Шариковый подшипник
BALL BEARING

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к радиальным шариковым подшипникам качения.
s
s
Известен шариковый подшипник, состоящий из колец, на дорожках качения которых выполнены канавки, и расположенных между ними шариков. Канавки расположены вдоль окружности контакта шариков и дорожек качения, имеют круговой профиль с радиусом, равным радиусу шариков, а ширина канавок равна b = (0,1…0,4)d, где d - диаметр шариков [1] (патент на изобретение RU №2571484 С1, МПК F16C 19/18, 33/58. Шариковый подшипник / А.В. Королев, А.А. Королев. 20.12.2015. Бюл. №35).
В данном подшипнике радиус канавок равен радиусу шариков, а ширина канавок меньше их диаметра. Поэтому в местах сопряжения канавок с дорожками качения, где образуются острые кромки или участки с малыми радиусами закругления, будет иметь место концентрация нагрузки. В этих местах, из-за деформации шариков под нагрузкой, возникают высокие контактные напряжения. Высокие контактные напряжения снижают работоспособность известного подшипника.
Другим недостатком известного подшипника является сложность его сборки ввиду того, что необходимо подбирать кольца подшипников не только по диаметрам дорожек качения, но и по размерам канавок, радиус которых должен быть равен радиусу шариков. Это значительно усложняет организацию сборочного процесса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является шарикоподшипник, содержащий кольцо с дорожкой качения, поверхность которой образована двумя периферийными участками с радиусом переменной кривизны и центральным, имеющим радиус равный 0,502…0,505 диаметра шарика [2] (авторское свидетельство СССР №385101 МПК F16C 33/30. Шарикоподшипник / А.В. Орлов, С.В. Пинегин, В.М. Матвеев и др. 29.05.1973. Бюл. №25).
В известном подшипнике размеры центрального участка дорожки качения недостаточны для его нормальной работы с учетом допуска на изготовление шариков, а также обеспечения достаточно плотного прилегания шариков в дорожке качения для снижения контактных напряжений. Недостаточна также ширина центрального участка дорожки качения. Это приводит к уменьшению площади контакта шариков с дорожкой качения, концентрации нагрузки в местах сопряжения центрального участка дорожки качения с периферийными и, как следствие, к повышению контактных напряжений. Высокие контактные напряжения снижают работоспособность известного подшипника.
Кроме того, усложняется процесс сборки известного подшипника. Ввиду отсутствия методики расчета минимально необходимого радиуса центрального участка, а также его ширины, возникает необходимость в подборе колец подшипников не только по диаметрам дорожек качения, но и по размерам их центрального участка. Это значительно усложняет организацию сборочного процесса.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение работоспособности подшипника за счет обеспечение рациональной геометрии контакта в подшипнике, а также упрощение процесса его сборки.
Технический результат достигается тем, что в шариковом подшипнике, содержащем наружное и внутреннее кольца, на дорожках качения которых, образованных двумя периферийными участками, очерченными дугообразными линиями, и центральным, размещены шарики, причем минимальный радиус центрального участка дорожки качения равен
где - минимальный радиус центрального участка дорожки качения;
- номинальный диаметр шариков;
- верхнее предельное отклонение поля допуска диаметра шариков;
- диаметр внутреннего кольца подшипника по дну центрального участка дорожки качения,
при этом ширина центрального участка дорожки качения не меньше ширины контакта с ним шариков
где  - ширина контакта шариков с центральным участком дорожки качения;
- коэффициент, учитывающий упругие характеристики контактирующих тел (шариков и колец подшипников);
- максимальная нагрузка на шарики.
В заявляемом подшипнике радиус центрального участка дорожки качения выполнен достаточным для размещения шариков учетом допуска на их изготовление, а также для обеспечения достаточно плотного прилегания шариков в дорожке качения. Это позволяет увеличить площадь контакта шариков с дорожкой качения. Для максимального снижения контактных напряжений радиус центрального участка дорожки качения выполнен минимально возможным. Ширина центрального участка дорожки качения в заявляемом подшипнике не меньше ширины контакта с ним шариков, что устраняет концентрацию нагрузки в местах сопряжения центрального участка с периферийными. Все это повышает работоспособность заявляемого подшипника.
Кроме того, упрощается процесс сборки подшипника ввиду отсутствия необходимости в многопараметрическом комплектовании колец подшипника по диаметрам дорожек качения и по размерам их центрального участка.
Изобретение поясняется чертежом, где изображен шариковый подшипник.
Шариковый подшипник состоит из наружного кольца 1, внутреннего кольца 2 и тел качения-шариков 3, размещенных между ними в дорожках качения. Дорожка качения каждого из колец образована двумя периферийными участками 4, очерченными дугообразными линиями, и центральным участком 5, минимальный радиус которого равен
w
D - номинальный диаметр шариков,  - верхнее предельное отклонение поля допуска диаметра шариков, d - диаметр внутреннего кольца подшипника по дну центрального участка дорожки качения. При этом ширина  центрального участка дорожки качения 5 выполнена не меньше ширины b контакта с ним шариков, равной
где
max
η - коэффициент, учитывающий упругие характеристики контактирующих тел (шариков и колец подшипников), P - максимальная нагрузка на шарики.
В качестве примера определим размеры центрального участка дорожки качения радиального однорядного шарикоподшипника №216 по ГОСТ 8338-75. Внутреннюю конструкцию подшипников стандарт не регламентирует [3] (Подшипниковые узлы современных машин и приборов: Энциклопедический справочник/ В.Б. Носов, И.М. Карпухин, Н.Н. Федотов и др.; под общ. Ред. В.Б. Носова. М. Машиностроение, 1997, 640 с. С.36).
в
н
w
Внутренний диаметр подшипника d=80 мм, наружный диаметр d=140 мм, диаметр шариков D=19,05±0,15 мм [3] (С. 23).
Для указанного подшипника диаметр его внутреннего кольца по дну центрального участка дорожки качения
Наибольший диаметр шариков
Минимальный радиус центрального участка дорожки качения
Минимальный диаметр центрального участка дорожки качения
Он больше максимального диаметра шариков  Поэтому все шарики данного номинального диаметра с учетом поля допуска на их изготовление способны разместиться в центральном участке дорожки качения. При этом не требуется дополнительная сортировка колец по его размерам. Минимальный диаметр центрального участка дорожки качения несколько больше максимального диаметра шариков:
мм, что позволяет шарикам деформироваться внутри дорожки качения.
Отношение минимального радиуса центрального участка дорожки качения к номинальному диаметру шариков Это значение не входит в диапазон, указанный в прототипе. Оно несколько больше.
-6
2
При одинаковых упругих характеристиках шарика и колец подшипника (для стальных деталей при нормальной температуре) η=8,7⋅10мм/Н [3] (С.200).
Минимальная ширина канавок
max
max
При P = 1000 Н, b = 8,1 мм. Когда P = 125 Н, b = 4,05 мм.
Отношение минимальной ширины центрального участка дорожки качения к его минимальному диаметру в первом случае 0,419, во втором - 0,209. При этом центральный участок дорожки качения подшипника может быть свободно размещен внутри периферийных, поскольку ширина всей дорожки качения в данном случае
Изобретение позволяет повысить работоспособность и упростить процесс сборки шарикового подшипника.