ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ УПОРНЫЙ ДВОЙНОЙ С КОНИЧЕСКИМИ РОЛИКАМИ БЕССЕПАРАТОРНЫЙ
DOUBLE THRUST CAGELESS ROLLING BEARING WITH CONIC ROLLERS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, преимущественно в отраслях тяжелого машиностроения.
Известны роликовые подшипники с цилиндрическими, коническими и сфероконическими роликами, предназначенные для восприятия больших осевых нагрузок. Их изготавливают одинарными или двойными.
Упорные подшипники с коническими роликами имеют большое трение скольжения между торцами роликов и упорными бортами колец. При этом не все ролики контактируют с упорными бортами колец и под действием больших радиальных нагрузок, являющихся составляющими осевых усилий, борта скалываются. Данные упорные подшипники допускают относительно невысокую частоту вращения и скорости от 5 до 10 м/с.
Упорные подшипники со сфероконическими роликами по допустимой частоте вращения находятся на уровне значений двухрядных сферических роликоподшипников.
Однако в данных подшипниках присутствует трение скольжения по торцам роликов в контакте с бортом тугого кольца, трение качения со скольжением роликов по дорожкам качения и скольжение роликов в контактах с сепаратором.
Известные упорные подшипники устанавливают на вертикальных и горизонтальных валах различных машин, в вертлюгах, прокатных станах, драгах,…
Известны подшипники роликовые упорные с коническими роликами двойные - прототип, например, №189772ХМ. Подшипник содержит два свободных и одно тугое кольцо, расположенные между ними тела качения, выполненные в виде конических роликов и равномерно установленных в гнездах сепаратора, контактирующих с дорожками качения свободного и тугого кольца и контактирующих своими торцами с упорными бортами колец, с постоянной и одинаковой частотой вращения.
К недостаткам известных подшипников относится значительное трение скольжения торцов роликов с упорными бортами колец под действием больших радиальных нагрузок, являющихся составляющими осевых усилий. Подшипник греется. Сепараторы разрушаются, а борта колец скалываются при работе прокатных станов в реверсивном режиме.
На рассмотрение представлен подшипник качения упорный двойной с коническими роликами бессепараторный.
Цель изобретения:
- обеспечение более высокой частоты вращения подшипника, например, со скоростью до 50 м/с;
- обеспечить безаварийную работу подшипника в экстремальных условиях, например, до 36 часов;
- заполнить нишу еще одним подшипником качения, работающим на трении чистого качения без проскальзывания тел качения.
Поставленные цели и технический эффект изобретения достигается за счет того, что все конические ролики содержат коаксиальное сквозное отверстие, в котором со стороны меньшего диаметра ролика установлена пресс-масленка, а за подпятником установлен жестко стержень, выполненный, например, из металлокерамики, а сферическая головка подпятника выполнена с эксцентриситетом.
На фиг.1 изображен подшипник качения упорный двойной с коническими роликами бессепараторный. На фиг.2 приведена развертка положения конических роликов как и в одинарном подшипнике фиг.1, на которой показаны стрелками направления вращения роликов относительно дорожек качения и перемещения замкнутого кольцевого комплекта из роликов относительно колец 1 и 2. На фиг.3 дано сечение ролика - продольное сечение фиг.1. На фиг.4 дан выносной элемент А фиг.1. Направление воспринимаемых нагрузок - осевое в обе стороны.
Подшипник качения упорный двойной с коническими роликами бессепараторный состоит из двух свободных колец 1, тугого кольца 2, конических роликов 3, двух наружных крышек 4, двух внутренних крышек 5, состоящих из секций, например, из шести секций каждая. На кольцах 1 выполнены шпоночные пазы 6 для фиксации положения свободных колец, например, по трем точкам в целях предотвращения их проскальзывания во время работы. Тугое кольцо 2 жестко устанавливается на валу и содержит паз 7 под шпонку.
Крышки 4 и 5 установлены на свободных кольцах 1 при помощи глухих заклепок 9. Крышки 5 фиксируются в пазах тугого кольца 2 при помощи закладного проволочного кольца 8, последнее от выпадания защемлено отгибным усиком 16, число которых на крышке 5, например, шесть, восемь мест (см. фиг.4). Крышки 4 и 5 служат для транспортировки и установки подшипника на вертикальные валы или горизонтальные.
Крышки 4 и 5 связаны с проточками тугого кольца 2 и имеют возможность вращения в данных кольцевых проточках при работе подшипника на скоростях до 5 м/с. Все конические ролики 3 содержат коаксиальное отверстие 10, выполненное ступенчатого типа. Со стороны большего диаметра конического ролика 3 установлен подпятник 11 со сферической головкой. Подпятник 11 выполнен двухступенчатого типа, он опирается на кольцо 12, последнее выполнено, например, из бериллиевой бронзы. В отверстии 10 расположен и жестко зафиксирован стержень 13, выполненный из металлокерамики, например, из латунных шариков ⌀ 0,6…0,8 мм. Co стороны меньшего диаметра конического ролика 3 по посадке установлена пресс-масленка 14. А в корпусе одного из роликов 3 рекомендуется установить микрочип 15, последний располагают - один в верхнем, а второй в нижнем ряду упорного подшипника. Полость 10 и стержень 13 заполняют смазкой. Смазку заполняют заранее через пресс-масленку, например, с вязкостью 50 000 Сст и температурой каплепадения порядка +100°С. Стержень 13 выполняет двойную функцию - служит и фильтром для смазки, и дозатором для выдачи до 3 см смазки в течение 36 часов работы в аварийном режиме, когда температура Т° раб. поднялась до +100°С, а смазка в подшипнике отсутствует.
Назначение микрочипа - выдавать на пульт оператора число оборотов ролика в минуту или секунду, температуру ролика и включать аварийный сигнал, красная лампочка или звуковая сирена, когда нагрузка на подшипник превысит расчетную на 15%.
В каждом ряду ролики 3 располагаются в шахматном порядке, по 17 в каждом ряду, 17 сверху и 17 снизу, всего роликов в подшипнике 68, как пример. Ролики 3 контактируют по трем линиям каждый, с углом контакта равного 120° (см. фиг.2).
Подшипник качения упорный двойной с коническими роликами бессепараторный работает следующим образом. При вращении тугого кольца 2 ролики 3 получают вращение, например, влево, а контактирующие с ними ролики 3 второго ряда получают вращение вправо и обкатываются по дорожке качения неподвижного свободного кольца 1. Ролики 3 обкатываются без скольжения в контакте между собой и по дорожкам качения колец 1 и 2. Ролики двух рядов участвуют одновременно в двух движениях - вращение и перемещение по кольцам 1 и 2. При этом радиальная нагрузка от ролика 3 передается через подпятник, последний контактирует с бортом кольца по оси ролика и участвует в переносном движении вместе с роликом по окружности борта кольца 1 и 2. Контакт сферы подпятника 11 проходит по точке с бортом кольца, поэтому неизбежно вращение будет сопровождаться и скольжением подпятника. Надо отметить, что плоскость контактов одного ряда роликов 3 со вторым проходит по продольной оси симметрии упорного подшипника, образуя единый замкнутый кольцевой комплект из конических роликов 3.
Известно, что при наложении колебаний в противофазе шум взаимоуничтожается. Ролики 3 вращаются с одинаковой частотой вращения, но в противоположных направлениях. Получаем снижение шума в пределах от 20 до 40 дБ. Ролики первого и второго ряда вращаются и перемещаются в сторону, противоположную направлению вращения кольца 2.
4
8
Следует отметить, что сепаратор в упорном стандартном подшипнике вращается в два раза медленнее, чем тугое кольцо. А в двухрядном расположении роликов упорном подшипнике комплект роликов 3 перемещается также в два раза медленнее по отношению к частоте вращения кольца 2. Отсутствие сепаратора позволяет увеличить частоту вращения в упорном подшипнике, например, до скорости 25 м/с и более. В целях снижения коэффициента трения и повышения частоты вращения подшипника, например, со скоростью до 50 м/с в отверстиях 10 конического ролика 3 рекомендуется расположить микровибратор со своим блоком питания - батарейка таблетка. Вибратор закрепляют, а частота колебаний должна находиться, например, в пределах от 10 до 10 Гц.
Наличие сепаратора в стандартных упорных подшипниках снижает надежность и долговечность работы в реверсивных режимах, сепаратор ломается.
Отсутствие сепаратора устраняет скольжение и износ в точках и плоскостях его касания с подвижными деталями. Отсутствие сепаратора также позволило устранить трение скольжения между торцами роликов и упорными бортами колец за счет введения радиальной опоры и подпятника, установленного на оси ролика.
Контакт по трем линиям конических роликов навсегда устранил перекосы и заклинивания тел качения. Расположение и взаимные контакты между коническими роликами обеспечивают равномерную нагрузку по всем телам качения.
На кольцах 1 с внешней стороны выполнены по три паза, а на кольце 2 - шпоночный паз для фиксации колец 1 и 2 от проскальзывания последних.
По причине разности допусков на изготовление деталей подшипника перед эксплуатацией проводят операцию притирки роликов с дорожками качения. Шум при работе снижается от 20 до 40 дБ.
В зоне контакта сферы подпятника с плоскостью упорного борта сферу выполняют с малым эксцентриситетом, например, в пределах от 0, 3 до 0, 5 мм, что и позволяет подпятнику вращаться с собственной частотой вращения.
Предложенный упорный подшипник может работать и на реверсивных режимах. А увеличенное число роликов позволяет увеличить грузоподъемность подшипника в два раза и увеличить грузоподъемность еще на 30% за счет линейного контакта роликов по трем линиям.
s
Есть еще один парадокс: для преодоления трения покоя f=100…1 при пуске подшипника необходимо в масло ввести абразив размером от 5 до 10 мкм - в целях увеличения коэффициента сцепления роликов между собой и дорожками качения, иначе подшипник качения может «свалиться» в режим с трением скольжения. Лучшей смазкой будет разработка Новосибирского отделения РАН, последняя содержит зародыши алмазов размером от 20 до 30 Å.
Наличие дополнительных микровибраторов может повысить частоту вращения подшипников до скорости более 50 м/с.
А работа на нефтяных вышках, драгах, мельницах, бетонных заводах… станет менее аварийной.
Известно, что от 30 до 40% от всех техногенных катастроф приходится на подшипники качения, а заводы по-прежнему выпускают подшипники - машины-трения.
Долговечность подшипника возрастает, например, в два раза и более, как и надежность.
Крышки 4 и 5 могут служить в целях транспортировки подшипника, а при эксплуатации подшипника крышки могут быть демонтированы при работе на высоких скоростях от 10 до 50 м/с и более.
Наличие крышек только увеличит шум, закрывает возможность циркуляции и подачи смазки к телам качения.