РАДИАЛЬНО-УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК ШАРИКОВЫЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к опорам валов.
Подшипниковые опоры широко распространены в различных областях техники. Для восприятия радиальных нагрузок и больших осевых нагрузок на валы устанавливают два или более радиально-упорных подшипника, что существенно увеличивает габариты опорного узла вала. Это связано с тем, что конструкция традиционного радиально-упорного подшипника, дает возможность воспринимать осевую нагрузку, определяемую углом контакта тела качения с дорожкой качения, который ограничен величиной максимально 40° (ГОСТ 831-75: Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные). Радиально-упорные подшипники, специально разработанные для восприятия одновременно действующих осевых и радиальных нагрузок, также не позволяют решить задачу восприятия осевых нагрузок по уровню сопоставимых с радиальными, поскольку угол контакта не превышает 60°. Одним из путей повышения нагрузочной способности радиально-упорного подшипника может быть создание конструкции радиально-упорного подшипника, который сочетает в себе возможность восприятия радиальных и осевых нагрузок, воспринимаемых радиальными и упорными подшипникам соответственно.
Известно техническое решение, относящееся к конструкции подшипника, образованной сочетанием узлов радиального и упорного подшипников, см. патентная заявка ЕР 3502500 А1, опубл. 26.09.2019 [1]. Подшипник согласно [1] содержит внутреннее и наружное кольца, между которыми в радиальном направлении расположены тела качения - ролики, образующие радиальную опорную часть подшипника, которая обеспечивает восприятие радиальной нагрузки, и ряды роликов в сепараторах по осевому направлению, устанавливаемых на боковых крышках и контактирующих с торцовыми поверхностями наружного кольца, образуя осевую опорную часть подшипника, обеспечивающую восприятие осевых нагрузок. Крышки с роликами являются отдельными узлами подшипника. При монтаже подшипника на вал крышки с роликами устанавливаются до контакта роликов с боковыми поверхностями внешнего кольца и не скрепляются с кольцами подшипника.
Конструкция подшипника [1], решая в целом задачу согласованного восприятия одновременно действующих радиальных и осевых нагрузок, имеет недостаток, состоящий в ограниченном уровне воспринимаемых осевых нагрузок. Это связано с ограниченной несущей способностью такого подшипника в осевом направлении из-за недостаточной конструктивной жесткости крышек с установленными в них роликами, что в целом снижает надежность подшипника.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание радиально-упорного подшипника, способного воспринимать сопоставимые по величине радиальную и двухстороннюю осевую нагрузки.
Техническим результатом полезной модели является повышение несущей способности осевой опорной части радиально-упорного подшипника, воспринимающей двухсторонние осевые нагрузки с обеспечением конструктивной прочности радиально-упорного подшипника.
Указанный технический результат достигается радиально-упорным подшипником содержащим:
соосные по оси радиально-упорного подшипника внутреннюю кольцевую секцию и наружную кольцевую секцию с дорожками качения на цилиндрических и боковых поверхностях этих секций,
тела качения, контактирующие с дорожками качения, распределенные в центральный ряд между цилиндрическими поверхностями и боковые ряды между боковыми поверхностями кольцевых секций, в котором тела качения выполнены в виде шариков, размещенных в сепараторах,
внутренняя кольцевая секция (100) выполнена в виде ступенчатой цилиндрической детали с кольцевым двухсторонним выступом (101) и внутренним (монтажным) отверстием подшипника, причем на внешней цилиндрической поверхности и боковых поверхностях кольцевого двухстороннего выступа внутренней кольцевой секции сделаны соосные по оси радиально-упорного подшипника дорожки качения, контактирующие соответственно с шариками центрального ряда и шариками боковых рядов,
наружная кольцевая секция выполнена сборной и состоит из цилиндрической части и боковой кольцевой крышки, соединяемых при сборке, цилиндрическая часть выполнена в виде детали типа стакан и включает в себя цилиндрический участок с боковым кольцевым основанием с одной стороны и открытым торцом с другой стороны, к которому присоединена боковая кольцевая крышка, на внутренней поверхности цилиндрического участка наружной кольцевой секции образована поверхность качения шариков центрального ряда, а на внутренних поверхностях бокового кольцевого основания цилиндрической части и боковой кольцевой крышки образованы боковые дорожки качения шариков боковых рядов, причем боковые дорожки качения, на обращенных друг к другу боковой поверхности кольцевого двухстороннего выступа внутренней кольцевой секции и на внутренней поверхности бокового кольцевого основания наружной кольцевой секции, выполнены соосными по оси радиально-упорного подшипника и с равными средними диаметрами, а боковые дорожки качения, на обращенных друг к другу боковой поверхности кольцевого двухстороннего выступа внутренней кольцевой секции и на внутренней поверхности кольцевой крышки наружной кольцевой секции, выполнены соосными по оси радиально-упорного подшипника и с равными средними диаметрами.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых одни и те же элементы радиально-упорного подшипника обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг. 1 продольное сечение радиально-упорного подшипника.
Фиг. 2 продольный разрез внутренней кольцевой секции радиально-упорного подшипника.
Фиг. 3 продольный разрез наружной кольцевой секции радиально-упорного подшипника.
Фиг. 4 вид участка соединения боковой кольцевой крышки с цилиндрической частью наружной кольцевой секции.
12
100
200
Радиально-упорный подшипник (фиг. 1) по настоящей полезной модели содержит соосные по общей оси O радиально-упорного подшипника, внутреннюю кольцевую секцию 100 с внутренним отверстием 107 подшипника диаметром (d, наружную кольцевую секцию 200, с наружным диаметром подшипника D, шарики 300 центрального ряда в сепараторе 301 и шарики 400 и 500 боковых рядов в сепараторах 401 и 501. Шарики 300 центрального ряда расположены на дорожках качения, выполненных на цилиндрических поверхностях внутренней и наружной кольцевых секций 100 и 200. Шарики 400 и 500 боковых рядов расположены на дорожках качения, выполненных на боковых поверхностях внутренней и наружной кольцевых секций 100 и 200. Внутренняя и наружная кольцевые секции 100 и 200 с шариками 300 центрального ряда образуют радиальную опорную часть радиально-упорного подшипника для восприятия действия радиальной нагрузки, а с шариками 400 и 500 боковых рядов - осевую опорную часть для восприятия действия двухсторонних осевых нагрузок.
100
101
101
Внутренняя кольцевая секция 100, продольный разрез которой показан на фиг. 2, выполнена в виде ступенчатой цилиндрической детали с кольцевым двухсторонним выступом 101 и внутренним отверстием 107 подшипника диаметром d. Кольцевой двухсторонний выступ 101 по оси внутренней кольцевой секции 100 ограничен боковыми поверхностями 103а и 105а, являющихся торцовыми стенками уступов 103 и 105 и определяющих ширину B кольцевого двухстороннего выступа 101. В радиальном направлении кольцевой двухсторонний выступ 101 ограничен внешней цилиндрической поверхностью 101а диаметром D. Диаметры нижних цилиндрических поверхностей 103b и 105d уступов 103 и 105 одинаковы и равны D.
101
ТБ
Радиальная высота h кольцевого двухстороннего выступа 100 определяется диаметральными размерами сепараторов 401 и 501 шариков 400 и 500 боковых рядов для принятого диаметра d тел качения боковых рядов.
СБ(104)
СБ(106)
СБ(104)
СБ(106)
СБ.
На внешней цилиндрической поверхности 101а кольцевого двухстороннего выступа 101 образована дорожка 102 качения, контактирующая с шариками 300 центрального ряда. На каждой боковой поверхности 103а и 105а образованы соосные, по оси On радиально-упорного подшипника, боковая дорожка 104 качения и боковая дорожка 106 качения, которые контактируют с шариками 400, 500 боковых рядов. В общем случае дорожки 104 и 106 качения на каждой боковой поверхности 103а и 105а двухстороннего выступа 101 могут быть выполнены с различными средними диаметрами: d - для дорожки 104 качения и d - для дорожки 106 качения. В примере осуществления, показанном на фиг. 2, дорожки 104 и 106 качения на боковых поверхностей 103а и 105а имеют равные средние диаметры: d=d=d
101
101
ТЦ
TБ
Ширина В и радиальная высота h кольцевого двухстороннего выступа 101 в общем случае устанавливаются в зависимости от конструктивных размеров элементов подузлов шариков с сепаратором в сборе для принятых диаметров d и d шариков 100 центрального и шариков 400, 500 боковых рядов.
101
ТЦ
101
101
СБ
ТБ
В случае примера исполнения конструкции радиально-упорного подшипника, показанной на фиг. 1 и 2, ширина В кольцевого двухстороннего выступа 101 устанавливается в зависимости от ширины сепаратора 301 для принятого диаметра d шариков 300 центрального ряда. Радиальная высота h кольцевого двухстороннего выступа 101 и соответственно диаметр D его внешней цилиндрической поверхности связаны со средними диаметрами d дорожек 104 и 106 качения на боковых поверхностях 103а и 105а кольцевого двухстороннего выступа 101 и наружными диаметрами сепараторов 301 и 501 шариков 400 и 500 боковых рядов для принятого диаметра d шариков 400 и 500 боковых рядов. При этом должно обеспечиваться условие, исключающее контакт конструктивных элементов, в частности, сепаратора 301 шариков 300 центрального ряда и сепараторов 401 и 501 шариков 400 и 500 боковых рядов, а также сепараторов 401 и 501 шариков 400 и 500 боковых рядов с нижними цилиндрическими поверхностями 103b и 105b уступов 103, 105 внутренней кольцевой секции 100. Для подвода смазки к шарикам 300, 400, 500 центрального и боковых рядов в теле кольцевого двухстороннего выступа 101 внутренней кольцевой секции 100 сделан канал 108.
200
Наружная кольцевая секция 200, продольный разрез которой показан на фиг. 3, выполнена сборной и состоит из цилиндрической части 201 и боковой кольцевой крышки 203, которые имеют одинаковый наружный диаметр D радиально-упорного подшипника и соединяются при сборке.
Цилиндрическая часть 201 выполнена в виде детали типа стакан и включает в себя цилиндрический участок 201а с боковым кольцевым основанием 202 с одной стороны и открытым торцом 204 с другой стороны.
205
201
На внутренней поверхности цилиндрического участка 201а образована поверхность 205 качения шариков 300 центрального ряда, полученная расточкой со стороны открытого торца 204 цилиндрической части 201 наружной кольцевой секции 200. Поверхность 205 качения выполнена длиной L большей половины длины L цилиндрической части 201, или на всей длине внутренней поверхности цилиндрического участка 201а. Концевой участок 205а поверхности 205 качения может быть выполнен с профилем, соответствующим профилю поперечного сечения шариков 300 центрального ряда.
Боковая кольцевая крышка 203 устанавливается на открытом торце 204 цилиндрического участка 201а, с использованием разъемного соединения, например, соединением по любой из известных посадок. Для этого боковая кольцевая крышка 203 (фиг. 3 и 4) выполнена с кольцевым периферийным выступом В, длиной  а на наружной поверхности цилиндрического участка 201а со стороны открытого торца 204 сделана внешняя проточка П, длиной  соответствующая кольцевому периферийному выступу В боковой кольцевой крышки 203 так, что обеспечивается их соединение на длине  Длины  и  выбраны так, что обеспечивается зазор S между отрытым торцом 204 цилиндрического участка 201а и боковой кольцевой крышкой 203, который обеспечивает гарантированный контакт дорожки 207 качения кольцевой крышки 203 с шариками 500 бокового ряда.
202
203
Толщина S бокового кольцевого основания 202 и толщина Sбоковой кольцевой крышки 203 (фиг. 3) устанавливаются индивидуально в зависимости от конкретных технических требований к конструкции радиально-упорного подшипника по полезной модели.
12
12
На внутренней поверхности 202а бокового кольцевого основания 202 и внутренней поверхности 203а боковой кольцевой крышки 203 сделаны боковые дорожки 206 и 207 качения для шариков 400 и 500 боковых рядов (фиг. 3). Дорожка 206 качения на внутренней поверхности 202а бокового кольцевого основания 202 цилиндрической части 201 соосна, по оси Oрадиально-упорного подшипника, с обращенной к ней боковой дорожкой 104 качения на боковой поверхности 103а кольцевого двухстороннего выступа 101 внутренней кольцевой секции 100 и выполнена с равным ей средним диаметром. Аналогично дорожка 207 качения на внутренней поверхности 203а боковой кольцевой крышки 203 соосна, по оси О радиально-упорного подшипника, с обращенной к ней дорожкой 106 качения на боковой поверхности 105а кольцевого двухстороннего выступа 101 и выполнена с равным ей средним диаметром.
В примере осуществления, для секций подшипника по полезной модели, представленных на фиг. 2 и 3, боковые дорожки 104, 106 качения внутренней кольцевой секции 100 и боковые дорожки 206 и 207 качения наружной кольцевой секции 200 выполнены с равными средними диаметрами.
отв
На поверхностях 210 отверстий бокового кольцевого основания 202 и боковой кольцевой крышки 203 наружной кольцевой секции 200, имеющих диаметр d, сделаны канавки 208 и 209 для установки уплотнений между боковым кольцевым основанием 202, боковой кольцевой крышкой 203 наружной кольцевой секции 200 и нижними цилиндрическими поверхностями 103b и 105b боковых ступенчатых участков 103 и 105 внутренней кольцевой секции 100.
100
200
100
200
Ширина кольцевых секций зависит от конструкции опорного узла, в котором используется радиально-упорный подшипник, и в общем случае ширина B внутренней кольцевой секции 100 может отличаться от ширины B наружной кольцевой секции 200. На фиг. 1, 2 и 3 показан пример осуществления полезной модели, в котором кольцевые секции равны по ширине B=B.
Радиально-упорный подшипник, образованный как описано выше, обладает высокой несущей способностью при работе в условиях совместного действия больших радиальных и осевых нагрузок, что обеспечивается прочностью боковых кольцевых элементов, а именно, боковым кольцевым основанием и равнопрочной с ней боковой кольцевой крышкой наружной кольцевой секции.
Сборка радиально-упорного подшипника
205
При сборке радиально-упорного подшипника сначала на дорожке 102 качения внешней цилиндрической поверхности 101а кольцевого двухстороннего выступа 101 внутренней кольцевой секции 100 устанавливаются шарики 300 центрального ряда (фиг. 1), которые фиксируются сепаратором 301. Сепаратор 301 может быть выполнен цельным, разъемным в виде двух полуколец или нескольких секций. Дальше устанавливаются боковой ряд шариков 400, собранных в сепараторе 401, на дорожку 104 качения и боковой ряд шариков 500, собранных в сепараторе 501, на дорожку 106 качения кольцевого двухстороннего выступа 101 внутренней кольцевой секции 100. Затем устанавливается цилиндрическая часть 201 наружной кольцевой секции 200, поверхность 205 качения которой в процессе установки скользит по шарикам 300 качения центрального ряда до контакта боковой дорожки 206 качения бокового кольцевого основания 202 с шариками 400 бокового ряда, что обеспечивается достаточной длиной Lповерхности 205 качения наружной кольцевой секции 200. После этого на открытый торец 204 цилиндрического участка 201а цилиндрической части 201 наружной кольцевой секции 200 устанавливается боковая кольцевая крышка 203, кольцевой периферийный выступ В которой перемещается по внешней проточке П цилиндрического участка 201а до контакта боковой дорожки 207 качения с шариками 500 бокового ряда, с использованием разъемного соединения, обеспечивающего разборку узла без повреждения соединяемых элементов. Возможность гарантированной сборки обеспечивается сборочным зазором 8 (фиг. 4) между боковой кольцевой крышкой 203 и открытым торцом 204 цилиндрического участка 201а цилиндрической части 201 наружной кольцевой секции 200.
Соединение боковой кольцевой крышки 203 с цилиндрической частью 201 наружной кольцевой секции 200 может выполняться, например, путем соединения кольцевого периферийного выступа В кольцевой боковой крышки 203 и внешней проточки П цилиндрического участка 201а наружной кольцевой секции 200, например, по переходной посадке. Такая посадка в достаточной мере обеспечивает целостность сборки радиально-упорного подшипника во время установки и его разборку без повреждения элементов соединения.
Работа радиально-упорного подшипника
Радиальная нагрузка от наружной детали воспринимается цилиндрической частью 201 наружной кольцевой секцией 200 радиально-упорного подшипника. Через поверхность 205 качения на внутренней поверхности цилиндрического участка 201а наружной кольцевой секции 200 радиальная нагрузка передается шарикам 300 центрального ряда. От них через дорожку качения 102 кольцевого двухстороннего выступа 101 радиальная нагрузка передается на внутреннюю кольцевую секцию 100 и через нее на вал.
Осевая правая нагрузка от наружной детали воспринимается кольцевой боковой крышкой 203 наружной кольцевой секции 200. Далее через боковую дорожку 207 качения на боковой кольцевой крышке 203 наружной кольцевой секции 200 осевая правая нагрузка передается шарикам 500 бокового ряда. От них через боковую дорожку 106 качения цилиндрического двухстороннего выступа 101 осевая правая нагрузка передается на внутреннюю кольцевую секцию 100 и через нее на вал.
Осевая левая нагрузка от наружной детали воспринимается боковым кольцевым основанием 202 цилиндрической части 201 наружной кольцевой секции 200. Далее через боковую дорожку 206 качения на боковом кольцевом основании 202 наружной кольцевой секции 200 осевая левая нагрузка передается шариками 400 бокового ряда. От них через боковую дорожку качения 104 кольцевого двухстороннего выступа 101 осевая левая нагрузка передается на внутреннюю кольцевую секцию 100 и через нее на вал.
Необходимо иметь ввиду, что в формуле полезной модели любая ссылочная позиция в скобках не должна интерпретироваться как ограничение пункта формулы полезной модели.