СФЕРИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
SPHERICAL BEARING

Заявляемое техническое решение относится к области приборостроения, в частности к шариковым сферическим двухрядным подшипникам качения, предназначенным для использования в узлах опор приборов, работающих в условиях высоких вибрационных нагрузок, преимущественно в узлах опор гиростабилизированных платформ разного типа, разных весов и габаритов с обеспечением необходимых требований по трем осям координат.
Известны радиальные шариковые сферические двухрядные подшипники качения (ГОСТ 28428-90, введен 01.01.1991 г.), содержащие наружное и внутреннее кольца с рабочими сферическими поверхностями качения, установленные с возможностью поворота друг относительно друга, и два ряда тел качения, выполненных в форме шара, причем центр рабочей сферической поверхности наружного кольца совпадает с центром масс подшипника, находящимся внутри подшипника на его продольной оси.
Такие подшипники предназначены, преимущественно, для восприятия больших радиальных нагрузок и не пригодны для использования при больших осевых нагрузках.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков относится однорядный сферический роликовый подшипник качения по патенту RU №2446323 [с приоритетом от 05.10.2010, МПК F16C 19/22, F16C 33/36, F16C 33/58, опубл. 27.03.2012], содержащий наружное и внутренние кольца с рабочими поверхностями качения, тела качения в виде роликов и сепаратор для разделения тел качения. Рабочая поверхность качения наружного кольца выполнена сферической, а рабочая поверхность качения внутреннего кольца выполнена торообразной. Ролики имеют коническую форму, выпуклый профиль которых сопряжен с рабочими поверхностями качения колец подшипника. Центр сферы поверхности качения наружного кольца подшипника смещен относительно его центра масс вдоль продольной оси подшипника. Данная конструкция подшипника позволяет расширить диапазон его применения путем использования в качестве радиального, радиально-упорного, упорно-радиального или упорного.
Данное устройство выбрано за ближайший аналог.
Недостатком ближайшего аналога является невозможность восприятия знакопеременной нагрузки в продольном направлении, а также отсутствие способности роликов обеспечивать угловые перемещения относительно вынесенного центра масс в трех взаимно ортогональных направлениях оси координат без дополнительных усилий и с минимальным моментом сопротивления.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение стабильной работы сферического подшипника при высоких вибрационных нагрузках, возникающих в трех взаимно ортогональных осях координат.
Достигаемый технический результат заключается в возможности восприятия подшипником больших радиальных и осевых нагрузок, в том числе знакопеременных, по трем осям координат с минимальным моментом сопротивления при более рациональном размещении подшипника в приборе.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что сферический подшипник содержит наружное и внутреннее кольца с рабочими сферическими поверхностями, установленные с возможностью поворота друг относительно друга, сепаратор с телами качения, которые сопряжены с соответствующими рабочими сферическими поверхностями колец подшипника, причем центр рабочей сферической поверхности наружного кольца вынесен за пределы подшипника и расположен на его продольной оси.
В отличие от ближайшего аналога заявляемый подшипник содержит два ряда тел качения, выполненных в форме шара, которые установлены в двух сепараторах, совмещенных друг с другом, а размещенное между сепараторами с телами качения внутреннее кольцо имеет две рабочие сферические поверхности, каждая из которых сопряжена посредством соответствующего ряда тел качения с соответствующей рабочей сферической поверхностью наружного кольца, огибающего внутреннее кольцо, причем центр всех рабочих сферических поверхностей подшипника совпадает с центром масс прибора.
При этом наружное кольцо заявляемого подшипника может состоять из кольцевой детали с вогнутой сферической рабочей поверхностью, кольцевой детали с выпуклой сферической рабочей поверхностью и кольцевой втулки с фланцем, сопряженных между собой.
Кроме того, внутреннее кольцо заявляемого подшипника может содержать элементы крепления для соединения с балкой прибора, а сферические кольца и втулка могут быть выполнены из металла, например стали, или керамического материала.
Два ряда тел качения, выполненных в форме шара, позволяют уменьшить нежелательные радиальные перемещения.
Для каждого ряда тел качения предназначен свой сепаратор.
Совмещение сепараторов обеспечивает согласованное движение шаров.
Сопряжение посредством соответствующего ряда тел качения парных рабочих сферических поверхностей наружного и внутреннего колец позволяет увеличить величину допустимого угла поворота одного кольца подшипника относительно другого.
Совмещение центра всех рабочих сферических поверхностей подшипника с центром масс прибора, находящимся за пределами подшипника, позволяет за счет увеличения угла контакта шарикового подшипника значительно увеличить величину нагрузок (особенно осевой) во всех трех взаимно ортогональных осях координат и обеспечить более компактное и удобное размещение подшипника в приборе.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом.
На фиг. изображена схема общего вида сферического подшипника с разрезом.
Сферический подшипник содержит наружное кольцо, состоящее из кольцевой детали 1 с вогнутой сферической рабочей поверхностью, кольцевой детали 2 с выпуклой сферической рабочей поверхностью и кольцевой втулки 3, соединенных между собой, а также внутреннее кольцо 4 с наружной и внутренней рабочими сферическими поверхностями, верхний ряд тел качения 5, выполненных в форме шара и расположенных в верхнем сепараторе 6, нижний ряд тел качения 7, выполненных в форме шара и расположенных в нижнем сепараторе 8. Причем внутреннее кольцо 4 размещено между сепараторами 6 и 8 с соответствующими рядами тел качения 5 и 7 и закреплено на балке прибора (на фиг. не показано). Наружное кольцо, сформированное деталями 1, 2, 3, огибает внутреннее кольцо 4. Втулка 3 фланцем 9 крепится к узлу опоры прибора (на фиг. не показано).
Устройство работает следующим образом.
При изменении положения прибора в пространстве относительно заданного направления по любой из осей координат наружное кольцо, сформированное деталями 1, 2, 3 вместе с размещенными в сепараторах 6 и 8 рядами шаров соответственно 5 и 7, поворачивается вокруг центра сфер О. При этом внутреннее кольцо 4, закрепленное на балке прибора, остается неподвижным. При повороте деталей 1, 2, 3 наружного кольца относительно внутреннего кольца 4 шарики 5 и 7, находящиеся в контакте с соответствующими рабочими сферическими поверхностями качения, катятся по ним, увлекая за собой соответствующие сепараторы 6 и 8, что обеспечивает плавный поворот с минимальным сопротивлением. Раньше, чем шарики 5 и 7 достигнут края соответствующих сферических поверхностей качения, наружное кольцо деталью 1 встает на упор, образованный внешней балкой прибора (на фиг. не показано).
Поскольку положение прибора в соответствии с внешними условиями может также измениться и по другим осям координат, заявляемый сферический подшипник, аналогично приведенному описанию, будет выдерживать соответствующие данным положениям нагрузки, в том числе, в отличие от аналога, знакопеременные и значительные осевые.
Данная конструкция устройства обеспечивает соблюдение всех заданных конструктивных, технологических и эксплуатационных характеристик подшипника, обладает технологичностью, прошла необходимые испытания и предназначена для промышленного производства.