Подшипник качения

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к радиально-упорным роликоподшипникам, а также к осевым (упорным) подшипникам качения. Может применяться при осуществлении процесса притирки поверхностей контакта трущихся деталей подшипников качения.
Известны подшипниковые узлы (ПУ), собранные из подшипников качения (ГОСТ 520-2011 "Подшипники качения. Общие технические условия").
Недостаток стандартных ПУ в том, что на стадии приработки поверхностей трения их деталей в начале эксплуатации возможно значительное увеличение износа на тех отдельных участках контактирующих пар трения на поверхностях роликов и дорожек, где особенно проявляется перекос деталей из-за погрешностей расположения деталей и их формы, что, в конечном счете, приводит к ускорению катастрофического износа и сокращению надежной эксплуатации ПУ.
Увеличение времени надежной эксплуатации ПУ можно обеспечить за счет снижения износа путем притирки их трущихся пар трения, т.е. повышения точности формы поверхностей, находящихся в контакте в процессе эксплуатации перемещающихся относительно друг друга деталей (дорожек относительно тел качения и др.).
Известен подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения и размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов двухступенчатого типа, в проточки меньших ступеней роликов нижнего яруса входят с зазором два участка больших ступеней роликов верхнего яруса, при этом диаметры трех участков больших ступеней нижнего яруса, контактирующих с тремя участками меньших ступеней роликов верхнего яруса, равны, и все ролики как верхнего, так и нижнего ярусов, контактируют друг с другом и дорожками качения по трем линиям, образуя силовой единый замкнутый кольцевой комплект из роликов верхнего и нижнего яруса (патент RU № 2334137, МПК F16C19/22, F16C19/28, F16C33/34, F16C33/36, опубл. 2008).
Недостаток подшипника в том, что критический путь трения-скольжения поверхностей шариков предложенной формы контакта по сопрягаемой координирующей их поверхности зависит от постоянности площади контакта, который в известных конструкциях роликоподшипников постоянен, т. к. не может переходить с одной пары трения на другую и распределяться между ними по сравнению с предложенной конструкцией и это сокращает время износа. В указанной конструкции не предусмотрена притирка поверхностей контакта подвижных деталей (трущихся пар трения - дорожек колец, роликов и координирующих элементов полусферических выемок) перед их сборкой и при ремонте. Это снижает технико-экономический эффект вследствие истирания в процессе проскальзывания по ответной поверхности контакта в процессе эксплуатации роликоподшипника.
Известен подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними тела качения, выполненные в виде цилиндрических роликов с полусферическими торцевыми контактными поверхностями, установленные соосно в полусферических выемках сепараторов, размеры которых больше осевых размеров торцевых контактных поверхностей роликов, и установленные между ними дополнительные тела качения сферической формы. При этом полусферические торцевые контактные поверхности цилиндрических роликов обращены выпуклостями друг к другу и соединены между собой осевым отверстием, содержащим графитовые подпружиненные стержни, установленные с возможностью контакта с дополнительными телами качения (патент RU № 212899, МПК F16C19/49, опубл. 2022).
Недостатком конструкции подшипника является то, что он исключает возможность притирки и повышения на этой основе точности формы и расположения поверхностей контакта комплектующих деталей при эксплуатации, что приводит к значительному увеличению износа на тех отдельных участках контактирующих пар трения на поверхностях роликов и дорожек, где особенно проявляется перекос деталей из-за погрешностей расположения деталей и их формы, что, в конечном счете, приводит к ускорению катастрофического износа и сокращению надежной эксплуатации подшипника.
Задачей предложенного технического решения является разработка конструкции подшипника, обеспечивающего притирку трущихся пар трения и повышение точности формы поверхностей, находящихся в контакте в процессе эксплуатации и перемещающихся относительно друг друга деталей.
Техническим результатом является увеличение срока службы и времени надежной эксплуатации подшипника за счет снижения износа трущихся пар трения.
Технический результат достигается в конструкции подшипника качения, содержащего наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними цилиндрические тела качения с полусферическими торцевыми контактными поверхностями, и дополнительные сферические тела качения, контактирующие с полусферическими торцевыми контактными поверхностями цилиндрических тел качения, при этом дорожка качения внутреннего кольца выполнена с лунками под тела качения, цилиндрические тела качения установлены в два ряда, разделенные сферическими телами качения, внутреннее кольцо выполнено с двумя буртами, в которых установлены резьбовые цилиндрические сухари со сквозными резьбовыми отверстиями, причем цилиндрические сухари установлены соосно с телами качения и выполнены с полусферическими выемками, контактирующими со сферическими телами качения.
Сущность технического решения заключается в такой конструкции двухрядного подшипника, которая позволяет осуществлять притирку контактирующих поверхностей (посредством подачи абразивной смеси на притираемые поверхности через сквозные резьбовые отверстия сухарей), их смазывание (посредством подачи масла из масленок на контактирующие поверхности через сквозные резьбовые отверстия сухарей) и промывку подшипника (посредством подачи абразивной смеси на притираемые поверхности через сквозные резьбовые отверстия сухарей). Выполнение сквозных резьбовых отверстий в сухарях, установленных с обоих торцов обеспечивает направление входа и выхода той или иной среды, что позволяет осуществить функции прямых и обратных дросселей, с возможностью подачи используемой среды от одного бурта к другому.
Выполнение подшипника двухрядным позволяет увеличить суммарную площадь контакта между торцевыми контактными поверхностями роликов и координирующих их дополнительных тел качения и лунок дорожки качения внутреннего кольца, за счет чего обеспечивается увеличение времени наступления критического износа контактных поверхностей и, соответственно, увеличение срока службы и времени надежной эксплуатации подшипника.
Кроме этого, конструкция подшипника позволяет осуществлять подачу нормированных порций последовательно через масленки сначала абразивного консистентного вещества, потом притирку поверхностей трения, подачу моющего средства и, после промывки внутренних полостей подачу смазки - машинного масла.
Возможность притирки поверхностей на всех парах трения приводит к уменьшению погрешностей расположения деталей и их формы, и увеличению времени до их катастрофического износа. Также обеспечена возможность обслуживания и профилактики (замена смазки в процессе использования подшипника), что позволяет увеличить время работы подшипника до его износа, что, в конечном счете, приводит, к увеличению его надежности, а также надежности, энергоэффективности и снижению себестоимости будущих механизмов, в которых предполагается его использование.
Известно, что при обработке металлов абразивным инструментом происходит шаржирование поверхности контакта детали с абразивным инструментом. Шаржирование может быть вредным явлением, когда обработанная поверхность составляет пару трения, и полезным явлением, когда абразивные частицы специально удерживаются на поверхности и оно приобретает свойство притира. Поэтому предложенное техническое решение может применяться как при полировке. Так и при шаржировании поверхности инструмента - для шаржирования (притира).
На фиг. 1 показан подшипник в продольном разрезе, на фиг. 2 показано сечение А-А подшипника.
Подшипник качения состоит из наружного 1 и внутреннего 2 колец с дорожками качения, и расположенных между ними цилиндрических тел качения 3 с полусферическими торцевыми контактными поверхностями 4, и дополнительных сферических тел качения 5, контактирующих с полусферическими торцевыми контактными поверхностями 4 цилиндрических тел качения 3.
При этом дополнительные сферические тела качения 5, центрирующие расположенные между ними цилиндрические тела качения 3, также контактируют своими сферическими поверхностями с полусферическими выемками установленных в буртах меньшего 6 и большего 7 диаметров внутреннего кольца 2 цилиндрических сухарей 8 и 9 с цилиндрической резьбой (например, типа штуцеров с метрической мелкой резьбой), выполненных со сквозными резьбовыми отверстиями. Подшипник выполнен с двумя рядами цилиндрических тел качения 3 и тремя рядами сферических тел качения 5 так, установленных соосно, что ряд сферических тел качения 5 установлены по торцам цилиндрических тел качения 3.
Бурты 6 и 7 внутреннего кольца 2 выполнены увеличенного диаметра с допусками, обеспечивающими сборку их с наружным кольцом 1. Сухари 8 и 9 с полусферическими выемками установлены в противолежащих буртах 6, 7 посредством стопорящегося резьбового соединения. Мелкая резьба соединения сухарей 8 и 9 предназначена для более точного (тонкого) регулирования осевых зазоров между полусферическими поверхностями контакта тел качения 3 и 5 и тел качения 5 и полусферических выемок 10 сухарей 8, 9.
Дорожка качения внутреннего кольца 2 выполнена с лунками 11 под тела качения.
Сквозные резьбовые отверстия могут быть выполнены не во всех сухарях 8 и 9. Количество сухарей 8 и 9 с отверстиями зависит от геометрических параметров подшипника. С увеличением линейных размеров, количество сухарей 8 и 9 с отверстиями увеличивается и достигает значений тождественных общему количеству сухарей 8 и 9. Наименьшим, но достаточным количеством для достижения технического результата является по три сухаря 8 и 9 с отверстиями из общего числа сухарей.
Работа устройства в условиях возможности процесса притирки (шаржирования) одновременно применяемой на всех парах трения комплектующих деталей подшипника.
Конструкция устройства создает возможность осуществлять механическую притирку сферических поверхностей и производить ее без специальных притиров и специальных стендов, т. е. путем взаимной притирки каждой пары сопрягаемых деталей в собранном подшипнике.
Для осуществления притирки к сквозным резьбовым отверстиям сухарей 8 подключают стандартные масленки типа 2 или 3, через которые подают на поверхности трения обрабатываемого подшипника абразив в смеси с жидкими смазками. В процессе вращения подшипника осуществляется притирка деталей подшипника, что обеспечивает их приработку и достижение значительного уменьшения износа контактирующих пар трения на поверхностях роликов и дорожек, на тех отдельных участках, где особенно проявляется перекос деталей из-за погрешностей расположения деталей и их формы, что, в конечном счете, может привнести к замедлению износа и увеличению времени надежной эксплуатации подшипникового узла.
При грубой притирке применяют шлифовальные порошки зернистостью 5-4-3, при предварительной притирке - микропорошки зернистостью М28-М20-М14 и при окончательной притирке - микропорошки зернистостью М10-М7 - М5.
Абразивные зерна применяют 11 номеров зернистости 8, 10, 12, 16, 20, 24, 36, 46, 60, 80 и 100, при этом зернистость 100 имеет самые мелкие зерна в этой группе. Шлифовальные порошки имеют 7 номеров зернистости 100, 140, 170, 200, 230, 270 и 325, а макропорошки обозначаются марками М28, М20, М14, М10 и М7. При зернистости М28 размеры зерна составляют от 28 до 14 мк.
n
0
Например, возможны следующие параметры абразивного материала: электрокорунд 24А зернистости М20; М40; М63; 8; 10; К=20%; p = 0,1…0,5 МПа; L=50... 150 мм; α= 15…90; T=0…300 с.
По окончании притирки внутренние полости подшипника промывают, подавая через сквозные резьбовые отверстия сухарей 8 моющий раствор, например, керосин, на поверхности пар трения, очищая их от абразивных частиц. Моющий раствор с вымытыми абразивными частицами выталкивается через сквозные резьбовые отверстия соответственно сухарей 9 (по схеме дросселей прямого действия между парами трения).
Затем отключают магистраль с моющим раствором и шприцуют через отверстия сухарей 8 посредством масленок смазочным материалом, например, медно-графической смазкой. Выполняют процесс так, что в процессе шприцевания последней порцией масла выталкивают (смывают) остатки абразивной рабочей среды через сквозные резьбовые отверстия соответственно сухарей 9 (по схеме дросселей прямого действия между парами трения).
Таким образом, увеличение времени надежной эксплуатации подшипника можно обеспечить за счет снижения износа путем притирки трущихся пар трения дорожек тел качения и полусферических, и сферических поверхностей контакта, и повышения на этой основе точности формы поверхностей, находящихся в контакте в процессе его эксплуатации.
Для обеспечения смазки подшипника в процессе его эксплуатации через отверстия сухарей 8 подключают стандартные масленки типа 2 или 3, через которые обеспечивают подачу смазки на тела качения.
Продление ресурса подвижных поверхностей подшипника обеспечивается путем подачи на них свежей смазки и выдавливания ее засохшей части через отверстия 9 в противоположном торце по схеме дросселей прямого действия между парами трения.
Таким образом, увеличение времени надежной эксплуатации подшипника можно обеспечить за счет снижения износа путем смазывания трущихся пар трения дорожек тел качения и полусферических, и сферических поверхностей контакта в процессе его эксплуатации.
При этом выполнение дорожки качения внутреннего кольца с лунками под тела качения обеспечивает постоянное расположение тел качения относительно друг друга (обеспечивается постоянный зазор по аналогии с действием сепаратора) и защищает подшипник от их смещения под действием подаваемых абразивных, моющих или смазывающих сред, что также способствует увеличению времени надежной эксплуатации подшипника за счет снижения износа и обеспечивает его работоспособность.
Таким образом, подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними цилиндрические тела качения с полусферическими торцевыми контактными поверхностями, и дополнительные сферические тела качения, контактирующие с полусферическими торцевыми контактными поверхностями цилиндрических тел качения, в котором дорожка качения внутреннего кольца выполнена с лунками под тела качения, цилиндрические тела качения установлены в два ряда, разделенные сферическими телами качения, внутреннее кольцо выполнено с двумя буртами, в которых установлены резьбовые цилиндрические сухари со сквозными резьбовыми отверстиями, причем цилиндрические сухари установлены соосно с телами качения и выполнены с полусферическими выемками, контактирующими со сферическими телами качения, обеспечивает увеличение срока службы и времени надежной эксплуатации подшипника за счет снижения неравномерного износа трущихся пар трения.