ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ ОПРОКИДЫВАЮЩЕГО МОМЕНТА
BEARING UNIT FOR PERCEPTION OF OVERTURNING MOMENT

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к узлам зубчатых передач с пересекающимися или перекрещивающимися валами, к сельскохозяйственному машиностроению, к подшипникам для почвообрабатывающих дисков сельскохозяйственных машин и орудий.
Известны конструкции подшипниковых узлов почвообрабатывающих дисков сельскохозяйственных орудий, в корпусах которых на радиально-упорных подшипниках закреплена ось с почвообрабатывающим диском, причем подшипники установлены широкой стороной наружных колец навстречу друг другу [полезная модель №75820, A01B 21/08; 82404, A01B 7/00]. Решение обеспечивает жесткость опоры при восприятии опрокидывающего момента, когда реакции на опорах разнонаправлены, но наличие минимального зазора в подшипниках приводит к перекосу колец подшипников, что снижает несущую способность комплекта подшипников и вызывает необходимость частой регулировки зазора в комплекте подшипников.
Наиболее близким техническим решением является предложение по установке спаренных радиально-упорных подшипников с заранее установленным зазором, выбираемым при затяжке и создающим предварительный натяг [Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн.22./ Под. ред. П.Н.Учаева. - 3-е изд., исправл. - М.: Машиностроение, 1988; Предварительный натяг, с.432…433].
Решение исключает взаимный перекос колец подшипников при приложении опрокидывающего момента, когда реакции опор противоположно направлены, но до того, пока не образуется зазор в узле. Для устранения зазора в узле требуется его разборка.
Задачей изобретения является повышение несущей способности подшипникового узла в условиях действия опрокидывающего момента.
Указанная задача решается тем, что в известном подшипниковом узле [Орлов П.И., с.432…433], содержащем корпус и вал (ось), установленный в корпус посредством как радиально-упорных, так и упорно-радиальных роликовых или шариковых подшипников, размещенных широкой стороной наружных колец навстречу друг другу у подшипников исключается взаимный перекос их колец, посредством установки подшипников или (и) в шаровые опоры с возможностью обеспечения их самоустанавливаемости, или(и) с упором в подвижную направляющую подшипника, соединенной с упругим элементом с возможностью обеспечения гарантированного натяга, а подбор угла контакта подшипника обеспечивает получение наибольшего реактивного момента (момента реакции связи).
На чертеже представлен вариант схемы установки подшипников в опорах.
Подшипниковый узел для восприятия опрокидывающего момента содержит корпус 1 вал или ось 2, установленный в корпусе посредством радиально-упорных или упорно-радиальных подшипников 3 и 4. Подшипники могут быть как роликовыми или шариковыми подшипниками качения, так и подшипниками скольжения.
Подшипники установлены в корпус с возможностью обеспечения их самоустанавливаемости, в частности в шаровой опоре 5, а на валу жестко, без возможности перекоса внутреннего кольца подшипника относительно вала (оси). Возможна установка подшипника 3 с упором в направляющую подшипника 6, соединенной с упругим элементом 7, выполненным в частности в виде тарельчатой или кольцевой пружины, с возможностью обеспечения гарантированного натяга. Направляющей подшипника может служить само подвижное кольцо подшипника, особенно при малых углах контакта и широких сериях подшипников. Угол контакта (α) подшипников связан с размерами подшипника и узла соотношением:
2
α=arctgD/(Kl),
где D - средний диаметр подшипника;
н
в
н
в
D=(D+d)/2, D - диаметр наружного кольца; d - диаметр внутреннего кольца;
l - расстояние между серединами наружных колец;
K - коэффициент натяга подшипника, 1≤K≤2.
При данном угле контакта подшипников реакция опоры перпендикулярна плечу ее действия и создает максимальный реактивный момент (момент реакции опоры) и тем, самым, при данных конструктивных размерах обеспечивает достижение наивысшей несущей способности подшипникового узла. Поскольку углы контакта подшипников имеют конечное количество значений, то или при заданных габаритах узла выбирают значение угла контакта, наиболее близкое расчетному, или изменяют расстояние между серединами наружных колец, т.е. изменяют габариты узла, или изменяют натяг подшипника - соотношение между осевой и радиальной силами, действующих в подшипнике. Или(и) подвижная обойма подшипника 3, или(и) направляющая 6 подшипника установлены на вал с натягом так, что они обладают свойством фрикционного элемента. Перемещение обоймы при устранении зазора в подшипниковом узле осуществляется пружиной 7, которая предварительно преодолевает силу трения фрикционного элемента. Тогда сила натяга подшипников будет равна разности силы действия пружины и силы трения фрикционного элемента. Для увеличения зазора к подшипнику должна быть приложена сила равная сумме сил трения и действия пружины. Разница между силой, необходимой для увеличения зазора в подшипниковом узле и силой, необходимой для натяга подшипника будет равна удвоенной силе трения фрикционного элемента.
При воздействии максимального опрокидывающего момента, осевая составляющая реакции опоры должна быть меньше суммы сил трения фрикционного элемента и действия пружины, чтобы не могло возникнуть перемещения подшипника и увеличения зазора в узле.
Таким образом, сила натяга подшипника под воздействием опрокидывающего момента будет изменяться от минимального значения, равного разности сил действия пружины и трения фрикционного элемента, до максимального, равного сумме сил трения и действия пружины; минимальный натяг не зависит от приложенного опрокидывающего момента, максимальный определяется приложенным моментом. Причем при применении кольцевых пружин увеличению зазора препятствует и сила трения внутри самой кольцевой пружины.
Уменьшение чрезмерного натяга уменьшает потери энергии на трение в узле.
Работа подшипникового для восприятия опрокидывающего момента осуществляется следующим образом.
опр.
При приложении опрокидывающего момента (М) в опорах возникают реакции опор R1 и R2, которые, только при приложении момента, равны, параллельны и противоположно направлены.
В этих условиях и при наличии зазора в подшипниках происходит взаимный перекос внутренних и наружных колец подшипников, возникают нагрузки, особенно резко в роликовых подшипниках, значительно превышающие рабочие. Самоустановка наружных колец, обеспечиваемая установкой их в сферические опоры (5), исключает взаимный перекос колец, даже при наличии зазора. При гарантированном натяге в подшипниковом узле с коротким корпусом, обеспечивающим меньшую материалоемкость, условия работы подшипников близки к условиям, когда реакции опор однонаправлены, а изгиб вала и корпуса очень незначительны и следовательно незначителен и вызываемый изгибом перекос сечений и, соответственно, колец подшипников. Причем беззазорная или с небольшим натягом установка подшипников обеспечивает получение их максимальной несущей способности.