ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Настоящая полезная модель относится к высокоскоростным подшипникам качения с повышенной долговечностью, и может быть использована в различных областях техники, в частности, в криогенной технике, в шпиндельных механизмах, в гироскопах, в центрифугах, в современной бытовой технике, а именно во всех областях техники, в которых требуются высокоскоростные подшипники с большим ресурсом работы. Настоящая полезная модель направлена на значительное уменьшение воздействия центробежных сил на элементы подшипника при больших частотах вращения вала. Известны подшипники различного выполнения, предназначенные для уменьшения воздействия различных нагрузок на детали подшипника (см. WO 0210599, ЕР 1227255(А2), KR 20020078140 (А).
Известен шариковый подшипник, содержащий подвижное и неподвижное кольца и размещенный между ними ряд шариков с сепаратором и снабженный смонтированным на валу между кольцами и закрепленным неподвижно на подвижном кольце магнитным кольцом с толщиной, соответствующей высоте сепаратора, и с канавкой на его наружной цилиндрической поверхности (см. патент РФ 2076959).
Известное изобретение описывает упорный подшипник и может иметь ограниченное применение. Вследствие того, что замыкающийся через магнитную систему в целом (магнитное кольцо - тела качения - кольца подшипника - немагнитная прокладка - валы - воздушные зазоры) магнитный поток не является локализованным в области тел качения, сила притяжения шариков в сторону оси вращения подшипника будет небольшой, поэтому эффект от влияния магнита на увеличения долговечности подшипника будет незначительным, в особенности при высоких скоростях вращения.
Известен подшипник качения, содержащий внутреннее кольцо, наружное кольцо, выполненное из двух частей, подпружиненных между собой, сепаратор и тела качения, установленные между кольцами (см. патент РФ 2137953).
Целью известного подшипника и осуществляемого с его помощью соответствующего способа является передача крутящего момента путем использования сепаратора в качестве водила планетарного механизма в виде втулки, монтажные поверхности которого имеют эллипсный контур. Конструкция известного подшипника не предназначена для работы при высоких частотах вращения вала.
По мнению заявителя, наиболее близким по достигаемой цели является решение о магнитной разгрузке тел качения от действия центробежных сил, заключающееся в том, что магнитную систему формируют на основе стандартных конструктивных элементов непосредственно опоры и магнитной вставки, функционально являющейся источником постоянного магнитного поля. Магнитную вставку кинематически связывают с одним из базовых элементов опоры, функционально являющимся кольцом подшипника качения, и размещают в области тел качения со стороны оси вращения опоры. Для формирования магнитной системы в целом из стандартных элементов используют только тела качения. Магнитную вставку конструктивно, а также технологически формируют так, что эффективная часть создаваемого ей магнитного потока, обеспечивающая притяжение тел качения в направлении оси вращения, превышает ту часть магнитного потока, которая приходится на потоки рассеяния, не используемые для упомянутого притяжения (см. патент РФ 2348839).
В известном решении достигают снижение трения при выходе на рабочий режим эксплуатации за счет увеличения сил магнитного притяжения тел качения, противодействующих центробежным силам, даже при значительно уменьшенных массогабаритных параметрах.
3
Однако, конструкция подшипникового устройства достаточно сложная, требующая применения неординарных технологических приемов, приводящая к нарушению точности изготовления, как следствие к нерасчетным режимам работы. Кроме того, сила притяжения шариков в сторону оси вращения подшипника для самого сильного магнита, например, магнита из сплава неодим-железо-бор с энергетическим произведением 380 кДж/м, достаточна для увеличения долговечности подшипника не более, чем на 15-20%, и не может эффективно справляться с отрицательным влиянием центробежных сил тел качения на долговечность наружного кольца подшипника, и, следовательно, подшипника в целом.
Задачей настоящей полезной модели является создание подшипника качения повышенной долговечности, работающего при высоких скоростях вращения вала, при которых удельные осевые и радиальные нагрузки, действующие на каждое тело качения, не превышают центробежные силы. При этом подшипник может быть выполнен в виде упорного, радиально-упорного или упорно-радиального и радиального подшипника.
Кроме того, задачей настоящей полезной модели является создание подшипника качения высокой технологичности, с уменьшенными эксплуатационными расходами, имеющего пониженные степени износа и вибрации.
Дополнительной задачей настоящей полезной модели является создание подшипника качения, который позволяет обеспечить возможность получения высокоскоростного шпинделя высокой жесткости с большим диаметром вала.
Для решения указанных и других задач согласно настоящей полезной модели подшипник качения с разгрузкой от действия центробежных сил содержит внутреннее и наружное кольца, установленные с возможностью относительного вращения и выполненные с кольцевыми дорожками качения на оппозитно расположенных рабочих поверхностях, в которых размещены тела качения в контакте с соответствующими участками поверхности упомянутых дорожек, наружное кольцо выполнено из двух кольцевых частей с образованием между ними зазора, имеющих дорожку качения, действующих посредством давления на тела качения в стационарном режиме работы путем их поджатия к телам качения и контактирования их наружных дорожек качения с телами качения при установке подшипника в рабочее положение, что приводит к уменьшению максимального напряжения в кольцах подшипника, возникающего под воздействием центробежных сил тел качения, при больших частотах вращения вала.
В другом варианте осуществления устройства согласно настоящей полезной модели подшипник качения с разгрузкой от действия центробежных сил содержит кольца, установленные с возможностью относительного вращения и выполненные с кольцевыми дорожками качения на рабочих поверхностях, в которых размещены тела качения в контакте с соответствующими участками поверхности упомянутых дорожек, по меньшей мере, два кольца подшипника действуют посредством давления на тела качения в стационарном режиме работы и контактируют наружными дорожками качения с телами качения, по меньшей мере, одно из которых действует путем поджатия к телам качения при установке подшипника в рабочее положение, а другое кольцо выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, что приводит к уменьшению максимального напряжения в кольцах подшипника, возникающего под воздействием центробежных сил тел качения, при больших частотах вращения вала.
Дополнительно, указанное одно кольцо представляет собой наружное кольцо, а подшипник снабжен дополнительным наружным кольцом, представляющим собой ограничитель смещения силового упругого кольца.
Кроме того, указанное одно кольцо представляет собой наружное кольцо, выполненное из двух кольцевых частей, имеющих зазор между их боковыми внутренними поверхностями, указанное одно кольцо представляет собой наружное кольцо, выполненное, по меньшей мере, из двух кольцевых частей, по меньшей мере, две из которых взаимодействуют между собой посредством боковых поверхностей.
Дополнительно, в одном из вариантов осуществления устройства, подшипник качения содержит три кольца.
Сущность настоящей полезной модели будет более понятна при ознакомлении с последующим описанием предпочтительных вариантов выполнения подшипника с учетом сопроводительных чертежей, на которых:
На Фиг.1 - представлено сечение, вид сбоку на радиально-упорный и радиальный шариковый подшипник 1-1, в котором наружное кольцо выполнено из двух кольцевых частей, установленных с зазором между их боковыми внутренними поверхностями, и углы контакта тел качения с указанными обеими частями наружного кольца приблизительно равны между собой, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.2 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-1 по Фиг.1.
На Фиг.3 - представлена схема сил, действующих на радиальный шариковый подшипник 1-1 по Фиг.1.
На Фиг.4 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный шариковый подшипник 1-1 по Фиг.1.
На Фиг.5.- - представлено сечение, вид сбоку на радиально-упорный и радиальный шариковый подшипник 1-2, в котором наружное кольцо выполнено из двух кольцевых частей, установленных с зазором между их боковыми внутренними поверхностями, и углы контакта тел качения с указанными обеими частями наружного кольца не равны между собой, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.6 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-2 по Фиг.5.
На Фиг.7 - представлено сечение, вид сбоку на двухрядный радиально-упорный и радиальный шариковый подшипник 1-2, функционально состоящий из двух подшипников по Фиг.5.
На Фиг.8 - представлена схема сил, действующих на радиальный шариковый двухрядный подшипник 1-2 по Фиг.7.
На Фиг.9 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный шариковый двухрядный подшипник 1-2 по Фиг.7.
На Фиг.10 - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника 1-1 с внутренним диаметром 35 мм, наружным диаметром 55 мм и высотой 10 мм по Фиг.1 - Фиг.2 к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при осевой силе 125 Н, радиальной силе 50 Н и различной силе осевого сжатия частей наружного кольца: кривая 1 - 500 Н, кривая 2 - 700 Н, кривая 3 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.11. - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника 1-1 по Фиг.1 - Фиг.2 и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.10: кривая 1 - 500 Н, кривая 2 - 700 Н, кривая 3 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.12.- представлено сечение, вид сбоку на радиально-упорный шариковый подшипник 1-3, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.13 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-3 по Фиг.12.
На Фиг.14 - представлена схема сил, действующих на подшипник 1-3 по Фиг.12.
На Фиг.15. - представлено сечение, вид сбоку на радиально-упорный шариковый подшипник 1-4, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, а подшипник снабжен дополнительным наружным кольцом, представляющим собой ограничитель смещения силового упругого кольца, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.16 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-4 по Фиг.15.
На Фиг.17 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный шариковый подшипник 1-4 по Фиг.15, в котором ограничитель смещения силового упругого кольца встроен в наружное кольцо подшипника.
На Фиг.18 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный шариковый подшипник 1-4 по Фиг.15, в котором ограничитель смещения силового упругого кольца прижат к наружному кольцу подшипника.
На Фиг.19 - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника 1-3 и 1-4 с внутренним диаметром 35 мм, наружным диаметром 55 мм и высотой 10 мм по Фиг.12 - Фиг.13 и Фиг.15 - Фиг.16 к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при осевой силе 125 Н, радиальной силе 50 Н и различной силе, с которой силовое кольцо действует на каждый шарик: кривая 1 - 60 Н, кривая 2 - 100 Н, кривая 3 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.20 - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника 1-3 и 1-4 по Фиг.12 - Фиг.13 и Фиг.15 - Фиг.16 и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.19: кривая 1 - 60 Н, кривая 2 - 100 Н, кривая 3 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.21. - представлено сечение, вид сбоку на радиально-упорный и радиальный шариковый подшипник 1-5, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, наружное кольцо подшипника выполнено из двух кольцевых частей, установленных с зазором между их боковыми внутренними поверхностями, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.22 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-5 по Фиг.21.
На Фиг.23 - представлена схема сил, действующих на радиальный шариковый подшипник 1-5 по Фиг.21.
На Фиг.24 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный шариковый 1-5 подшипник по Фиг.21.
На Фиг.25 - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника 1-5 с внутренним диаметром 35 мм, наружным диаметром 55 мм и высотой 10 мм по Фиг.21 - Фиг.22 к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при осевой силе 125 Н, радиальной силе 50 Н, силе 120 Н, с которой силовое кольцо действует на каждый шарик, и различной силе осевого сжатия частей наружного кольца: кривая 1 - 550 Н, кривая 2 - 700 Н, кривая 3 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.26. - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника 1-5 по Фиг.21 - Фиг.22 и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.24: кривая 1 - 550 Н, кривая 2 - 700 Н, кривая 3 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.27. - представлено сечение, вид сбоку на радиально-упорный и радиальный шариковый подшипник 1-6, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, наружное кольцо подшипника выполнено из трех кольцевых частей, взаимодействующих между собой посредством боковых поверхностей, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.28 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-6 по Фиг.27.
На Фиг.29 - представлена схема сил, действующих на радиальный шариковый подшипник 1-6 по Фиг.27, наружное кольцо подшипника выполнено из двух кольцевых частей, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.30 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный шариковый подшипник 1-6 по Фиг.27, наружное кольцо подшипника выполнено из трех кольцевых частей, одна из которых встроена в другую, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.31 - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника 1-6 с внутренним диаметром 35 мм, наружным диаметром 55 мм и высотой 10 мм по Фиг.27 - Фиг.28 к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при осевой силе 125 Н, радиальной силе 50 Н, и различной силе, с которой силовое кольцо действует на каждый шарик: кривая 1 - 60 Н, кривая 2 - 80 Н, кривая 3 - без силового кольца, кривая 4 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.32. - представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника 1-6 по Фиг.27 - Фиг.28 и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.31: кривая 1 - 60 Н, кривая 2 - 80 Н, кривая 3 - без силового кольца, кривая 4 - обычный радиально-упорный подшипник.
На Фиг.33. - представлено сечение, вид сбоку на радиальный роликовый подшипник 1-7, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, наружное кольцо подшипника выполнено из трех кольцевых частей, взаимодействующих между собой посредством боковых поверхностей, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.34 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-7 по Фиг.33.
На Фиг.35 - представлена схема сил, действующих на радиальный роликовый подшипник 1-7 по Фиг.33, наружное кольцо подшипника выполнено из двух кольцевых частей, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.36 - представлена схема сил, действующих на радиальный роликовый подшипник 1-7 по Фиг.33, наружное кольцо подшипника выполнено из трех кольцевых частей, одна из которых встроена в другую, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.37. - представлено сечение, вид сбоку на радиально-упорный роликовый подшипник 1-8, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, наружное кольцо подшипника выполнено из трех кольцевых частей, взаимодействующих между собой посредством боковых поверхностей, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.38 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-8 по Фиг.37.
На Фиг.39 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный роликовый подшипник 1-8 по Фиг.37, наружное кольцо подшипника выполнено из двух кольцевых частей, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.40 - представлена схема сил, действующих на радиально-упорный роликовый подшипник 1-8 по Фиг.37, наружное кольцо подшипника выполнено из трех кольцевых частей, одна из которых встроена в другую, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.41. - представлено сечение, вид сбоку на упорный шариковый подшипник 1-9, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, подшипник содержит три кольца, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.42 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-9 по Фиг.41.
На Фиг.43 - представлена схема сил, действующих на упорный шариковый подшипник 1-9 по Фиг.41.
На Фиг.44. - представлено сечение, вид сбоку на упорный роликовый подшипник 1-10, в котором одно из колец выполнено в виде силового упругого кольца с дорожкой качения с возможностью свободного вращения и установлено с созданием натяга при стационарном режиме работы по внешнему контуру на тела качения с обеспечением поджатия тел качения в сторону оси вращения, подшипник содержит три кольца, а конические ролики имеют широкую сторону в форме полусферы или половины эллипсоида, в соответствии с настоящей полезной моделью.
На Фиг.45 - представлено сечение, вид спереди на подшипник 1-10 по Фиг.44.
На Фиг.46 - представлена схема сил, действующих на упорный роликовый подшипник 1-10 по Фиг.44.
На Фиг.47 - представлена первая схема размещения подшипников 1-5 по Фиг.21 - Фиг.22 в шпинделе при осевой силе 125 Н, радиальной силе 5 Н, сжимающей силе 700 Н.
На Фиг.48 - представлена вторая схема размещения подшипников 1-5 по Фиг.21 - Фиг.22 в шпинделе при осевой силе 125 Н, радиальной силе 5 Н, сжимающей силе 700 Н.
Рассмотрим конструктивное исполнение подшипника качения.
На Фиг.1 и Фиг.2 (п.2 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиального или радиально-упорного шарикового подшипника 1-1. Подшипник 1-1 имеет цельное внутреннее кольцо 2 с дорожкой качения и наружное кольцо 3, выполненное в виде двух частей 4 и 5, каждая из которых имеет дорожку качения. Между внутренним 2 и наружным 3 кольцами установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой шарики 6, расположенные в сепараторе 7. Две части 4 и 5 наружного кольца установлены с образованием между ними зазора 8. Углы контакта тел качения с указанными обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 приблизительно равны между собой.
На Фиг.3 и Фиг.4 показаны схемы распределения сил, действующих на подшипник 1-1, из которых видно, что подшипник 1-1 может быть как радиальным, так и радиально-упорным.
На Фиг.5 и Фиг.6 (п.3 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиального или радиально-упорного шарикового подшипника 1-2. Подшипник 1-2 имеет цельное внутреннее кольцо 2 с дорожкой качения и наружное кольцо 3, выполненное в виде двух частей 4 и 5, каждая из которых имеет дорожку качения. Между внутренним 2 и наружным 3 кольцами установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой шарики 6, расположенные в сепараторе 7. Две части 4 и 5 наружного кольца установлены с образованием между ними зазора 8. Углы контакта тел качения с указанными обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 не равны между собой.
Различие углов контакта приведет к вращению частей 4 и 5 наружного кольца 3 друг относительно друга: при неподвижной части 4 будет вращаться часть 5 и наоборот. Поэтому на Фиг.7 показан вариант изготовления подшипника 1-2 в виде двухрядного радиального или радиально-упорного шарикового подшипника, который функционально представляет собой два подшипника по Фиг.5, прижатые друг к другу частями соответствующего наружного кольца 3, имеющими одинаковые контактные углы с соответствующими шариками 6.
На Фиг.8 и Фиг.9 показаны схемы распределения сил, действующих на подшипник 1-2, из которых видно, что подшипник 1-2 может быть как радиальным, так и радиально-упорным. На Фиг.12 и Фиг.13 (п.4 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиально-упорного шарикового подшипника 1-3. Подшипник 1-3 имеет цельное внутреннее кольцо 2 с дорожкой качения и наружное кольцо 3, выполненное из одной части 4 с дорожкой качения, а также силовое кольцо 9 с дорожкой качения. Часть 4 наружного кольца 3 и силовое кольцо 9 установлены с образованием между ними зазора 15. Между внутренним 2 и наружным 3 кольцами установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой шарики 6, расположенные в сепараторе 7. Дорожка качения силового кольца 9 имеет внутренний радиус несколько меньший, чем расстояние от оси вращения подшипника до внешних точек тел качения 6 по поперечному сечению подшипника 1-3. Поэтому силовое кольцо 9 установлено при стационарном режиме работы с натягом по внешнему контуру на тела качения с возможностью свободного вращения и с обеспечением поджатия тел качения 6 в сторону оси вращения вала. Силовое кольцо 9 образует с частью 4 наружного кольца 3 наружные дорожки качения для тел качения 6.
На Фиг.14 представлена схема сил, действующих на подшипник 1-3 в рассмотренном примере.
На Фиг.15 и Фиг.16 (п.5 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиально-упорного шарикового подшипника 1-4. От подшипника 1-3 подшипник 1-4 отличается тем, что содержит ограничитель смещения 10 для силового кольца 9.
На Фиг.17 и Фиг.18 показано распределение сил, действующих на подшипник 1-4 с ограничителем смещения 10, в одном варианте выполненным встроенным в наружное кольцо 3 подшипника, а в другом - прижатом к наружному кольцу 3 подшипника.
На Фиг.21 и Фиг.22 (п.6 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиального или радиально-упорного шарикового подшипника 1-5. Подшипник 1-5 имеет цельное внутреннее кольцо 2 с дорожкой качения и наружное кольцо 3, выполненное в виде двух частей 4 и 5, каждая из которых имеет дорожку качения, а также силовое кольцо 9 с дорожкой качения. Две части 4 и 5 наружного кольца установлены с образованием между ними зазора 8. Силовое упругое кольцо 9 расположено с зазором 15 между частями 4 и 5 наружного кольца 3. Между внутренним 2 и наружным 3 кольцами установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой шарики 6, расположенные в сепараторе 7. Дорожка качения силового кольца 9 имеет внутренний радиус несколько меньший, чем расстояние от оси вращения подшипника до внешних точек тел качения 6 по поперечному сечения подшипника 1-5. Поэтому силовое кольцо 9 установлено при стационарном режиме работы с натягом по внешнему контуру на тела качения с возможностью свободного вращения и с обеспечением поджатия тел качения 6 в сторону оси вращения вала. Силовое кольцо 9 образует с обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 наружные дорожки качения для тел качения 6. Углы контакта тел качения с указанными обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 приблизительно равны между собой.
На Фиг.23 и Фиг.24 показаны схемы распределения сил, действующих на подшипник 1-5, из которых видно, что подшипник 1-5 может быть как радиальным, так и радиально-упорным.
На Фиг.27 и Фиг.28 (п.7 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиального или радиально-упорного шарикового подшипника 1-6. Подшипник 1-6 имеет цельное внутреннее кольцо 2 с дорожкой качения и наружное кольцо 3, выполненное, по меньшей мере, из двух кольцевых частей, по меньшей мере, две из которых взаимодействуют между собой посредством боковых поверхностей. В данном исполнении подшипника 1-6 наружное кольцо 3 выполнено в виде трех частей 4, 5 и 11, две из которых 4 и 5 каждая имеет дорожку качения. Подшипник также содержит силовое кольцо 9 с дорожкой качения. Две части 4 и 5 наружного кольца 3 установлены с образованием между ними зазора 8, в котором расположена часть 11 наружного кольца 3, представляющая собой в данном случае дополнительное тонкое кольцо, упирающееся в боковые поверхности частей 4 и 5 наружного кольца 3. В этом случае боковые поверхности частей 4 и 11 наружного кольца 3, а также 5 и 11 наружного кольца 3 взаимодействуют друг с другом. Силовое упругое кольцо 9 расположено с зазором 15 между частями 4, 5 и 11 наружного кольца 3. Между внутренним 2 и наружным 3 кольцами установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой шарики 6, расположенные в сепараторе 7. Дорожка качения силового кольца 9 имеет внутренний радиус несколько меньший, чем расстояние от оси вращения подшипника до внешних точек тел качения 6 по поперечному сечению подшипника 1-6. Поэтому силовое кольцо 9 установлено при стационарном режиме работы с натягом по внешнему контуру на тела качения с возможностью свободного вращения и с обеспечением поджатия тел качения 6 в сторону оси вращения вала. Силовое кольцо 9 образует с обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 наружные дорожки качения для тел качения 6. Углы контакта тел качения с указанными обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 приблизительно равны между собой.
На Фиг.29 и Фиг.30 показаны схемы распределения сил, действующих, соответственно, на радиальный и радиально-упорный подшипники 1-6, где на Фиг 29 наружное кольцо подшипника 3 выполнено из двух кольцевых частей 4 и 5, а на Фиг.30 наружное кольцо подшипника 3 выполнено из трех кольцевых частей 4, 5 и 11, одна из которых часть 5 встроена в другую часть 11.
На Фиг.33 и Фиг.34 (п.7 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиального роликового подшипника 1-7. Подшипник 1-7 имеет цельное внутреннее кольцо 2 с дорожкой качения и наружное кольцо 3, выполненное, по меньшей мере, из двух кольцевых частей, по меньшей мере, две из которых взаимодействуют между собой посредством боковых поверхностей. В данном исполнении подшипника 1-7 наружное кольцо 3 выполнено в виде трех частей 4, 5 и 11, две из которых 4 и 5 каждая имеет дорожку качения. Подшипник также содержит силовое кольцо 9 с дорожкой качения. Две части 4 и 5 наружного кольца 3 установлены с образованием между ними зазора 8, в котором расположена часть 11 наружного кольца 3, представляющая собой в данном случае дополнительное тонкое кольцо, упирающееся в боковые поверхности частей 4 и 5 наружного кольца 3. В этом случае боковые поверхности частей 4 и 11 наружного кольца 3, а также 5 и 11 наружного кольца 3 взаимодействуют друг с другом. Силовое упругое кольцо 9 расположено с зазором 15 между частями 4, 5 и 11 наружного кольца 3. Между внутренним 2 и наружным 3 кольцами установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой ролики 12, расположенные в сепараторе 7. Дорожка качения силового кольца 9 имеет внутренний радиус несколько меньший, чем расстояние от оси вращения подшипника до внешних точек тел качения 12 по поперечному сечению подшипника 1-7. Поэтому силовое кольцо 9 установлено при стационарном режиме работы с натягом по внешнему контуру на тела качения с возможностью свободного вращения и с обеспечением поджатия тел качения 12 в сторону оси вращения вала. Силовое кольцо 9 образует с обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 наружные дорожки качения для тел качения 12.
На Фиг.35 и Фиг.36 показаны схемы распределения сил, действующих, на радиальный подшипник 1-7, где на Фиг 35 наружное кольцо подшипника 3 выполнено из двух кольцевых частей 4 и 5, а на Фиг.36 наружное кольцо подшипника 3 выполнено из трех кольцевых частей 4, 5 и 11, одна из которых часть 5 встроена в другую часть 11.
На Фиг.37 и Фиг.38 (п.7 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде радиально-упорного роликового подшипника 1-8. Подшипник 1-8 имеет цельное внутреннее кольцо 2 с дорожкой качения и наружное кольцо 3, выполненное, по меньшей мере, из двух кольцевых частей, по меньшей мере, две из которых взаимодействуют между собой посредством боковых поверхностей. В данном исполнении подшипника 1-8 наружное кольцо 3 выполнено в виде трех частей 4, 5 и 11, две из которых 4 и 5 каждая имеет дорожку качения. Подшипник также содержит силовое кольцо 9 с дорожкой качения. Две части 4 и 5 наружного кольца 3 установлены с образованием между ними зазора 8, в котором расположена часть 11 наружного кольца 3, представляющая собой в данном случае дополнительное тонкое кольцо, упирающееся в боковые поверхности частей 4 и 5 наружного кольца 3. В этом случае боковые поверхности частей 4 и 11 наружного кольца 3, а также 5 и 11 наружного кольца 3 взаимодействуют друг с другом. Силовое упругое кольцо 9 расположено с зазором 15 между частями 4, 5 и 11 наружного кольца 3. Между внутренним 2 и наружным 3 кольцами установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой ролики 12, расположенные в сепараторе 7. Дорожка качения силового кольца 9 имеет внутренний радиус несколько меньший, чем расстояние от оси вращения подшипника до внешних точек тел качения 12 по поперечному сечению подшипника 1-8. Поэтому силовое кольцо 9 установлено при стационарном режиме работы с натягом по внешнему контуру на тела качения с возможностью свободного вращения и с обеспечением поджатия тел качения 12 в сторону оси вращения вала. Силовое кольцо 9 образует с обеими частями 4 и 5 наружного кольца 3 наружные дорожки качения для тел качения 12.
На Фиг.39 и Фиг.40 показаны схемы распределения сил, действующих, на радиальный подшипник 1-8, где на Фиг 39 наружное кольцо подшипника 3 выполнено из двух кольцевых частей 4 и 5, а на Фиг.40 наружное кольцо подшипника 3 выполнено из трех кольцевых частей 4, 5 и 11, одна из которых часть 5 встроена в другую часть 11.
На Фиг.41 и Фиг.42 (п.8 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде упорного шарикового подшипника 1-9. Подшипник 1-9 имеет два кольца 13, каждое из которых имеет дорожку качения, а также силовое кольцо 9 с дорожкой качения. Два кольца 13 установлены с образованием между ними зазора 8. Силовое упругое кольцо 9 расположено с зазором 15 между кольцами 13. Между кольцами 13 установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой шарики 6, расположенные в сепараторе 7. Дорожка качения силового кольца 9 имеет внутренний радиус несколько меньший, чем расстояние от оси вращения подшипника до внешних точек тел качения 6 по поперечному сечению подшипника 1-9. Поэтому силовое кольцо 9 установлено при стационарном режиме работы с натягом по внешнему контуру на тела качения с возможностью свободного вращения и с обеспечением поджатия тел качения 6 в сторону оси вращения вала. Силовое кольцо 9 образует с обоими кольцами 13 дорожки качения для тел качения 6.
На Фиг.43 показана схемы распределения сил, действующих на упорный шариковый подшипник 1-9 с силовым кольцом 9.
На Фиг.44 и Фиг.45 (п.8 формулы полезной модели) подшипник качения выполнен в виде упорного роликового подшипника 1-10. Подшипник 1-10 имеет два кольца 13, каждое из которых имеет дорожку качения, а также силовое кольцо 9 с дорожкой качения. Два кольца 13 установлены с образованием между ними зазора 8. Силовое упругое кольцо 9 расположено с зазором 15 между кольцами 13. Между кольцами 13 установлены тела качения, в данном случае, представляющие собой ролики 12, расположенные в сепараторе 7. Дорожка качения силового кольца 9 имеет внутренний радиус несколько меньший, чем расстояние от оси вращения подшипника до внешних точек тел качения 12 по поперечному сечению подшипника 1-10. Поэтому силовое кольцо 9 установлено при стационарном режиме работы с натягом по внешнему контуру на тела качения с возможностью свободного вращения и с обеспечением поджатия тел качения 12 в сторону оси вращения вала. Силовое кольцо 9 образует с обоими кольцами 13 дорожки качения для тел качения 12.
На Фиг.46 показаны схемы распределения сил, действующих на упорный роликовый подшипник 1-10 с силовым кольцом 9.
На Фиг.47 и Фиг.48 представлены схемы размещения подшипников 1-5, показанных на Фиг.21 и Фиг.22, в шпинделе 16 с упругими элементами 14 при осевой силе 125 Н, действующей на подшипник, и силе сжатия 700 Н кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3.
Рассмотрим работу подшипника качения.
В варианте осуществления 1-1 (Фиг.1 и Фиг.2) подшипник работает следующим образом. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает шарики к кольцевым частям 4 и 5 наружного кольца 3, составляющим наружную дорожку качения, образуя у шарика 6 с ними два пятна контакта. При малой осевой силе сжатия кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 шарик 6 будет выдавливаться наружу под действием центробежной силы, и углы контакта шарика 6 с этими кольцевыми частями будут уменьшаться. Соответствующие пятна контакта шарика 6 будут перемещаться за внутренние пределы дорожек качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 на их внутренние кромки, что приведет к разрушению их дорожек качения и нарушению сферической формы шариков, и, в итоге, к разрушению подшипника. Для исключения этого процесса создают осевую силу сжатия кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3, которая выдавливает шарик 6 в сторону оси вращения вала, противодействуя выдавливанию шарика 6 наружу под действием центробежной силы. Величину осевой силы сжатия подбирают таким образом, чтобы пятна контакта шариков с дорожками качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 всегда находились в пределах соответствующих дорожек качения. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются сближения значений максимальных напряжений в дорожках качения кольцевых частей 4 или 5 наружного кольца 3. Это достигается подбором осевой силы сжатия кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3.
В варианте осуществления 1-2 (Фиг.5 и Фиг.6) подшипник работает так же, как и в варианте 1-1 (Фиг.1 и Фиг.2). Отличие варианта осуществления 1-2 подшипника от варианта 1-1 состоит в различии углов контакта шариков 6 с частями 4 и 5 наружного кольца 3, которое приведет к вращению частей 4 и 5 наружного кольца 3 друг относительно друга: при неподвижной части 4 будет вращаться часть 5 и наоборот. Поэтому вариант осуществления 1-2 подшипника имеет смысл изготавливать в виде двухрядного радиального или радиально-упорного шарикового подшипника по Фиг.7, который функционально представляет собой два подшипника по Фиг.5, прижатые друг к другу частями соответствующего наружного кольца 3, имеющими одинаковые контактные углы с соответствующими шариками 6.
Для вариантов исполнения 1-1 и 1-2 подшипника на Фиг.10 представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при различной силе осевого сжатия частей наружного кольца, а на Фиг.11. представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.10.
Из этих зависимостей, в частности, видно, что на больших частотах вращения, более 40 тыс.об/мин, подшипник согласно настоящей полезной модели имеет преимущество, и при частотах более 60 тыс.об/мин увеличение долговечности подшипника может превышать 3 раза. Эта зависимость подтверждает вышеуказанные утверждения о значительном повышении долговечности подшипника в рассмотренном варианте осуществления.
В варианте осуществления 1-3 (Фиг.12 и Фиг.13) подшипник работает следующим образом. Силовое упругое кольцо 9 прижимает шарики в сторону оси вращения вала. Силовое упругое кольцо 9 свободно вращается в противоположном вращению вала направлении вследствие расположения пятна контакта кольца 9 с шариком 6 дальше от центра шарика, чем пятно контакта шарика 6 с обычно неподвижной частью 4 наружного кольца 3. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает шарики к кольцевой части 4 наружного кольца 3 и к силовому упругому кольцу 9, составляющими наружную дорожку качения, образуя у шарика 6 с ними два пятна контакта. При малой радиальной силе поджатия шарика 6 силовым упругим кольцом 9 шарик 6 будет выдавливаться наружу под действием центробежной силы, и угол контакта шарика 6 с кольцевой частью 4 будет уменьшаться. Соответствующее пятно контакта шарика 6 будет перемещаться за внутренние пределы дорожки качения кольцевой части 4 наружного кольца 3 на ее внутренние кромки, что приведет к разрушению дорожки качения и нарушению сферической формы шариков, и, в итоге, к разрушению подшипника. Для исключения этого процесса радиальную силу поджатия шарика 6 силовым упругим кольцом 9 подбирают таким образом, чтобы пятно контакта шариков с дорожкой качения кольцевой части 4 наружного кольца 3 всегда находилось в пределах этой дорожки качения. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются выравнивания максимальных напряжений в дорожках качения кольцевой части 4 наружного кольца 3, которая воспринимает внешнюю нагрузку на подшипник, и силового упругого кольца 9. Это достигается подбором радиальной силы поджатия каждого шарика силовым упругим кольцом 9.
В варианте осуществления 1-4 (Фиг.15 и Фиг.16) подшипник работает так же, как и в варианте 1-3 (Фиг.12 и Фиг.13). Отличие варианта осуществления 1-4 от варианта 1-3 состоит в наличии ограничителя смещения 10 силового упругого кольца 9, предохраняющего от случайного соскакивания силового упругого кольца 9 с шариков 6 и превращения подшипника в обычный радиально-упорный подшипник с двумя кольцами.
Для вариантов исполнения 1-3 и 1-4 подшипника на Фиг.19 представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при различной силе, с которой силовое кольцо действует на каждый шарик, а на Фиг.20 представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.19.
Из этих зависимостей, в частности, видно, что на больших частотах вращения, более 30 тыс.об/мин, подшипник согласно настоящей полезной модели имеет преимущество, и при частотах более 40 тыс.об/мин увеличение долговечности подшипника может превышать 4 раза. Эта зависимость подтверждает вышеуказанные утверждения о значительном повышении долговечности подшипника в рассмотренном варианте осуществления.
В варианте осуществления 1-5 (Фиг.21 и Фиг.22) подшипник работает следующим образом. Силовое упругое кольцо 9 прижимает шарики в сторону оси вращения вала. Силовое упругое кольцо 9 свободно вращается в противоположном вращению вала направлении вследствие расположения пятна контакта кольца 9 с шариком 6 дальше от центра шарика, чем пятна контакта шарика 6 с обычно неподвижными частями 4 и 5 наружного кольца 3. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает шарики к кольцевым частям 4 и 5 наружного кольца 3 и к силовому упругому кольцу 9, составляющими наружную дорожку качения, образуя у шарика 6 с ними 3 пятна контакта. При малой осевой силе сжатия кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 и малой радиальной силе поджатия шарика 6 силовым упругим кольцом 9 шарик 6 будет выдавливаться наружу под действием центробежной силы, и углы контакта шарика 6 с этими кольцевыми частями будут уменьшаться. Соответствующие пятна контакта шарика 6 будут перемещаться за внутренние пределы дорожек качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 на их внутренние кромки, что приведет к разрушению их дорожек качения и нарушению сферической формы шариков, и, в итоге, к разрушению подшипника. Для исключения этого процесса осевую силу сжатия кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 и радиальную силу поджатия шарика 6 силовым упругим кольцом 9 подбирают таким образом, чтобы пятна контакта шариков с дорожками качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 всегда находились в пределах соответствующих дорожек качения. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются выравнивания максимальных напряжений в дорожках качения одной из кольцевых частей 4 или 5 наружного кольца 3, которая воспринимает внешнюю нагрузку на подшипник, и силового упругого кольца 9. Это достигается подбором осевой силы сжатия кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 и радиальной силы поджатия каждого шарика силовым упругим кольцом 9.
Для варианта исполнения 1-5 подшипника на Фиг.25 представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при заданной силе, с которой силовое кольцо действует на каждый шарик, и различной силе осевого сжатия частей наружного кольца, а на Фиг.26 представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.25.
Из этих зависимостей, в частности, видно, что на больших частотах вращения, более 57 тыс.об/мин, подшипник согласно настоящей полезной модели имеет преимущество, и при частотах более 80 тыс.об/мин увеличение долговечности подшипника может превышать 16 раз. Эта зависимость подтверждает вышеуказанные утверждения о значительном повышении долговечности подшипника в рассмотренном варианте осуществления.
В варианте осуществления 1-6 (Фиг.27 и Фиг.28) подшипник работает следующим образом. Силовое упругое кольцо 9 прижимает шарики 6 в сторону оси вращения вала. Силовое упругое кольцо 9 свободно вращается в противоположном вращению вала направлении вследствие расположения пятна контакта кольца 9 с шариком 6 дальше от центра шарика, чем пятна контакта шарика 6 с обычно неподвижными частями 4 и 5 наружного кольца 3. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает шарики к кольцевым частям 4 и 5 наружного кольца 3 и к силовому упругому кольцу 9, составляющими наружную дорожку качения, образуя у шарика 6 с ними 3 пятна контакта. При малой осевой силе сжатия кольцевых частей 4, 11 и 5 наружного кольца 3 и малой радиальной силе поджатия шарика 6 силовым упругим кольцом 9 шарик 6 будет выдавливаться наружу под действием центробежной силы, и углы контакта шарика 6 с этими кольцевыми частями будут уменьшаться. Соответствующие пятна контакта шарика 6 будут перемещаться за внутренние пределы дорожек качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 на их внутренние кромки, что приведет к разрушению их дорожек качения и нарушению сферической формы шариков, и, в итоге, к разрушению подшипника. Для исключения этого процесса осевую силу сжатия кольцевых частей 4, 11 и 5 наружного кольца 3 подбирают таким образом, чтобы пятна контакта шариков с дорожками качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 всегда находились в пределах соответствующих дорожек качения. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются выравнивания максимальных напряжений в дорожках качения одной из кольцевых частей 4 или 5 наружного кольца 3, которая воспринимает внешнюю нагрузку на подшипник, и силового упругого кольца 9. Это достигается подбором радиальной силы поджатия каждого шарика силовым упругим кольцом 9.
Для варианта исполнения 1-6 подшипника на Фиг.31 представлены графики зависимости от частоты вращения вала для отношения долговечности радиально-упорного подшипника к долговечности обычного радиально-упорного подшипника указанного размера при различной силе, с которой силовое кольцо действует на каждый шарик, а на Фиг.32 представлены графики зависимости от частоты вращения вала для долговечности радиально-упорного подшипника и долговечности обычного радиально-упорного подшипника при параметрах, указанных на Фиг.31
Из этих зависимостей, в частности, видно, что на больших частотах вращения, более 30 тыс. об/мин, подшипник согласно настоящей полезной модели имеет преимущество, и при частотах более 50 тыс. об/мин увеличение долговечности подшипника может превышать 11 раз. Эта зависимость подтверждает вышеуказанные утверждения о значительном повышении долговечности подшипника в рассмотренном варианте осуществления.
В варианте осуществления 1-7 (Фиг.33 и Фиг.34) подшипник работает следующим образом. Силовое упругое кольцо 9 прижимает ролики 12 в сторону оси вращения вала. Силовое упругое кольцо 9 не вращается вследствие расположения пятна контакта кольца 9 с роликом 12 на наружной поверхности ролика 12, также как и пятна контакта ролика 12 с обычно неподвижными частями 4 и 5 наружного кольца 3. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает ролики 12 к кольцевым частям 4 и 5 наружного кольца 3 и к силовому упругому кольцу 9, составляющими наружную дорожку качения, образуя у ролика 12 с ними 3 пятна контакта. Осевая сила сжатия кольцевых частей 4, 11 и 5 наружного кольца 3 превращает их в единое наружное кольцо 3 с полостью для силового упругого кольца 9, ограничивающей его от осевого смещения. Силовое упругое кольцо 9 не вращается, поэтому оно может находиться около любой боковой стенки этой полости наружного кольца 3, более того, оно может заполнять собой практически всю осевую ширину полости, оставляя малый осевой зазор для скользящей посадки. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются приблизительного выравнивания максимальных напряжений в дорожках качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 и силового упругого кольца 9. Это достигается подбором радиальной силы поджатия каждого ролика 12 силовым упругим кольцом 9.
В варианте осуществления 1-8 (Фиг.37 и Фиг.38) подшипник работает следующим образом. Силовое упругое кольцо 9 прижимает ролики 12 в сторону оси вращения вала. Силовое упругое кольцо 9 не вращается вследствие расположения пятна контакта кольца 9 с роликом 12 на наружной поверхности ролика 12, также как и пятна контакта ролика 12 с обычно неподвижными частями 4 и 5 наружного кольца 3. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает ролики 12 к кольцевым частям 4 и 5 наружного кольца 3 и к силовому упругому кольцу 9, составляющими наружную дорожку качения, образуя у ролика 12 с ними три пятна контакта. Осевая сила сжатия кольцевых частей 4, 11 и 5 наружного кольца 3 превращает их в единое наружное кольцо 3 с полостью для силового упругого кольца 9, ограничивающей его от осевого смещения. Силовое упругое кольцо 9 не вращается, поэтому оно может находиться около любой боковой стенки этой полости наружного кольца 3, более того, оно может заполнять собой практически всю осевую ширину полости, оставляя малый осевой зазор для скользящей посадки. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются приблизительного выравнивания максимальных напряжений в дорожках качения кольцевых частей 4 и 5 наружного кольца 3 и силового упругого кольца 9. Это достигается подбором радиальной силы поджатия каждого ролика 12 силовым упругим кольцом 9.
В варианте осуществления 1-9 (Фиг.41 и Фиг.42) подшипник работает следующим образом. Силовое упругое кольцо 9 прижимает шарики 6 в сторону оси вращения вала. Силовое упругое кольцо 9 свободно вращается на шариках 6 с частотой вращения сепаратора. Шарики 6 вращаются на одном месте силового упругого кольца 9, практически не смещаясь вдоль него. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает шарики 6 к кольцам 13 и к силовому упругому кольцу 9, образуя у шарика 6 с ними три пятна контакта. При малой радиальной силе поджатия шарика 6 силовым упругим кольцом 9 шарик 6 будет выдавливаться наружу под действием центробежной силы, и углы контакта шарика 6 с этими кольцевыми частями будут уменьшаться. Соответствующие пятна контакта шарика 6 будут перемещаться за внутренние пределы дорожек качения колец 13 на их внутренние кромки, что приведет к разрушению их дорожек качения и нарушению сферической формы шариков, и, в итоге, к разрушению подшипника. Для исключения этого процесса радиальную силу поджатия шарика 6 силовым упругим кольцом 9 подбирают таким образом, чтобы пятна контакта шариков с дорожками качения колец 13 всегда находились в пределах соответствующих дорожек качения. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются выравнивания максимальных напряжений в дорожках качения одного из колец 13 и силового упругого кольца 9. Это достигается подбором радиальной силы поджатия каждого шарика силовым упругим кольцом 9.
В варианте осуществления 1-10 (Фиг.44 и Фиг.45) подшипник работает следующим образом. Силовое упругое кольцо 9 прижимает ролики 12 в сторону оси вращения вала. Силовое упругое кольцо 9 свободно вращается с роликами 12 с частотой вращения сепаратора. Ролики 12 вращаются на одном месте силового упругого кольца 9, практически не смещаясь вдоль него. При большой частоте вращения вала центробежная сила прижимает ролики 12 к кольцам 13 и к силовому упругому кольцу 9, образуя у ролика 12 с ними три пятна контакта. При малой радиальной силе поджатия ролика 12 силовым упругим кольцом 9 ролик 12 будет выдавливаться наружу под действием центробежной силы, и углы контакта ролика 12 с этими кольцевыми частями будут уменьшаться. Соответствующие пятна контакта ролика 12 будут перемещаться за внутренние пределы дорожек качения колец 13 на их внутренние кромки, что приведет к разрушению их дорожек качения и нарушению формы роликов 12, и, в итоге, к разрушению подшипника. Для исключения этого процесса радиальную силу поджатия ролика 12 силовым упругим кольцом 9 подбирают таким образом, чтобы пятна контакта роликов 12 с дорожками качения колец 13 всегда находились в пределах соответствующих дорожек качения. Для достижения максимальной долговечности подшипника в заданном диапазоне частоты вращения вала необходимо достичь как можно меньшего максимального напряжения у наиболее нагруженного кольца подшипника. Для этого добиваются выравнивания максимальных напряжений в дорожках качения одного из колец 13 и силового упругого кольца 9. Это достигается подбором радиальной силы поджатия каждого ролика 12 силовым упругим кольцом 9.
Как показано в вышеприведенном описании при использовании настоящей полезной модели с разной степенью в различных вариантах осуществления уменьшаются контактные напряжения, приводящие к усталостному разрушению наружных дорожек качения, наиболее нагруженных при высоких частотах вращения, уменьшается износ внутреннего кольца за счет уменьшения проскальзывания тел качения, сохраняется форма тел качения. Таким образом, существенно повышается долговечность подшипников при высоких частотах вращения, при которых она обычно составляет от десятков до сотен часов.
Заявителем был изготовлен опытный образец радиально-упорного подшипника с силовым упорным кольцом с внутренним диаметром 35 мм, с наружным диаметром 55 мм и высотой 10 мм. При осевой силе 125 Н, радиальной силе 50 Н и частоте вращения вала 81 тыс. об/мин расчетная долговечность составила 14890 час., в то время как расчетная долговечность обычного радиально-упорного подшипника тех же габаритов составляет 900 час. При частоте вращения вала 88 тыс. об/мин расчетная долговечность составила, соответственно, 7217 час и 508 час.
В данном описании раскрыты предпочтительные варианты выполнения устройства, но следует понимать, что, не отходя от сущности полезной модели, можно предложить и другие модификации, которые находятся в рамках заявленного в предложенной формуле полезной модели.