РЕДУКЦИОННЫЙ УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК УЛУЧШЕННЫЙ
IMPROVED REDUCTION THRUST BEARING

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности.
Известен редукционный упорный подшипник, содержащий тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора двухступенчатых конических роликов, отличающийся тем, что большая ступень роликов обкатывает дорожку тугого кольца подшипника, а меньшая ступень ролика обкатывает дорожку его свободного кольца (см. RU №609545, МПК F16C 19/22 (32,36), опубликовано 02.02.2017).
Недостатком известного технического решения является то, что большая ступень ролика своим плоским основанием, расположенным дальше от центра подшипника, контактирует с проточкой в свободном кольце подшипника только кромкой основания и, чтобы этого не случилось, нужно делать проточку излишне широкой; что ролики в подшипнике могут перемещаться вдоль собственной оси вращения во время работы подшипника.
Для редукционного упорного подшипника (улучшенного) поставлена задача: внести в его конструкцию изменения, позволяющие а) основанию большей ступени ролика не контактировать со свободным кольцом или не расширять проточку в случае контакта основания и кольца, б) препятствующие перемещению роликов вдоль собственной оси вращения.
D
d
D
k
D
D
d
d
d
d
Н
h
k
k
D
d
r1
r1
r1
r1
r2
r1
r2
r3
r4
r1
r1
Поставленная задача решается тем, что в редукционном упорном подшипнике, содержащем тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора конических двухступенчатых роликов, ступени большего диаметра которых обкатывают дорожку тугого кольца подшипника, а ступени меньшего диаметра обкатывают дорожку его свободного кольца, известен диаметр одного плоского основания большей ступени ролика , размеры диаметров оснований каждой ступени роликов исчисляются по формулам , =\, , , , где ,  - диаметры оснований большей ступени ролика; , , ,  - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика;  - расстояние от вершины конусов дорожек ролика до центра большего основания большей ступени ролика;  - ширина основания большей ступени ролика;  - ширина выступов меньшей ступени ролика;  - коэффициент редукции ролика, выбираемый пользователем, равный отношению =\, основания большей и меньшей ступеней ролика большего диаметра (самые удаленные от центра подшипника) выполнены сферической формы, а в свободном кольце кроме проточки для большей ступени роликов сделана и проточка для меньшей ступени роликов, в тугом кольце сделана проточка для большей ступени ролика, препятствующие смещению роликов вдоль их осей вращения.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, он соответствует условиям патентоспособности изобретения - «изобретательский уровень» и «новизна».
Редукционный упорный подшипник поясняется чертежами:
Фиг. 1 - редукционный упорный подшипник в разрезе.
Фиг. 2 - сегмент свободного кольца редукционного упорного подшипника с роликом.
R
r
N
Редукционный упорный подшипник состоит из тугого кольца 1, свободного кольца 2, конических ступенчатых роликов с большей ступенью 3 и меньшей ступенью 4, установленных в гнезда сепаратора. На свободном кольце сделана проточка 5 для меньшей ступени ролика и проточка 6 для большей ступени ролика, на тугом кольце сделана проточка 7 для большей ступени ролика. Наружный диаметр тугого и свободного колец подшипника равен , внутренний диаметр свободного кольца подшипника равен . Высота подшипника равна .
Средний участок ролика с большими диаметрами оснований конуса (большая ступень 3) обкатывает дорожку качения тугого кольца 1, расположенную в проточке 7. Одновременно боковые выступы ролика с меньшими диаметрами оснований конуса (меньшая ступень 4) обкатывают дорожку качения свободного кольца 2, расположенную в проточке 5.
Для удобства сборки подшипника ступенчатый ролик можно собирать из отдельных ступеней, вставляя меньшую ступень в большую ступень. Для этого в большей ступени делается цилиндрическое отверстие соответствующего размера для посадки в него меньшей ступени ролика с последующей фиксацией ступеней между собой.
R
R
b
m
Поверхность большего основания большей ступени ролика выполнена сферической формы с радиусом , поверхность большего основания меньшей ступени ролика выполнена сферической формы с радиусом .
Н
h
Ширина ступеней роликов  и  берется с учетом нагрузки на подшипник и уменьшения количества роликов по сравнению со стандартным упорным подшипником, связанного с увеличением диаметра ступенчатого ролика (увеличенного диаметра большей ступени ролика).
Н
h
D
k
d
Н
h
D
k
r1
r4
r1
Дополнительно к  и  для исчисления диаметров оснований ступеней роликов (оснований усеченных конусов) за основу берутся размер плоского основания большего диаметра большей ступени ролика , служащего только для изготовления чертежа ролика; расстояние  между фокусом вершин конусов ступеней роликов точкой О, расположенной на оси подшипника, и центром основания большего диаметра большей ступени ролика точкой В; коэффициент редукции ролика . Диаметр плоского основания большего диаметра меньшей ступени ролика  служит только для изготовления чертежа. Размеры , , , ,  устанавливаются конструктором с учетом возможностей механизма и требуемых от него технических характеристик.
D
r2
Диаметр большей ступени ролика  равен:
d
r1
Диаметр меньшей ступени ролика  равен:
d
r2
Диаметр меньшей ступени ролика  равен:
d
r3
Диаметр меньшей ступени ролика  равен:
d
r4
Диаметр меньшей ступени ролика  равен:
Для исчисления коэффициента редукции редукционного упорного подшипника использовали диаметр любого основания большей ступени ролика в плоскости сечения, пересекающей линию ОВ перпендикулярно чертежу, и расстояние между дорожками качения по линии, лежащей на взятом в расчет основании, а также коэффициент редукции ролика.
d
D
st.r
r1
Расстояние  между дорожками качения по линии  равно:
d
d
st.r
st.r
- диаметр основания конического ролика стандартной формы, который подходит для стандартного упорного подшипника с таким же () расстоянием между дорожками качения (осью вращения стандартного ролика является ось ОВ).
z
Частота вращения редукционного конического ролика относительно оси ролика (и центральной оси подшипника), связанная с увеличением диаметра ролика (его большей ступени) по сравнению со стандартным роликом, понизилась в  раз:
s
Полная частота вращения ступенчатого ролика относительно собственной и центральной оси подшипника понизилась в  раз:
s
- коэффициент редукции подшипника.
D
N
Н
h
R
r
k
r1
Для примера выбрали расчет подшипника с большим диаметром большей ступени ролика =30, скорректированным в соответствии с высотой подшипника ; расстоянием от точки фокуса О до точки В ролика ; шириной большей ступени ролика =20; шириной меньшей ступени =10, скорректированными с наружным и внутренним диаметрами подшипника  и , коэффициентом редукции ролика =3.
D
r2
В соответствии с формулой (1) диаметр большей ступени ролика  равен:
D
r2
=30*(83-20)/83=22,77;
d
r1
В соответствии с формулой (2) диаметр меньшей ступени ролика  равен:
d
r1
=30/3=10;
d
r2
В соответствии с формулой (3) диаметр меньшей ступени ролика  равен:
d
r2
=10*(83-20)/83=7,59
d
r3
В соответствии с формулой (4) диаметр меньшей ступени ролика  равен:
d
r3
=10*(83-20-10)/83=6,39
d
r4
В соответствии с формулой (5) диаметр меньшей ступени ролика  равен:
d
r4
=10*(83+10)/83=11,2
В соответствии с формулой (6) диаметр основания стандартного ролика в месте расположения большего основания большей ступени ролика равен:
d
st
.
r
=(30+10)/2=20
В соответствии с формулой (7) коэффициент понижения частоты вращения ступенчатого ролика, связанный с повышением его диаметра (диаметра большей ступени), равен:
z
=30/20=1,5
В соответствии с формулой (8) коэффициент редукции подшипника равен:
s
=1,5*3=4,5
Замена шариковых упорных подшипников на редукционные позволит экономить горючее и электроэнергию в приводах, так как будет исключено хроническое проскальзывание шаров, как в шариковом упорном подшипнике, на преодоление которого расходуется много энергии.
Замена роликовых упорных подшипников, которые вращают с пониженной, чем шариковые упорные подшипники, частотой, так как они при вращении с большой частотой выходят из строя, на редукционные поможет повысить предельную частоту вращения подшипника в разы (в четыре с половиной раза в примере), частота вращения ступенчатых роликов останется на уровне частоты вращения роликов стандартного упорного подшипника, вращающегося с прежней пониженной частотой, что расширит диапазон применения редукционных упорных подшипников и снизит затраты горючего или электроэнергии в приводах на лишнее вращение тел качения относительно собственной и оси подшипника (снизит кинетическую энергию ступенчатых роликов по сравнению со стандартными телами качения).
Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение частоты вращения редукционного упорного подшипника в разы по сравнению с предельной частотой стандартных упорных подшипников без повышения частоты вращения ступенчатых роликов. Диаметры оснований ступеней ролика представленного подшипника исчисляются по выведенным формулам. У роликов отсутствует их скольжение по дорожкам, как у шариков, они не перемещаются вдоль собственной оси вращения. Сферические формы оснований большей и меньшей ступеней ролика большего диаметра помогут сделать подшипник компактнее и снизят износ боковых поверхностей большей ступени ролика и проточки для нее. Таким образом, технический результат достигнут.
Редукционный упорный подшипник может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.