ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к механизмам, преобразующим вращательное движение в колебательное.
1
h
1
h
2
1
1
2
Известны эксцентриковые подшипники качения с гладкими рабочими поверхностями (например, А.с. 314048 СССР). Такой подшипник содержит наружное и внутреннее кольца, тела качения разного диаметра и сепаратор. Он работает следующим образом. При движении внутреннего кольца, вращающегося с угловой скоростью w, тела качения, увлекаемые силами трения, катятся по наружному кольцу. При этом водило-сепаратор вращается относительно наружного кольца с угловой скоростью w. Передаточное число U механизма: U=w/w=1+d/d, где d и d - рабочие диаметры внутреннего кольца 1 и наружного кольца 2. В данном механизме как в любой фрикционной передаче присутствует упругое скольжение, делающее передаточное число непостоянным. Особенностью эксцентрикового подшипника является то, что в кинематических парах, образуемых телами качения и сепаратором, действуют значительные усилия. При скорости скольжения равной окружной скорости тел качения эти усилия вызывают быстрый износ сепаратора и тел качения. В результате, тела качения смещаются в окружном направлении, и в подшипнике возникает люфт. Кроме того, существует ограничение по величине эксцентриситета, обусловленное значением коэффициента трения между телами качения и кольцами. Таким образом, недостатком данного вида подшипников является повышенное трение тел качения о сепаратор и скорый износ подшипника, а также малый эксцентриситет и непостоянное передаточное число механизма.
Известны подшипники качения (А.с. 1719749 СССР, А.с. 1581896 СССР), содержащие наружное и внутреннее кольца, роликовые тела качения разного диаметра, разделительные ролики и охватывающие их кольца.
Указанные подшипники так же как и предыдущий имеют малый эксцентриситет, непостоянное передаточное отношение и высокую конструктивную сложность системы тел качения, заменяющей сепаратор.
Известны концетрические бессепараторные роликовые подшипники (например А.с. 188231 СССР), содержащие наружное и внутреннее кольца с находящимися между ними роликами. При этом кольца и ролики снабжены зубчатыми венцами с профилем, выполненным в виде винтовых каналовых выпукло-вогнутых рабочих поверхностей, либо в виде шевронных каналовых выпукло-вогнутых рабочих поверхностей. Недостаток данной конструкции - сложность получения каналовой винтовой поверхности зубьев на внутреннем венце наружного кольца. В изобретениях (А.с. 1548545 СССР, А.с. 1153131 СССР) для устранения этих недостатков использованы вставные элементы (зубья), что привело к существенному усложнению конструкции. В целом, концетрические подшипники с каналовыми винтовыми зубчатыми рабочими поверхностями необоснованно сложны по сравнению с обычными подшипниками качения. Это обстоятельство делает неперспективным их практическое использование.
Существуют концетрические подшипники качения, которые наряду с гладкими рабочими поверхностями имеют и зубчатые венцы на кольцах и роликах. Примером такого подшипника является радиальный, роликовый, бессепараторный подшипник качения (А.с. 2135851 РФ), содержащий внутреннее и наружное кольца и ролики. При этом на буртах колец и торцевых участках удлиненных роликов нарезаны эвольвентные прямозубые венцы, находящиеся в зацеплении друг с другом, выполняющие функцию сепаратора и имеющие диаметры начальных окружностей, равные соответственно диаметрам беговых дорожек колец и роликов. Подобно предыдущему рассмотренному концетрическому зубчатому подшипнику недостатком данного вида подшипников является сложность конструкции.
В качестве прототипа выбран эксцентриковый подшипник (Заявка 2006124199/22(026239), решение о выдаче патента №Ф №01 ПМ-2006 от
28.08.2006), содержащий наружное и внутреннее кольца, тела качения разного диаметра и водило-сепаратор с шарнирами в центрах тел качения, причем оси шарниров одного или нескольких тел качения выполнены в виде эксцентрика, угловое положение которого относительно водила-сепаратора зафиксировано в процессе сборки подшипника. Подобно всем фрикционным механизмам данный эксцентриковый подшипник имеет малый эксцентриситет, ограничиваемый величиной коэффициента трения и характеризуется непостоянством передаточного числа, связанным с упругим скольжением.
Для устранения этих недостатков в эксцентриковом подшипнике качения, содержащем наружное и внутреннее кольца и тела качения разного диаметра, кольца и тела качения снабжены зубчатыми венцами, находящимися в зацеплении.
Наличие зубчатых зацеплений в эксцентриковом подшипнике обеспечивает значительное увеличение эксцентриситета по сравнению с эксцентриковыми фрикционными подшипниками, и гарантирует постоянство передаточного числа механизма. Достижение указанного эффекта делает оправданным, в отличие от концетрических подшипников, некоторое увеличение сложности изготовления эксцентрикового подшипника.
Для обеспечения большей нагрузочной способности зубчатые венцы имеют зубья с каналовыми винтовыми выпуклыми и вогнутыми или выпукло-вогнутыми рабочими поверхностями.
Для устранения осевого смещения тел качения каналовые винтовые выпуклые и вогнутые или выпукло-вогнутые рабочие поверхности зубьев колец и тел качения расположены шевронно.
Для упрощения изготовления подшипника тела качения и кольца помимо зубчатых венцов содержат цилиндрические беговые дорожки, имеющие диаметры равные соответственным начальным окружностям зубчатых венцов. Зубчатый венец расположен между цилиндрическими беговыми дорожками колец и тел качения, для чего кольца подшипника и
тела качения выполнены составными. При этом наружное кольцо подшипника содержит втулку с внутренним зубчатым венцом и два пристыкованных к ней кольца с беговыми дорожками, а внутреннее кольцо и ролики содержат зубчатое колесо и посаженные на его хвостовики кольца с беговыми дорожками.
На фиг.1 показан эксцентриковый подшипник качения с зубчатыми венцами, расположенными шевронно; на фиг.2 - его разрез по А-А; на фиг.3 - эксцентриковый подшипник, звенья которого содержат зубчатые венцы и дорожки качения; на фиг.4 - его разрез по Б-Б.
Подшипник, изображенный на фиг.1, 2 содержит внутреннее кольцо 1, наружное кольцо 2, три тела качения разного диаметра 3, 4, 5. Зубчатые венцы колец 1, 2 и тел качения 3, 4, 5 выполнены с каналовыми винтовыми выпукло-вогнутыми рабочими поверхностями зубьев, расположенными шевронно. Тела качения 3, 4, 5 состоят из двух полушевронов, соединенных между собой осями 6 с помощью гаек 7. Внутреннее кольцо 1 подшипника шарнирно связано со стойкой 8. Наружное кольцо 2 подшипника жестко связано с кронштейном 9, образуя совместно с ним шатун, который шарнирно связан с ползуном 10, взаимодействующим со стойкой 8.
1
h
Эксцентриковый подшипник работает следующим образом. При движении внутреннего кольца 1, вращающегося с угловой скоростью w, тела качения 3, 4, 5 катятся по наружному кольцу 2. При этом их оси совершают в пространстве такое движение, как если бы они были объединены водилом, средняя угловая скорость которого w.
h
1
cp
w=w/U.
cp
2
1
2
U=1+z/z, где z - число зубьев венца наружного кольца 2;
1
z - число зубьев венца внутреннего кольца 1.
1
Ползун 10 совершает возвратно-поступательное движение с частотой w/2π.
Подшипник, изображенный на фиг.3, 4 отличается от предыдущего количеством тел качения и тем, что тела качения и кольца помимо зубчатых венцов содержат цилиндрические беговые дорожки, имеющие диаметры
равные соответственным начальным окружностям зубчатых венцов. Зубчатые венцы колец 1, 2 и тел качения 11, 12 выполнены эвольвентными. Причем, венец каждого звена расположен между двумя цилиндрическими беговыми дорожками. Так наружное кольцо 2 содержит втулку с внутренним зубчатым венцом и два кольца 13 с беговыми дорожками пристыкованных к ней с помощью шпилек 14, а внутреннее кольцо 1 и тела качения 11, 12 содержат зубчатое колесо и посаженные на его хвостовики кольца 15, 16 с беговыми дорожками. При этом кольца 15 напрессованы на вал, а кольца 16 фиксируются от выпадения стопором 17.
Данное устройство работает аналогично изображенному на фиг.1, 2, но менее сложно в изготовлении.
Предложенный эксцентриковый подшипник выполняет функции редуктора и эксцентрика одновременно, что значительно упрощает конструкцию и технологию изготовления привода. При этом, в отличии от фрикционных подшипников, он имеет значительно больший эксцентриситет и обладает постоянным передаточным числом. Данный подшипник может применяться в приводах насосов, в различных механизмах сельскохозяйственной техники, а также в любых других механизмах для получения возвратно-поступательного движения.