ШАРИКОПОДШИПНИК РАДИАЛЬНЫЙ
RADIAL BALL BEARING

Изобретение относится к производству всех изделий, в которых ставится задача увеличения ресурса работы радиальных шарикоподшипников, и может быть использовано в подшипниковой промышленности при изготовлении радиальных шарикоподшипников с большим ресурсом работы. Предложенный подшипник может быть использован в сочетании с другими подшипниками, например, радиально упорными.
В качестве аналога принят патент США №3,124,396 на подшипник качения, в котором вместо сепаратора используются разделители типа цилиндров, а для закрепления и удержания цилиндров используются удерживающие кольца. Большое количество контактируемых деталей подшипника неизбежно приводит к большим потерям на трение скольжения, что снижает ресурс работы подшипника. Сложность сборки приводит к неоправданно высокой стоимости подшипника.
В качестве прототипа принят патент №002947 на подшипник чистого качения, и его варианты в части формы и конструкции фиксирующих элементов. Фиксирующие элементы фиксируются удерживающими кольцами, которые в совокупности заменяют сепаратор с трением скольжения между шариками и сепаратором. Точечные контакты, заявленные в прототипе, не ликвидируют трение скольжения, а приводят к большим контактным давлениям. Трение скольжения возникает всегда, когда скорости разных деталей в общей точке контакта различаются по величине, по направлению, либо различаются и по величине, и по направлению. В подшипнике не предусмотрена выборка зазоров между шариками и кольцами подшипника, что приводит к нестабильному положению оси вращения подшипника. В подшипнике чистого качения максимальные диаметры фиксирующих элементов меньше диаметра шариков, что, при возможных контактах, приводит к большим скоростям вращения фиксирующих элементов и к увеличению трения скольжения. Предлагаемая конструкция шарикоподшипника радиального включает четное число шариков, состоящее из двух групп шариков с одинаковым количеством шариков в каждой группе. Шарики первой группы с натягом размещены между кольцевыми канавками колец шарикоподшипника. На чертеже представлено сечение шарикоподшипника радиального, проходящее через ось шарикоподшипника и центр шарика первой группы. На чертеже обозначены:
1 - шарик первой группы;
2 - неподвижное кольцо шарикоподшипника;
3 - подвижное кольцо шарикоподшипника;
4 - ось шарикоподшипника;
5 - первая кольцевая канавка неподвижного кольца шарикоподшипника;
6 - вторая кольцевая канавка неподвижного кольца шарикоподшипника;
7 - третья кольцевая канавка неподвижного кольца шарикоподшипника;
На чертеже изображен частный случай установки шарикоподшипника, в котором наружное кольцо 2 шарикоподшипника является неподвижным. Совершенно также можно изобразить сечение шарикоподшипника, в котором внутреннее кольцо будет неподвижным. Изменится лишь процесс сборки шарикоподшипника, предусматривающий перемещение подвижного кольца шарикоподшипника в направлении оси 4 шарикоподшипника вплоть до выборки гарантированных зазоров между шариками первой группы и кольцевыми канавками, одна из которых на чертеже обозначена цифрой 7. На фиг. не обозначены три кольцевые канавки подвижного кольца 3 шарикоподшипника. Таким образом, все ссылки на чертеж могут быть распространены и на другие случаи установки шарикоподшипника. Шарики второй группы являются пружинящими, фиксирующими элементами шариков первой группы и в отличие от шариков первой группы имеют меньший диаметр. Они могут контактировать с соседними шариками первой группы и кольцевыми канавками шарикоподшипника и могут перемещаться в пределах имеющихся в шарикоподшипнике зазоров. Зазоры между шариками разных групп можно рассматривать как средние, при равномерном расположении шариков первой группы в канавках колец шарикоподшипника, и как максимальные. Максимальный зазор - это зазор между соседними шариками, когда зазоры между всеми другими шариками выбраны. Выбрав диаметр шариков, количество шариков в подшипнике и максимальный зазор определяют диаметр окружности, на которой расположены центра шариков первой группы. Максимальный зазор целесообразно выбирать малым, чтобы он не привел к неравномерному расположению шариков в шарикоподшипнике, связанному с шумом и переменным моментом трения при работе шарикоподшипника. Шарики второй группы благодаря своей сферической форме могут вращаться вокруг произвольных осей, а их центра будут перемещаться так же, как центра рядом расположенных шариков первой группы, жестко связанные натягами с кольцевыми канавками колец шарикоподшипника. Общее количество шариков в подшипнике должно быть четным, чтобы поочередно располагать в кольцевых канавках шарики разных групп. Если количество шариков первой группы будет больше количества шариков второй группы, то какие-то шарики первой группы будут расположены рядом, и неизбежен жесткий контакт между ними, поскольку в точке контакта скорости имеют разное направление. Если количество шариков первой группы будет меньше количества шариков второй группы, то неизбежно неравномерное расположение шариков второй группы приведет к неравномерности в работе шарикоподшипника. Движение шариков второй группы в пределах имеющихся зазоров может носить разнонаправленный характер. При больших скоростях вращения шарикоподшипника шарики второй группы будут прижиматься к канавке наружного кольца шарикоподшипника под действием центробежных сил. Силы трения, сопровождающие эти контакты, как правило, малы. Они могут стать значительными в крупногабаритных шарикоподшипниках, вращающихся с большими скоростями.
Кольцевая канавка наружного кольца 2 шарикоподшипника, как и кольцевая канавка внутреннего кольца 3 разделены на три примыкающие друг к другу канавки, из которых первая с натягом контактирует с шариками первой группы. Натяг образуется в процессе сборки шарикоподшипника, которая включает перемещение кольца 3 шарикоподшипника в направлении оси шарикоподшипника до тех пор, пока результирующие силы сжатия каждого шарика первой группы не будут перпендикулярны оси 4 шарикоподшипника и противоположно направлены. Шарикоподшипники высокого класса точности и высокоскоростные не должны иметь больших натягов и большой ширины дуги контакта первой кольцевой канавки 5, так как они приводят к увеличению потерь на трение. Выбор формы дуги контакта первой кольцевой канавки 5, натягов и ширины канавки производится исходя из испытаний шарикоподшипника на усталостную прочность. Это могут быть дуги окружностей разного диаметра, при условии, что они выравнивают контактные давления в разных точках контакта. Скорости неподвижного кольца 2 на линии контакта по определению равны нулю. Скорости шарика 1 на той же линии контакта не равны нулю, поскольку шарик 1 обкатывается по первой кольцевой канавке неподвижного кольца 2 и мгновенная скорость вращения шарика параллельна оси 4 шарикоподшипника. Увеличивая ширину дуги контакта первой кольцевой канавки 5, мы увеличиваем максимальную разность скоростей в точках контакта и, следовательно, увеличиваем потери на трение скольжения. Вторая кольцевая канавка 6 неподвижного кольца 2 не имеет контактов с шариками первой группы и может иметь произвольную форму и достаточно грубые допуски. Благодаря этому снижается стоимость изготовления колец шарикоподшипника. Третья кольцевая канавка неподвижного кольца 2 является упором и препятствует перемещению шариков первой группы в направлении оси шарикоподшипника. Зазоры между шариками первой группы и третьей кольцевой канавкой колец 2, 3 при сборке шарикоподшипника сводятся до минимума. Это достигается обработкой третьей кольцевой канавки колец 2, 3 шарикоподшипника. При радиальной нагрузке на шарикоподшипник между шариками первой группы и третьими канавками обоих колец шарикоподшипника контакта нет, что позволяет уменьшить потери на трение. В случае, если внешние воздействия на шарикоподшипник имеют составляющую, направленную по оси подшипника, то могут возникнуть контакты шариков первой группы с третьими кольцевыми канавками колец 2, 3 шарикоподшипника с трением скольжения между ними.
Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в увеличении ресурса работы шарикоподшипников и снижении трудоемкости их изготовления.
Экономический эффект подсчитать не представляется возможным вследствие отсутствия статистически обоснованных исходных и сравнительных данных.