся между двух валов газотурбинного двигателя, в процессе работы двигателя бывают недозагружены. В данной ситуации ролики «зависают», то есть, они не контактируют с двумя кольцами одновременно, а прижимаются к внешнему кольцу и частота их вращения относительно оси подшипника стремится к частоте вращения внешнего кольца. Однако при изменении режимов работы двигателя при перегрузках и эволюциях самолета нагрузки на подшипники могут увеличиваться. В момент контакта тел качения с двумя кольцами подшипника ролики начинают вращаться с частотой, равной половине суммы частот роторов и частота их вращения должна снизиться (если частота вращения внешнего кольца больше чем внутреннего) и в этот момент их начинает тащить сепаратор, который вместе с роликами в период их зависания получил большую скорость.
Отмеченное выше обуславливает большие динамические нагрузки и проскальзывание роликов относительно дорожек качения колец подшипников, что снижает срок их службы за счет износа роликов, колец и сепаратора и вызывает ударные нагрузки.
Поэтому весьма актуальной задачей является разработка конструкции роликового радиального подшипника, обеспечивающей при его недозагруженности на всех режимах эксплуатации постоянный контакт части роликов с кольцами, что позволит исключить проскальзывание роликов относительно колец в период повышения нагрузки.
Известен подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца и размещенные между ними тела качения. На торце колец выполнены резьбовые отверстия для крепления шайбы, фиксирующей подшипник в подшипниковом узле
При монтаже подшипника качения в подшипниковом узле, наружное кольцо устанавливают в посадочное место корпуса, а внутреннее - на посадочное место вала, причем кольца подшипника устанавливают на посадочных местах без натяга, в кольцах выполняют резьбовые отверстия, при помощи которых к подшипнику крепят шайбу.
(см. патент РФ №2006709, кл. F16С 35/06, 1994 г.)
В результате анализа выполнения данного подшипника необходимо отметить, что его конструкция при динамических нагрузках не обеспечивает постоянного контакта части тел качения с дорожками колец, что вызывает повышенный износ тел качения и дорожек колец.
Известен подшипник радиальный роликовый, содержащий внутреннее и наружное кольца, между которыми размещены собранные в сепараторе элементы качения - ролики. Наружное кольцо подшипника выполнено с овальным посадочным диаметром, величина которого определяется как разность диаметров наружного кольца в двух сечениях по формуле
max
min
Δ=D-D
max
где D - максимальная величина овального посадочного диаметра наружного кольца;
min
D - минимальная величина овального посадочного диаметра наружного кольца.
Для обеспечения овальности беговой дорожки наружного кольца оно устанавливается в цилиндрическое отверстие корпуса опоры, диаметр которого определяется выражением:
отв
max
отв,
π
D=2DE(k)/ где D - диаметр цилиндрического отверстия корпуса опоры;
max
D - максимальная величина овального посадочного диаметра наружного кольца;
Е(к] - эллиптический интеграл 2-го рода.
При этом модуль эллиптического интеграла определяется выражением:
2
2
min
max
k=1-(D/D).
max
Δ
При установке наружного кольца в посадочное отверстие опоры его ориентируют относительно направления действия радиальной нагрузки на опору, при этом, больший диаметр кольца (D) располагают перпендикулярно линии действия радиальной нагрузки. При этом происходит деформация наружного кольца - увеличение диаметра по направлению линии действия радиальной нагрузки и уменьшение в направлении, перпендикулярном линии действия. Сумма деформаций в двух направлениях обеспечивает овализацию беговой дорожки с величиной овальности . При этом минимальное значение радиального зазора в подшипнике с овальным наружным кольцом будет равно:
min
0
max
отв
g=g-(D-D)
min
где. g - минимальное значение радиального зазора в подшипнике;
0
g - величин овальности наружного кольца подшипника.
max
min
Δ
Максимальное значение зазора будет равно: g=9+.
max
min
Δ
Изменение радиального зазора в зоне нагружения от g до g обеспечит увеличение количества роликов, воспринимающих радиальную нагрузку, и, тем самым, снижение контактных напряжений. Вследствие этого уменьшается опасность возникновения проскальзывания роликов и увеличивается долговечность подшипника. Оптимальное значение овальности  устанавливается по зависимости долговечности от величины овальности кольца.
(см. патент РФ на полезную модель №101120 кл. F16C 19/22, 2011 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данного подшипника необходимо отметить, что его конструкция обеспечивает контакт с наружным и внутренним кольцами определенного количества роликов, что уменьшает проскальзывание и увеличивает долговечность подшипника. Однако, для данной конструкции подшипника характерны сложность его изготовления и монтажа, а также невозможность полного предотвращения проскальзывания роликов на всех режимах эксплуатации для случая вращения внешнего кольца или двух колец одновременно (межвальный), когда зазор подшипника существенно увеличивается за счет действия центробежных сил и нет механизма, обеспечивающего постоянный контакт роликов с двумя кольцами одновременно.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение долговечности подшипника и эффективности его работы на динамических режимах за счет обеспечения гарантированного контакта определенного количества роликов с дорожками колец подшипника и устранения проскальзывания роликов относительно дорожек колец.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в подшипнике роликовом радиальном, содержащем наружное и внутреннее кольца и расположенные между ними тела качения, новым является то, что на одном из колец, имеющем возможность вращения при смонтированном подшипнике, имеется груз, причем груз выполнен в виде штырей, соосно установленных на торцах данного кольца или в виде выступов, выполненных соосно на торцах данного кольца.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 - подшипник, общий вид;
- на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1;
- на фиг.3 - вид Б по фиг.1;
Подшипник роликовый радиальный содержит наружное 1 и внутреннее 2 кольца, между которыми расположены тела качения (ролики) 3.
На одном из колец подшипника, которое имеет возможность вращения при смонтированном на опорах подшипнике, например, наружном кольце 1 навешена масса в виде груза. Данная масса может быть выполнены в виде двух грузов - штырей (не показаны), зафиксированных в соосных отверстиях, выполненных в торцах наружного кольца подшипника.
При серийном изготовлении подшипников, грузы могут быть выполнены в виде соосных выступов 4 на торцах кольца.
Данные грузы при вращении кольца являются неуравновешенной массой. Наличие неуравновешенной массы (грузов) на наружном (или внутреннем, если оно является вращающемся при установленном на опорах подшипнике) кольце подшипника приводит к тому, что при вращении кольца происходит его смещение, направленное в сторону центробежной силы от неуравновешенной массы кольца, что приводит к устранению зазора с противоположной стороны кольца, а также происходит овализация кольца и на малой оси овала, перпендикулярной направлению действия центробежной силы, где диаметр кольца уменьшается, люфт подшипника будет также устранен и ролики будут контактировать одновременно с двумя кольцами на трех участках кольца (практически на половине кольца), т.е. будет образовываться натяг между кольцами 1 и 2 и телами качения 3, что обеспечивает гарантированный контакт тел качения с дорожками колец на половине кольца.
Для реализации возможности перемещения и овализации вращающегося кольца его установка на посадочное место должна производиться с зазором, позволяющим обеспечить натяг роликов при смещении кольца и увеличение диаметра кольца по большой оси овала, причем кольцо в осевом направлении должно быть свободным.
С одной или двух сторон подшипника размещают стопорные кольца.
Для устранения проворота кольца подшипника относительно вала, на котором он установлен, до достижения максимальной частоты его вращения, штыри или выступы 4 могут входить в пазы, выполненные на вращающейся опоре.
Минимальный зазор между кольцом подшипника и посадочным местом (опорой - валом) должен быть равен зазору подшипника. В случае, если он будет больше то будет реализовываться овализация кольца, что повысит эффективность мероприятия по созданию натяга роликов, так как она будет в этом случае реализовываться на трех участках кольца и устранит возможность проскальзывания роликов.
Расчет массы грузов осуществляется по известным методикам и может быть проведен специалистами в данной области техники.
Так при массе грузов на внешнем кольце, равной 0.89 г подшипника типоразмера 95×130×18 мм при частоте вращения кольца 13300 об/мин. центробежная сила от неуравновешенной массы составляет 107 Н или 10.9 кг.
При такой центробежной при радиальном перемещении наружного кольца произойдет зажим роликов с противоположной его стороны и с этого момента начинается овализация кольца. Овализация кольца в этом случае составляет 130 мкм. Это позволяет обеспечить гарантированный контакт части роликов с дорожками колец.
Кроме этого, при вращении двух колец подшипника неуравновешенная масса может быть создана и на внутреннем кольце, при обеспечении зазора между внутренним кольцом и посадочным местом.
Применение данного подшипника при овализации одного вращающегося кольца подшипника под действием центробежных сил за счет использования неуравновешенной массы на вращающемся кольце позволяет обеспечить повышение долговечности подшипника и эффективность его работы на динамических режимах за счет обеспечения гарантированного контакта определенного количества роликов с дорожками колец подшипника и устранения проскальзывания роликов относительно дорожек колец.