ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ
BEARING ASSEMBLY

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в узлах, в которых применяются высокоскоростные подшипники качения, в частности в планетарных мельницах, планетарных редукторах, планетарных коробках передач, т.е. там, где подшипники испытывают значительные центробежные нагрузки, в сотни раз превышающие ускорение силы тяжести земли.
Известен подшипниковый узел, содержащий подшипник качения, сепаратор, имеющий удлиненную часть, выходящую за пределы подшипника, втулку с кольцевым выступом, охватывающим удлиненную часть сепаратора, полость для смазки подшипника (см. авторское свидетельство СССР 1328595 от 13.06.1984).
К недостаткам указанного узла можно отнести возможность перекоса сепаратора, что объясняется неодинаковостью сил трения, возникающих в различных точках контакта сепаратора с другими элементами узла. При больших центробежных перегрузках это может привести к перегреву и заклиниванию подшипника.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению можно считать подшипник качения по авторскому свидетельству СССР 176468 от 20.03.1963, который содержит наружное кольцо, установленное на рабочем валу внутреннее кольцо и зубчатый сепаратор в виде втулки с зубьями на одном торце, другой торец которой свободно посажен на рабочий вал или удлиненную часть внутреннего кольца.
К недостаткам данного решения относятся несимметричность конструкции и отсутствие системы смазки подшипника, которые в совокупности ведут к перекосам сепаратора и заклиниванию подшипника.
Частота вращения высокоскоростных подшипников качения настолько велика, что инерционные силы сепаратора и тел качения, а также силы трения в смазке, вызывают проскальзывание тел по дорожке качения. В подшипниковых узлах, состоящих из двух и более подшипников качения, неравномерное проскальзывание тел качения служит причиной повышенного износа разделительной части сепаратора и дорожек качения и может привести к перекосу сепаратора и заклиниванию подшипника.
Предлагаемая конструкция подшипникового узла позволяет решить задачу повышения его надежности, износостойкости и увеличения срока службы.
Поставленная задача решена за счет того, что в подшипниковом узле, содержащем как минимум два подшипника качения, зубчатый сепаратор с удлиненной цилиндрической частью, выходящей за габариты подшипников, и неподвижную опорную центрирующую поверхность, гнезда под тела качения в виде короны выполнены с обеих сторон цилиндрической части сепаратора.
Неподвижная опорная центрирующая поверхность сепаратора, которая в зависимости от условий нагружения узла располагается внутри или снаружи удлиненной цилиндрической части (фиг.1), снабжена каналами для подачи масла к сепаратору.
Кроме того, удлиненная цилиндрическая часть сепаратора между смежными подшипниками в узле может быть выполнена составной из двух частей с возможностью проскальзывания их друг относительно друга.
Размещение гнезд под тела качения с обеих сторон цилиндрической части сепаратора позволило устранить перекосы в конструкции, наличие каналов для подачи масла в зазор между цилиндрической частью сепаратора и неподвижной центрирующей поверхностью - максимально снизить трение и тем самым повысить износостойкость деталей узла, а выполнение сепаратора состоящим из двух частей - уменьшить негативное влияние от разности скоростей проскальзывания тел качения в левом и правом подшипнике, что особенно проявляется при высоких скоростях вращения подшипников, и тем самым повысить срок службы узла.
Сущность предложенного подшипникового узла поясняется на фиг.1, 2 и 3, на которых показаны аксонометрия, продольный разрез узла и развертка стыка сепараторов.
На фиг.1 представлен подшипниковый узел, содержщий подшипники качения, состоящие из посаженных на вал 1 внутренних колец 2, наружных колец 3, закрепленных в корпусе 4, и зубчатого сепаратора 5, контактирующего непосредственно с телами качения 6 между внутренним 2 и наружным 3 кольцами.
Сепаратор выполнен в виде цилиндра, выходящего за габариты подшипников, торцы которого выполнены в виде короны с гнездами под тела качения.
Опорой для сепаратора служит неподвижная центрирующая поверхность 7, которая выполнена или крепится на валу 1, либо выполнена или закреплена в корпусе 4, в зависимости от схемы работы подшипникового узла. В первом случае неподвижная опорная центрирующая поверхность расположена внутри удлиненной цилиндрической части сепаратора, во втором случае - снаружи (фиг.1).
Для подачи смазки к работающим деталям узел снабжен каналами 8, выполненными в неподвижной опорной поверхности 7.
Для повышения надежности конструкции на цилиндрической части сепаратора, не контактирующей с опорной центрирующей поверхностью, могут выполняться ребра жесткости 9.
На фиг.2 представлен вариант подшипникового узла, состоящего из трех подшипников качения, в котором удлиненная цилиндрическая часть сепаратора 5 между смежными подшипниками выполнена из двух частей, вставленных одна в другую соосно с необходимым зазором для обеспечения проскальзывания их друг относительно друга.
В отличие от цельного сепаратора изготовление сепаратора состоящим из нескольких элементов позволяет избежать жесткой связи между подшипниками, работающими в неодинаковых условиях, и предотвратить негативное влияние эффекта неравномерного проскальзывания тел качения, особенно на высоких скоростях вращения подшипников.
Подшипниковый узел работает следующим образом.
В процессе работы узла вал 1 через внутренние кольца 2 или корпус 4 через внешние кольца 3 передает вращение телам качения 6, которые в свою очередь приводят во вращательное движение цилиндрический сепаратор 5. Сепаратор вращается с частотой, меньшей частоты вращения вала 1.
В процессе работы узла через канал 8 в зазор между неподвижной опорной поверхностью 7 и удлиненной цилиндрической частью сепаратора под давлением подается масло. В результате на внешней или внутренней поверхности сепаратора возникают масляные пленки, которые разгружают сепаратор от влияния значительных центробежных сил и исключают тормозящее воздействие сепаратора на тела качения и как следствие снижают их взаимный износ и увеличивают ресурс подшипникового узла в целом.
Проскальзывание составных частей сепаратора (фиг.2) друг относительно друга позволяет им вращаться с различной скоростью, что дает возможность использовать в подшипниковом узле подшипники качения разных типов и типоразмеров, а в случае применения одинаковых подшипников уменьшить отрицательное воздействие от проскальзывания тел качения по дорожкам качения и повысить надежность работы узла.
Составные цилиндрические элементы сепаратора могут иметь переменный диаметр, при этом диаметр внешнего края, снабженного гнездами в виде короны под тела качения, определяется типоразмером применяемых подшипников (фиг.2).
При использовании в подшипниковом узле больше двух подшипников (фиг.2) тела качения подшипника, расположенного между двумя соседними подшипниками, разделяются двумя сепараторами, расположенными с обеих сторон среднего подшипника, причем часть тел качения будет размещена в одном сепараторе, а часть в другом (фиг.3).
Предлагаемое техническое решение может найти широкое применение в машинах и механизмах, в которых используются подшипниковые узлы, состоящие из по крайней мере двух подшипников, в том числе разного типа и типоразмера, работающих на высоких скоростях и испытывающих значительные центробежные нагрузки, в сотни раз превосходящие ускорение силы тяжести Земли.