РАДИАЛЬНО-УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК КАССЕТНОГО ТИПА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ БУКСЫ

Полезная модель относится к двухрядным радиально-упорным подшипникам качения, применяемым в железнодорожных буксах. В частности, подшипник предназначен для эксплуатации в составе железнодорожных тележек под грузовыми вагонами на магистральных железнодорожных путях общего и необщего пользования.
Известен роликовый конический буксовый подшипник для грузовых вагонов TBU 150×250×160 в стандартном исполнении по ГОСТ 32769-2014 https://docs.cntd.ru/document/1200111607 (рисунок 2 - Конструктивное исполнение с передней крышкой, с тремя болтами, с заглушкой), содержащий базовый подшипник, компенсационное кольцо, упорное кольцо, уплотнение, переднюю крышку, стопорную шайбу, болт торцевого крепления, заглушку.
Известен двухрядный радиально-упорный подшипник для железнодорожной буксы (патент на изобретение RU 2372534, опубл. 20.12.2008), содержащий наружное кольцо, внутренние кольца и размещенные между ними конические тела качения, удерживаемые сепаратором. Кольца изготавливают из высокопрочной стали ЭИ347ШД (8Х4 В9Ф2-ШД). Ролики изготавливают из подшипниковой стали ШХ15СГШ. На дорожки качения колец наносят износостойкое антифрикционное алмазоподобное покрытие. Сепаратор изготавливают из армированного, упрочненного полимера с твердыми смазками. На торцах подшипника устанавливают уплотнительные кольца, которые находятся в контакте с распорными кольцами, причем на рабочие поверхности распорных колец наносят твердое антифрикционное покрытие HRC от 85 до 95 ед. На наружном кольце выполняют канавку и в ней не менее трех дренажных отверстий. Указанное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога.
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести отсутствие возможности плавной прикатки подшипника, поскольку износостойкое покрытие является твердым, кроме того при наличии такого покрытия не обеспечивается эффективная длина поверхности контакта роликов с дорожками качения.
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является обеспечение равномерного распределения напряжений по эффективной длине поверхности контакта роликов.
Техническим результатом является повышение антифрикционных свойств подшипника и обеспечение равномерного распределения напряжений по эффективной длине поверхности контакта роликов, что в свою очередь способствует увеличению грузоподъемности подшипника и ресурса его работы, снижению величины упругого гистерезиса в зоне контакта роликов с дорожками качения подшипника, снижению вибраций при работе подшипника на максимальных оборотах, повышению частоты вращения подшипников, снижению максимальной температуры внутри подшипника, обеспечению демпфирования колебаний нагрузки.
Дополнительным техническим результатом является расширение арсенала средств того же назначение, а именно создание конструкции радиально-упорного подшипника кассетного типа для железнодорожной буксы.
Заявленный технический результат достигается тем, что в известном радиально-упорном подшипнике, содержащем наружное кольцо, внутренние кольца и размещенные между ними конические тела качения, согласно полезной модели, наружная поверхность роликов на образующей конуса выполнена с выпуклостью до 3 мкм, при этом дорожки качения на наружном и внутренних кольцах выполнены прямолинейными, на внутренней поверхности наружного и внутренних колец выполнено фосфатное покрытие, представляющее собой мелкокристаллическую пленку толщиной 2-4 мкм, полученное в процессе химической обработки.
Выполнение наружной поверхности роликов выпуклой с выпуклостью до 3 мкм на образующей конуса и выполнение одновременно дорожки качения на наружном и внутренних кольцах прямолинейными с фосфатным покрытием в виде мелкокристаллической пленки толщиной 2-4 мкм обеспечивает при обкатке подшипника давление выпуклости образующей конуса ролика на дорожки качения наружного и внутренних колец, тем самым профиль ролика углубляется на величину до 3 мкм в фосфатный слой образующих дорожек качения, которые в свою очередь начинают полностью повторять продольный профиль ролика. Поскольку слой фосфата достаточно рыхлый, то он смягчает поверхность дорожек качения колец и улучшает антифрикционные свойства поверхностей, при этом обеспечивается равномерное распределение напряжений по эффективной длине поверхности контакта роликов в нормальном режиме нагрузок.
В предлагаемом исполнении, ряды роликов принимают положение относительно дорожек качения колец по мере притирания фосфатного слоя, тем самым определяя оптимальные точки контакта.
Выпуклость ролика была рассчитана конструктивно и испытана на практике, и эта выпуклость составляет не более 3 мкм, величина выпуклости должна попадать в диапазон покрытия - это 2…4 мкм. В конечном итоге, после прикатки подшипника, выпуклая поверхность ролика будет контактировать с металлической поверхностью дорожки качения.
Увеличение эффективной длины контакта ролика в свою очередь способствует увеличению грузоподъемности подшипника и ресурса его работы. Номинальная динамическая радиальная грузоподъемность радиального роликоподшипника рассчитывается следующим образом:
13534,7 Н,
где
r
C = номинальная динамическая грузоподъемность;
m
b = номинальный коэффициент типа подшипника (значение 1,1 для конических роликоподшипников);
c
f = коэффициент материала/геометрии/размера;
i = количество рядов;
we
L = эффективная длина ролика;
α = угол контакта;
Z = количество роликов в ряду;
ψe
D = средний диаметр ролика.
we
Важность эффективной длинны ролика L очевидна, это та длинна поверхности ролика, которая будет контактировать с дорожками качения колец, и она напрямую влияет на динамическую грузоподъемность подшипника.
Кроме того, обеспечение повышения антифрикционных свойств подшипника и обеспечение равномерного распределения напряжений по эффективной длине поверхности контакта роликов способствует снижению величины упругого гистерезиса в зоне контакта роликов с дорожками качения подшипника, снижению вибраций при работе подшипника на максимальных оборотах, повышению частоты вращения подшипников, снижению максимальной температуры внутри подшипника, обеспечению демпфирования колебаний нагрузки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен ролик между кольцами подшипника до обкатки подшипника, на фиг. 2 - ролик между кольцами подшипника после обкатки подшипника, на фиг. 3 - пример конкретного выполнения радиально-упорного подшипника кассетного типа для железнодорожной буксы(общий вид двухрядного подшипника).
Радиально-упорный подшипник кассетного типа представляет собой двухрядный подшипник, содержащий наружное кольцо 1, внутренние кольца 2 и размещенные между ними конические тела качения 3. Ролики 3 выполнены с выпуклостью не более 3 мкм на образующей конуса. Замеры диаметров ролика проводятся в трех сечениях на определенном расстоянии по оси ролика. Дорожки качения на наружном 1 и внутренних 2 кольцах выполнены прямолинейными. Внутренняя поверхность колец на завершающей стадии изготовления проходят химическую обработку, в результате которой на их поверхности образуется солевое (фосфатное) покрытие, придающее необходимые характеристики (высокая адгезия, электроизоляция и т.д.). На полированной поверхности стали образуются мелкокристаллические пленки толщиной 2-4 мкм.
При обкатке подшипника (фиг. 2) создается давление выпуклости образующей конуса ролика на дорожки качения наружного и внутренних колец, тем самым профиль ролика углубляется на величину до 3 мкм в фосфатный слой образующих дорожек качения, которые в свою очередь начинают полностью повторять продольный профиль ролика, что обеспечивает равномерное распределение напряжений по эффективной длине поверхности контакта роликов в нормальном режиме нагрузок.
На фиг. 3 показан общий вид двухрядного подшипника (пример конкретного выполнения). Подшипник кассетного типа в габаритах 150×250×160 соответствует ГОСТ 32769. Подшипник кассетного типа в габаритах 150×250×160 под адаптер запрессовывают на шейку оси колесной пары типа РВ2Ш-957-Г. Представленный в примере конкретного выполнения подшипник включает: кольцо наружное 1, кольцо внутреннее 2, ролики 3, кольцо дистанционное 4, сепаратор полиамидный 5, заднее упорное кольцо 6, полимерную прокладку 7, уплотнение 8, крышку торцевую 9, шайбу стопорную 10, болт торцевого крепления 11, заглушку 12. Крепление подшипника на оси колесной пары осуществляют при помощи крышки торцевой 9 и болтов 11 (М24 в количестве трех штук или М20 в количестве четырех штук).
Подшипник отрегулирован по осевым зазорам, диаметрам отверстий колец внутренних, заправлен смазкой и имеет встроенные уплотнения, предотвращающие проникновение внутрь подшипников воды, пыли, грязи.
Для предотвращения образования фреттинг-коррозии между лабиринтом и кольцом внутренним заднего ряда подшипника используется прокладка полимерная.
Передача нагрузок от тележек на колесные пары осуществляется через адаптеры, свободно устанавливаемые на наружные кольца подшипников.