СФЕРИЧЕСКИЙ ОДНОРЯДНЫЙ РОЛИКОПОДШИПНИК

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к производству подшипников качения.
Известен роликовый однорядный подшипник, содержащий внутреннее кольцо со сферической рабочей поверхностью, наружное кольцо с торообразной дорожкой качения и ролики с вогнутым профилем рабочей поверхности, сопрягаемым с рабочими поверхностями наружного и внутреннего колец (патент RU 96403 МПК F16C 19/22, опубл. 27.07.2010).
Недостатком данного подшипника является большой процент брака, возникающий при изготовлении из-за невозможности обеспечить традиционными технологическими методами сопряжение рабочей поверхности роликов и дорожек качения наружного и внутреннего колец по всему профилю, т.е. обеспечить совершенно одинаковые радиусы профилей рабочих поверхностей роликов и дорожек качения. Из-за наличия симметричных допусков на радиусы профиля ролика и дорожек качения в процессе изготовления в пределах этих допусков случайным образом с равной вероятностью будут формироваться три варианта взаимодействия рабочих поверхностей роликов и дорожек качения: когда радиус профиля ролика будет больше радиуса профиля дорожек качения наружного и внутреннего колец, когда эти радиусы будут равны, и когда радиус профиля ролика будет меньше радиуса профиля дорожек качения.
В первом случае начальный контакт ролика с дорожкой качения будет точечным и при приложении рабочей нагрузки площадка контакта будет маленькой, на ней будут возникать высокие контактные напряжения, а значит, такой подшипник будет иметь низкую нагрузочную способность и малую долговечность. Такое сопряжение ролика и дорожки качения недопустимо, а значит, примерно 30% деталей будет уходить в брак.
Второй вариант сопряжения рабочих поверхностей колец и роликов, когда радиусы их профилей будут равны, наиболее приемлем, так как в этом случае, будет обеспечиваться начальный линейный контакт ролика и дорожки качения, в процессе приложения рабочей нагрузки ролики будут контактировать с дорожкой качения по всему профилю, обеспечивая наибольшую нагрузочную способность и долговечность подшипника.
Третий вариант сопряжения, когда радиус профиля ролика будет меньше радиуса профиля дорожек качения, будет также допустимым, так как в этом случае при начальном двухточечном контакте ролика с дорожкой качения в процессе приложения рабочей нагрузки ролик будет взаимодействовать с поверхностью дорожки качения по всему профилю, а значит, будет обеспечиваться заданная нагрузочная способность и долговечность подшипника.
Известен роликовый сферический однорядный подшипник, выбранный в качестве прототипа, содержащий наружное кольцо с цилиндрической дорожкой качения, внутреннее кольцо со сферической поверхностью дорожки качения, ролики с вогнутым профилем рабочей поверхности, сопряженной со сферической поверхностью дорожки качения внутреннего кольца (ГОСТ 3395-89. Подшипники качения. Типы и конструктивные исполнения. - М.: Изд-во стандартов. 1989. - с. 35, тип 303000).
Основным недостатком вышеописанного роликового сферического однорядного подшипника является высокая трудоемкость изготовления, из-за необходимости применения специальных методов формообразования рабочих поверхностей роликов и дорожки качения внутреннего кольца, обеспечивающих их сопряжение по всему профилю. Если такого сопряжения не будет обеспечено, то подшипник будет иметь низкую долговечность.
Технической задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является снижение трудоемкости изготовления подшипников, а также уменьшение бракованных деталей.
Поставленная задача решается тем, что в роликовом сферическом однорядном подшипнике, содержащем наружное кольцо с цилиндрической дорожкой качения, внутреннее кольцо со сферической поверхностью дорожки качения, ролики с вогнутым профилем рабочей поверхности, сопряженной со сферической поверхностью дорожки качения внутреннего кольца, согласно изобретению сопрягающиеся поверхности роликов и внутреннего кольца выполняются в соответствии со следующими соотношениями:
р
к
где Р - конструкторский размер радиуса профиля сопрягаемой поверхности ролика; Р - конструкторский размер радиуса сферической поверхности внутреннего кольца; Н - номинальный размер радиуса профиля сопрягаемой поверхности ролика и радиуса сферической поверхности внутреннего кольца; +к - верхнее предельное отклонение от номинального размера радиуса сопрягаемых поверхностей; -к - нижнее предельное отклонение от номинального размера радиуса сопрягаемых поверхностей.
Выполнение сопрягаемых поверхностей роликов и дорожки качения внутреннего кольца в соответствии с указанными соотношениями исключает возможность изготовления роликов, имеющих радиус сопрягаемой поверхности больший, чем радиус сферической поверхности внутреннего кольца. Такое соотношение радиусов профиля роликов и сферической поверхности внутреннего кольца недопустимо, т.к. приводит к резкому снижению долговечности подшипника из-за малой площадки контакта между рабочими поверхностями роликов и внутреннего кольца.
В то же время, выполнение указанного соотношения, гарантированно обеспечивает либо равенство радиусов сопрягаемых поверхностей роликов и внутреннего кольца, либо больший радиус сферической поверхности внутреннего кольца, по сравнению с радиусом вогнутого профиля роликов. Эти два варианта взаимодействия роликов и дорожки качения внутреннего кольца обеспечивают при работе под нагрузкой необходимую долговечность сферического роликоподшипника.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет снизить количество бракованных изделий и уменьшить трудоемкость изготовления сферического роликоподшипника при использовании стандартного оборудования и технологий.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен фрагмент сферического роликоподшипника с недопустимым вариантом взаимодействия ролика 1 и дорожки качения 2 внутреннего кольца 3, который становится невозможным при использовании предлагаемого технического решения. На фиг. 2 и на фиг. 3 представлены допустимые варианты взаимодействия ролика 1 и дорожки качения 2 внутреннего кольца 3, которые гарантировано обеспечиваются предлагаемым техническим решением. На фиг. 4 представлен роликоподшипник, предлагаемой конструкции.
р
к
Роликовый сферический однорядный подшипник содержит наружное кольцо 4 с цилиндрической дорожкой качения, внутреннее кольцо 3 со сферической поверхностью дорожки качения 2, ролики 1 с вогнутым профилем рабочей поверхности 5, сопряженной со сферической поверхностью дорожки качения 2 внутреннего кольца 3, при этом спрягающиеся поверхности 5 и 2 роликов 1 и внутреннего кольца 3 выполнены в соответствии со следующими соотношениями:  где Р - конструкторский размер радиуса профиля сопрягаемой поверхности 5 ролика 1; Р - конструкторский размер радиуса сферической поверхности 2 внутреннего кольца 3; Н - номинальный размер радиуса профиля сопрягаемой поверхности 5 ролика 1 и радиуса сферической поверхности 2 внутреннего кольца 3; +к - верхнее предельное отклонение от номинального размера радиуса сопрягаемых поверхностей 2,5; -к - нижнее предельное отклонение от номинального размера радиуса сопрягаемых поверхностей 2,5.
Ролики 1 расположены между наружным кольцом 4 и внутренним кольцом 3. Для разделения тел качения в устройство может быть введен сепаратор (на фигурах не показан).
р
к
Роликовый сферический однорядный подшипник работает следующим образом. В процессе работы роликовый сферический однорядный подшипник обеспечивает восприятие нагрузок и передачу вращения в составе машины, узла, устройства. При вращении одного из колец 4 или 3 подшипника ролики 1 также увлекаются во вращение, обеспечивая необходимое взаиморасположение наружного кольца 4 и внутреннего кольца 3 подшипника. При этом рабочие поверхности роликов 1 и сферическая поверхность 2 внутреннего кольца 3, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают восприятие нагрузок на подшипник, допустимая величина которых зависит от вида начального контакта рабочих поверхностей роликов 1 и внутреннего кольца 3 подшипника, который может быть точечным, двухточечным или линейным. А вид благоприятного начального контакта рабочих поверхностей роликов 1 и внутреннего кольца 3 подшипника обеспечивается соотношением радиусов сферической поверхности 2 внутреннего кольца 3 подшипника и рабочей поверхности 5 роликов 1, которое подчиняется следующим выражениям:  где Р - конструкторский размер радиуса профиля сопрягаемой поверхности 5 ролика 1; Р - конструкторский размер радиуса сферической поверхности 2 внутреннего кольца 3; Н - номинальный размер радиуса профиля сопрягаемой поверхности 5 ролика 1 и радиуса сферической поверхности 2 внутреннего кольца 3; +к - верхнее предельное отклонение от номинального размера радиуса сопрягаемых поверхностей 2 и 5; -к - нижнее предельное отклонение от номинального размера радиуса сопрягаемых поверхностей 2 и 5.