ШАРИКОВЫЙ РАДИАЛЬНО-УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в различных механизмах и машинах, при расчете и подборе радиально-упорных подшипников качения.
Известен подшипник качения [Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения: Справочник. Издание шестое исправленное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1975], содержащий кольца с дорожками качения и размещенные между ними тела качения.
Недостатком известной конструкции является то, что этот подшипник имеет регламентированный угол контакта, который не связан с минимально возможной нагрузкой на шарики и поэтому при комбинированной нагрузке не обеспечивает максимально возможную долговечность.
Известен также подшипник качения [авторское свидетельство SU №1099130], содержащий наружное и внутреннее кольца, одно из которых снабжено средством разгрузки тел качения от рабочей нагрузки в виде местного углубления дорожки качения, и расположенные между ними тела качения. Местное углубление дорожки качения позволяет телам качения поочередно освобождаться от рабочей контактной нагрузки и тем самым исключить заклинивание подшипника.
Недостатком такой конструкции подшипника является то, что местное углубление произвольной формы, выполненное на ограниченном участке дорожки качения, не может обеспечить постепенную разгрузку и нагрузку тел качения, особенно при высоких скоростях вращения. В результате при работе подшипника с большим числом оборотов одного или обоих колец в углублении будут иметь место удары, что приведет к снижению его долговечности.
o
o
o
o
1/3
1/3
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности признаков к заявляемой полезной модели является конструкция шарикового подшипника, в котором геометрические параметры подшипника соответствуют соотношению радиальной и осевой составляющих внешней нагрузки [патент RU на изобретение №2481501]. Номинальный угол контакта в упорно-радиальном подшипнике определяется по формуле β=acrtg((m⋅Pr)/Ро), а разница диаметров дорожек качения колец равна ΔD=2⋅ds⋅(2⋅rg/ds-1)⋅sinβ, где Po и Pr - действующие на подшипник соответственно осевая и радиальная нагрузки; ds - диаметр шариков; rg - средний радиус профиля дорожек качения противоположно расположенных колец; m - коэффициент, зависящий от количества шариков в подшипнике.
Недостатком наиболее близкого аналога является то, что оптимальный угол контакта обеспечить невозможно из-за того, что он в собранных подшипниках под действием случайных факторов колеблется в широких пределах. Так как эти пределы не ограничены, то могут возникнуть такие значения, которые оказывают на работу подшипника неблагоприятное влияние. Например, при угле контакта в подшипнике больше некоторого допустимого значения под действием радиальной нагрузки шарики смещаются в направлении этой нагрузки, центр окружности вращения шариков смещается от оси вращения подшипника, при этом в контакте участвуют не все шарики, оси наружного и внутреннего колец становятся не параллельными, падает нагрузочная способность подшипника, в результате чего могут возникнуть вибрация и шум. При слишком малом угле контакта может существенно возрасти нагрузка на шарики, что тоже неблагоприятно влияет на нагрузочную способность подшипника. К тому же геометрические параметры в собранном подшипнике измерить невозможно, а поэтому невозможно определить насколько близки геометрические параметры подшипника при действующих внешних нагрузках к рациональным значениям. Кроме того, представленная в изобретении формула для подсчета оптимального угла контакта в подшипнике справедлива только для узкого диапазона изменений угла контакта, характерного для упорно-радиальных подшипников, в то время как на практике наибольшее применение имеют радиальные и радиально-упорные шариковые подшипники.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение при заданной внешней комбинированной нагрузке на радиально-упорный шариковый подшипник рациональной величины радиального зазора, при которой достигаются участие в работе подшипника всех шариков.
Поставленная задача решается тем, что в шариковом радиально-упорном подшипнике, геометрические параметры которого соответствуют соотношению радиальной и осевой составляющих внешней нагрузки, радиальный зазор установлен равным
где Δ - радиальный зазор в подшипнике, мм;
ds - диаметр шариков, мм;
А и R - соответственно осевая и радиальная внешняя нагрузка на подшипник, Н.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение нагрузочной способности радиально-упорного шарикового подшипника в результате обеспечения минимальной нагрузки на шарики.
Указанный радиальный зазор в радиально-упорном шариковом подшипнике обеспечивает при заданных внешних осевой и радиальной нагрузок участие в работе всех шариков, отсутствие перекоса осей колец подшипников, минимальную нагрузку на шарики, и, как следствие, его повышенную нагрузочную способность. Кроме того, сопоставление фактического радиального зазора в подшипнике с допустимыми значениями позволяет определить степень соответствия геометрических параметров подшипника допустимым значениям.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена заявляемая конструкция радиально-упорного шарикоподшипника.
На чертеже используются следующие обозначения:
1 - наружное кольцо шарикоподшипника;
2 - внутреннее кольцо шарикоподшипника;
3 - шарики.
Радиально-упорный подшипник состоит из наружного 1 и внутреннего 2 колец, имеющих дорожки качения, и расположенных между ними шариков 3. Между шариками может устанавливаться сепаратор, который в данном случае не показан.
gn
gv
Дорожки качения радиально-упорного подшипника имеют круговую форму профиля с радиусами и r и r. В стандартном подшипнике номинальное значение радиусов профиля дорожек качения наружного и внутреннего колец обычно определяется по формуле [Спришевский А.И. Подшипники качения. М.: Машиностроение, 1968, стр. 72]:
где ds - диаметр шариков, мм; rg - номинальное значение радиуса профиля дорожек качения наружного и внутреннего колец, мм.
Обычно на чертежах допуск на радиус профиля дается в большую сторону и составляет 0,01 от диаметра шарика. Поэтому фактически радиус профиля дорожек качения находится в пределах
Известно также, что радиальный зазор в радиально-упорном шариковом подшипнике зависит от угла контакта и определяется по формуле
где rgv и rgn - радиус профиля соответственно внутреннего и наружного колец, мм, β - угол контакта в шариковом подшипнике, рад.
В радиальных шариковых подшипниках радиальный зазор в соответствии с ГОСТ24810-81 «Подшипники качения. Зазоры» распределен по рядам и может колебаться в очень широких пределах. В радиально-упорных подшипниках радиальный зазор не регламентируется. Но за счет действия при сборке подшипников есть множества случайных факторов: колебания радиусов профиля дорожек качения, диаметра комплектуемых шариков, диаметров дорожек качения, погрешности метрологических средств и просто ошибок оператора, угол контакта в партии собранных подшипников может колебаться в широких пределах. Потребитель подшипника не имеет никаких средств для контроля угла контакта в подшипнике и поэтому на сборку изделия могут поступать подшипники с различным углом контакта. Проблема заключается в том, что если угол контакта слишком велик, то под действием радиальной нагрузки центр окружности вращения шариков сместится в сторону действия радиальной нагрузки и поэтому не будет совпадать с центром вращения подшипника. При этом в контакте будут участвовать не все шарики, оси наружного и внутреннего колец не будут совпадать и будут располагаться под углом друг к другу, нагрузочная способность и долговечность подшипника существенно снизятся, возникнут шум и вибрации подшипника. При слишком малом угле контакта значительно возрастает нагрузка на шарики и эксплуатационные показателя подшипника тоже падают.
k
В работе [Королев А.В., Решетникова О.П. Определение оптимального угла контакта в упорно-радиальном подшипнике. В сб. «Молодые ученые - основа будущего машиностроения и строительства». - Курск, 29-30 мая 2014 г. - С. 175-179] показано, что допустимый максимальный угол контакта β в радиально-упорном шариковом подшипнике, при котором обеспечивается совпадение осей окружности вращения шариков и вращения подшипника, зависит от соотношения радиальной и осевой нагрузок, действующих на подшипник, и определяется зависимостью
k
где β - максимальный угол контакта в подшипнике, при котором обеспечивается совмещение оси окружности вращения шариков и оси вращения подшипника, рад; R и А - соответственно радиальная и осевая нагрузка, действующая на подшипник при эксплуатации, Н.
Подставляя (1), (2) и (4) в (3), получим рациональную величину радиального зазора в радиально-упорном подшипнике
Указанная величина зазора обеспечивает участие в работе подшипника всех шариков, минимальную нагрузку на шарики и, как следствие, повышение нагрузочной способности подшипника. Используя формулу (5) и замерив радиальный зазор в подшипнике, можно определить пригодность его для эксплуатации.
Пример. На радиально-упорный подшипник 46306 в процессе эксплуатации действует радиальная нагрузка R=4500 H и осевая нагрузка А=3500 Н. Диаметр шарика в шарикоподшипнике ds=12 мм. На сборку поступили подшипники с радиальным зазором, изменяющимся в пределах от 0,035 мм до 0,096 мм. Следует отобрать для сборки изделия подшипники с допустимым радиальным зазором.
По формуле (5) находим
Из всех поступивших на сборку подшипников допускаем лишь те, которые имеют зазор в пределах 0,068-0,113 мм. У подшипников, собранных с таким радиальным зазором, центр окружности вращения шариков будет совпадать с центром вращения подшипника, что обеспечивает минимальную нагрузку на шарики и высокую нагрузочную способность подшипника.
Шарикоподшипники, имеющие меньшую величину зазора, можно использовать для сборки механизмов с более благоприятным соотношением действующих радиальной и осевой нагрузок.