Скоростная шарикоподшипниковая совмещенная опора
HIGH-SPEED BALL-BEARING SUPERIMPOSED SUPPORT

4
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к гироскопической отрасли приборостроения, где требуется ресурс 10 и более часов с сохранением стабильности 0,5 гсм - моментов трения и в пределах 0,1-0,2 мкм - положения центра масс.
Скоростная шарикоподшипниковая опора является основным элементом гироскопа, который определяет ресурс, надежность и точность последнего.
Известны конструкции совмещенных скоростных шарикоподшипниковых (ш/п) опор [1, 2, 3, 4, 5], в том числе ш/п опора фирмы МРВ, А426-800 [1], содержащая два наружных кольца, два сепаратора с шариками, вал с двумя желобами, в результате за счет уменьшения количества разъемов между сопрягаемыми деталями - внутренними кольцами - достигается уменьшение монтажного перекоса и повышается стабильность положения центра масс. Недостатком известной конструкции ш/п опоры является возможность перекоса и искажений геометрии наружных колец ш/п опоры относительно друг друга при монтаже их в корпусе.
Известна также скоростная совмещенная шарикоподшипниковая опора 6B2903 фирмы МРВ [1], содержащая наружное кольцо с двумя желобами, два сепаратора с шариками, вал с одним желобом и внутреннее кольцо, установленное на посадочное место вала. Монтажные перекосы и количество сопрягаемых поверхностей сведены к минимуму.
2
Недостатком известной конструкции является невысокий ресурс работы, вследствие высокой жесткости цепи деталей, замыкающих осевой натяг в опоре. Жесткость цепи, замыкающей осевой натяг, определяется жесткостью деталей, крепящих внутреннее кольцо. К этой цепи предъявляются высокие требования к стабильности размеров 0,1 мкм, то есть к стабильности положения центра масс. Под высокой жесткостью этой цепи понимается величина, превышающая не менее чем в 4-5 раз осевую жесткость ш/п опоры, которая определяется упругой деформацией шаров и желобов в точках их взаимного контакта и в известной конструкции это превышение составляет не менее 10 раз. Испытания ш/п опор в гироскопах с различной жесткостью цепи, замыкающей осевой натяг (различная жесткость этой цепи обеспечивалась разной жесткостью крышек, см. 5, табл. 12.21) позволили выявить зависимость между указанной жесткостью и ресурсом работы с сохранением заданных характеристик - моментов трения и стабильности положения центра масс (см. табл. 1 и фиг. 1). Зависимость показывает, что известная ш/п опора при прочих равных условиях не может иметь ресурс работы более 5.10 часов с обеспечением стабильности: положения центра масс не хуже 0,1 мкм и момента трения менее 0,5 гсм.
Целью изобретения является повышение надежности скоростной шарикоподшипниковой совмещенной опоры за счет повышения ресурса.
Указанная цель достигается тем, что на совмещенном наружном кольце (с двумя желобами на одной втулке) между желобами выполнена жесткостная развязка с осевой жесткостью, отношение которой к осевой жесткости ш/п опоры 0,4-4, а также тем, что жесткостная развязка выполнена в виде мембран, связанных втулкой с одинаковым поперечным сечением стенок.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная конструкция ш/п опоры отличается тем, что на совмещенной детали опоры - на наружном кольце между двумя желобами выполнен упругий элемент с требуемой жесткостью. Таким образом, заявляемая ш/п опора соответствует критерию "новизна". При сравнении с другими известными техническими решениями в данной области техники не обнаружены решения, обладающие сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 приведена зависимость между жесткостью развязки и ресурсом работы ш/п опоры, а на фиг. 2 - ш/п опора, где жесткостная развязка выполнена в виде канавки с тонкими стенками - мембранами.
Предлагаемая опора включает совмещенное наружное кольцо 1 с двумя желобами 2, между которыми выполнена жесткостная осевая развязка в виде канавки 3 с тонкими боковыми стенками 4, валик 5 с одним желобом 6, внутреннее кольцо 7, установленное на посадочное место вала, два комплекта шаров 8 и два сепаратора 9. Посадочным местом наружного кольца ш/п опоры является поверхность 10, а в зазоре между поверхностью 10 и корпусом 11 находится клей 12, между поверхностью 13 и корпусом 11 имеется зазор для обеспечения свободного перемещения этой части наружного кольца вдоль оси. Осевой натяг в ш/п опоре устанавливается за счет распорного кольца 14 определенной толщины с закреплением внутреннего кольца 7 шайбой 15 и гайкой 16. Другим, более простым вариантом выставки осевого натяга является закрепление внутреннего кольца 7 на валике 5 с помощью клея, который полимеризуют под номинальной нагрузкой, приложенной к внутреннему кольцу 7 в осевом направлении. Наружное кольцо 1, вал 5, распорное кольцо 14, внутреннее кольцо 7, шайба 15 и гайка 16 являются цепью деталей, замыкающих осевой натяг с суммарной жесткостью стыков и входящих в цепь деталей.
При вращении ш/п опоры с неидеальной геометрией шаров, желобов (разноразмерность, несферичность, некруглость), остаточной непараллельностью желобов, возникшие динамические реакции в местах контакта шариков с желобами ослабляются упругой развязкой 3, 4, что, в свою очередь, способствует сохранению устойчивой кинематики вращения и, как следствие, сохранению гидродинамической пленки смазки, определяющей заданные параметры - стабильность центра масс и момента трения.
Нижнее значение жесткости упругого элемента выбирается из условия прочности при заданных эксплуатационных нагрузках или допустимых упругих деформаций и находится в пределах:
для стабильности 0,5 мкм и 2 гсм -
;
для стабильности 0,1 мкм и 0,5 гсм -
.
Следует отметить, что для обеспечения приемлемых значений прочности и жесткости в заданных габаритах (см. фиг. 2) оптимальным является равная толщина поперечного сечения мембран и втулки, которую соединяют мембраны с наружным кольцом. Экспериментально полученные данные (см. табл. 1 и фиг. 1) позволяют считать, что использование заявляемого изобретения со всеми преимуществами прототипа - высокие стабильности положения центра масс и момента трения - обеспечит повышение ресурса работы ш/п опоры не менее, чем на порядок.
Источники информации
1. МРВ, каталог 1-120-82, США, 1982 г. с. 39, опора 6B2903.
2. FAG, Publ. №41610DA, декабрь 1985 г.
3. Barden, каталог №6, 1971 г.
4. Fafnir, каталог, 1978 г.
5. Приборные шариковые подшипники, справочник под ред. К.Н. Явленского, М., Машиностроение, 1981 г.