ТРЁХЪЯРУСНЫЙ САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ РАДИАЛЬНЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ С ОТВЕРСТИЯМИ
THREE-ROW SELF-ALIGNING RADIAL ROLLING BEARING WITH HOLES

Изобретение относится к машиностроению, а именно к радиальным шариковым подшипникам качения.
Известен радиальный шариковый подшипник [1, стр.326, рис 16.13, позиция I]. Он имеет внутреннее кольцо, фиксируемое на валу, и внешнее кольцо, которое имеет геометрическую ось, совпадающую с геометрической осью внутреннего кольца. Этот подшипник примем за аналог. Недостатком аналога является то обстоятельство, что он выполнен одноярусным и в связи с этим не может быть применен при необходимости использования двух независимых движений.
Известен трехколенный или двухъярусный шариковый подшипник [2, стр.110, рис 18]. Промежуточное кольцо в таком подшипнике приводится во вращение от специального миниатюрного двигателя.
Наиболее близким к предлагаемому является подшипник качения [3] по патенту на изобретение №2461745, опубликованному 20.09.2012 г. Этот подшипник выполнен трехъярусным с четырьмя кольцами - внутренним, двумя промежуточными и наружным, между которыми помещены тела качения. Недостатком такого подшипника является высокая инерционная способность, приводящая к его быстрому разрушению.
Задачей изобретения является обеспечение безинерционной передачи вращательного движения от внутреннего кольца подшипника к наружному кольцу при несоосности геометрических осей внутренней поверхности внутреннего кольца и наружной поверхности наружного кольца. Это достигается тем, что в утолщенных частях первого, второго и третьего колец выполнены отверстия. Это позволяет сосредоточить центр масс подшипникового узла в неподвижной точке.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается трехъярусный самоустанавливающийся радиальный подшипник качения, включающий внутреннее, наружное и промежуточные кольца, а также тела качения, в котором на утолщенных участках первого, второго и третьего колец выполнены сквозные отверстия, причем толщина образовавшихся стенок колец выбирается из условия равнопрочности колец при их нагружении по всему периметру колец.
Эксцентриковые кольца имеют в радиальных сечениях разную толщину стенок от минимальной до максимальной. По этой причине центр тяжести колец оказывается смещенным относительно их осей вращения. Чтобы центр тяжести совпадал с осью колец, достаточно на утолщенных участках колец убрать лишний материал, т.е. сделать отверстия. При этом уменьшается масса колец, смещается центр тяжести и несущими оказываются образовавшиеся стенки колец.
Предлагаемый трехъярусный самоустанавливающийся радиальный подшипник качения показан на чертеже, где обозначены: внутреннее кольцо подшипника 1; первое промежуточное кольцо подшипника 2; второе промежуточное кольцо подшипника 3; наружное кольцо подшипника 4; первый ярус тел качения 5, расположенный между наружной цилиндрической поверхностью внутреннего кольца 1 и внутренней цилиндрической поверхностью первого промежуточного кольца 2; второй ярус тел качения 6, расположенный между наружной цилиндрической поверхностью первого промежуточного кольца 2 и внутренней цилиндрической поверхностью второго промежуточного кольца 3; третий ярус тел качения 7, расположенный между наружной цилиндрической поверхностью второго промежуточного кольца 3 и внутренней цилиндрической поверхностью наружного концентрического кольца 4 подшипника, в утолщенной части первого кольца расположено отверстие 8, второго кольца - отверстие 9 и третьего кольца - отверстие 10. Эти отверстия выполняют так, чтобы стенки колец оказывались равнопрочными. Это связано с тем, что кольца подшипника нагружаются радиальными нагрузками. Прочность колец в каждом их радиальном сечении определяется толщиной стенки кольца. Толщина стенки, в свою очередь, определяется суммой толщин, попадающих в сечение дальнего и ближнего участков кольца, между которыми находится отверстие. Сумма площадей таких сечений во всех радиальных направлениях должна быть одинакова.
1
2
3
4
1
2
3
4
На чертеже обозначены точкой O геометрический центр внутренней поверхности внутреннего кольца 1 подшипника, точкой O - геометрический центр наружной поверхности внутреннего и внутренней поверхности первого промежуточного колец τ подшипника, точкой О- геометрический центр наружной поверхности первого промежуточного и внутренней поверхности второго промежуточного колец подшипника, точкой О- геометрический центр наружной поверхности второго промежуточного и поверхности (внутренней и наружной) концентрического наружного колец подшипника. Внутреннее, первое промежуточное и второе промежуточное кольца выполняются эксцентрическими с эксцентриситетами соответственно e, e и е, а геометрические оси внутренней поверхности внутреннего кольца и наружного концентрического кольца выполнены с эксцентриситетом е.
1
1
3
3
4
Работает предлагаемый подшипник следующим образом. При вращении относительно оси O внутреннего кольца 1 совместно с валом, на который устанавливается это кольцо (вал не показан), за счет эксцентриситета e наружная поверхность внутреннего кольца, первый ярус тел качения 5 и внутренняя поверхность первого промежуточного кольца 2 будут вращаться относительно подвижной геометрической оси О. Так как первое е, а геометрические оси внутренней поверхности внутреннего кольца и наружного концентрического кольца выполнены с эксцентриситетом e.
1
1
2
2
3
4
1
4
1
4
2
3
1
2
3
4
1
2
1
2
3
2
3
4
3
1
4
4.
1
2
3
4
1
2
4
3
1
2
3
4
1
2
3
4
Работает предлагаемый подшипник следующим образом. При вращении относительно оси O внутреннего кольца 1 совместно с валом, на который устанавливается это кольцо (вал не показан), за счет эксцентриситета е наружная поверхность внутреннего кольца, первый ярус тел качения 5 и внутренняя поверхность первого промежуточного кольца 2 будут вращаться относительно подвижной геометрической оси О. Так как первое промежуточное кольцо 2 выполнено с эксцентриситетом е, его наружная цилиндрическая поверхность совместно со вторым ярусом тел качения 6 и наружной цилиндрической поверхностью второго промежуточного кольца 3 будет вращаться относительно подвижной геометрической оси О. Наружная поверхность второго промежуточного кольца 3, соединенная через третий ярус тел качения 6, как и наружная и внутренняя цилиндрические поверхности наружного концентрического кольца будет вращаться относительно неподвижной оси O, отстоящей от неподвижной геометрической оси внутренней поверхности O внутреннего кольца 1 подшипника на величину эксцентриситета e. Таким образом, неподвижные оси O и O, а также подвижные геометрические оси О и О образуют между собой подвижный шарнирный четырехзвенник OOOO. Стороны этого четырехзвенника соответственно равны OO=e, OO=е, ОO=e, OO=e Полная проворачиваемость подшипника может быть обеспечена тем, что шарнирный четырехзвенник OOOO будет выполнен как двухкривошипный, т.е такой, при размерах звеньев которого и звено OO, и звено ОО будут проворачиваться на полный оборот. Это обстоятельство обеспечивается тем, что сумма эксцентриситетов (e+e) выбирается большей, чем сумма эксцентриситетов (е+е), т.е (е+e)>(e+e).
Источники информации
1. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. Для студентов высш. Техн. Учеб. Заведений. - 5-е изд., перераб. - М.: шк., 1991. - 383 с.: ил.
2. Шестов С.А. Гироскоп на земле, в небесах и на море. - М.: Знание, 1989.- 192 с.
3. Патент РФ №2461745 от 01.06.2011.
4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1988. - 640 с.