ШАРИКОВЫЙ ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к шариковым подшипникам качения и может быть использована для применения в узлах опор валов компрессоров и турбин газотурбинных двигателей (далее ГТД). Шариковые подшипники валов ГТД вследствие недостаточной жесткости опор под действием силовых и температурных деформаций часто работают в условиях перекосов колец и зачастую преждевременно выходят из строя по причине повышенного износа и разрушения сепараторов.
Известны шариковые подшипники, содержащие наружное и внутреннее кольца, шарики в сепараторе, который выполнен в виде кольца с цилиндрическими центрирующими поясками и радиальными отверстиями для шариков. Центрирующие бортики наружного (или внутреннего кольца) выполнены цилиндрическими (см. например, Подшипники качения, Справочное пособие, под ред. И.А.Спицына и А.И.Спришевского, ГНТИМЛМ. 1961, с.19).
Ближайшим аналогом по технической сущности к предлагаемому решению является шариковый подшипник, содержащий наружное и внутреннее кольца, шарики, сепаратор, выполненный в виде кольца (см. например, патент на полезную модель RU №88084, F16C 19/00).
У ближайшего аналога при перекосе наружного кольца 7 имеется неравномерное нагружение боковых перемычек сепаратора 8 вследствие разворота последнего из плоскости вращения подшипника (фиг.2). Перекос колец вызывает не только перегрузку шариков 9, но и приводит к появлению дополнительных нагрузок на сепаратор 8. Основная причина состоит в неравенстве углов контакта шариков 9 с дорожками качения колец при их вращении по орбите подшипника.
наб
отст
борта
борта
бок
Вследствие разницы углов контакта шариков 9 при движении по орбите подшипника шарики 9 стремятся совершать колебательные движения в гнездах сепаратора 8 и в соответствии с изменением угла контакта шариков 9 в подшипнике возникают зоны «набегающих» и «отстающих» шариков 9. Под действием усилий со сторон «набегающих» шариков 9 Т и «отстающих» шариков 9 Т сепаратор 8 смещается в подшипнике к центрирующему бортику наружного кольца 7 и вращается эксцентрично, прижатым к центрирующему бортику наружного кольца 7 силой R (фиг.2). Но вследствие перекоса наружного кольца 7 сепаратор 8 вначале будет контактировать с левым бортиком наружного кольца 7 левой перемычкой сепаратора 8 (фиг.3) с усилием R и под действием сил надавливания шариков 9, будет стремиться повернуться в продольной плоскости шарикового подшипника (фиг.3), следуя за перекошенными направляющими бортиками наружного кольца 7. При этом правая перемычка сепаратора 8 (фиг.3) не будет направляться бортиком наружного кольца 7 вследствие действия боковой силы F (рис.3). Из-за дополнительного зазора между правой перемычкой сепаратора 8 и бортиком наружного кольца 7 в ней возникают большие напряжения изгиба, чем напряжения изгиба в левой перемычке сепаратора 8, и, как показывает опыт эксплуатации ряда ГТД, в ней в первую возникают усталостные трещины. Кроме того, работа левой перемычки сепаратора 8 в условиях кромочного контакта по направляющему бортику наружного кольца 7, снижает несущую способность смазки в зазоре плавания, что приводит к повышенному износу и заеданию центрирующих поверхностей сепаратора 8 и подшипник быстро выходит из строя в результате разрушения сепаратора 8, в котором образовываются зона трения 12, зона зарождения трещины 10 и зона 11 «долома» сепаратора (фиг.4).
Технический результат заключается в повышении работоспособности шарикового подшипника при работе в условиях перекоса колец.
Сущность технического решения характеризуется тем, что содержит наружное и внутреннее кольца, шарики и сепаратор и отличается от ближайшего аналога тем, что наружное кольцо выполнено со сферическими центрирующими буртиками, а сепаратор выполнен со сферическими центрирующими поясками.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где
на фиг.1 часть шарикового подшипника в сечении;
на фиг.2 распределение основных сил в продольном сечении ближайшего аналога при перекосе сепаратора;
на фиг.3 распределение основных сил в поперечном сечении ближайшего аналога при перекосе сепаратора;
на фиг.4 изображение разрушившегося сепаратора ближайшего аналога.
cф.борта
Шариковый подшипник содержит наружное кольцо 1, внутреннее кольцо 2, сепаратор 3 и шарики 4 (фиг.1). Шарики 4 расположены в гнездах сепаратора 3 между наружным кольцом 1 и внутренним кольцом 2. Наружное кольцо 1 выполнено со сферическими центрирующими буртиками 5 (фиг.1). Радиус сферы R определяется по формуле:
bo
Здесь d - диаметр центрирующего пояска центрирующего буртика 5 наружного кольца 1;
В - ширина наружного кольца 1;
с
Ф - угол «свободного» поворота наружного кольца 1 и внутреннего кольца 2, определяемый внутренними зазорами шарикового подшипника.
сф.пояска
Сепаратор 3 выполнен со сферическими центрирующими наружными поясками 6 (фиг.1). Радиус сферы R определяется по формуле:
;
so
Здесь d - минимальный диаметр центрирующей поверхности сепаратора 3;
s
h - ширина сепаратора 3;
пл
α - зазор «плавания» сепаратора 3.
При работе шарикового подшипника с перекосом наружного кольца 1 под действием усилий со стороны «набегающих» и «отстающих» шариков 4 сепаратор 3 работает прижатым к центрирующим буртикам 5 наружного кольца 1. Наличие сферических наружных поясков 6 сепаратора 3 и сферических центрирующих буртиков 6 наружного кольца 1 обеспечивает самоустановку сепаратора 3. В результате обеспечивается создание условия для равномерного нагружения боковых перемьяек сепаратора 3 и повышение несущей способности смазочного слоя в зазоре плавания сепаратора 3. Это в конечном итоге повышает работоспособность шарикового подшипника, в частности, ротора ГТД, при работе с перекосом наружного кольца 1.