Подшипниковая опора для колебательного режима работы

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в качестве подшипниковой опоры роторов различных устройств, для которых требуется достижение наибольшего ресурса в колебательном режиме. Под колебательным режимом понимается возвратно-вращательное движение вала на ограниченный угол (не более 360°), т.е. неполное вращение.
Технический результат заключается в продлении ресурса подшипников за счет снижения выноса смазки, наблюдаемого в колебательном режиме, достигаемый периодическим однонаправленным проворачиванием внутреннего кольца подшипника опоры.
Причины выноса смазки в колебательном режиме описаны в литературе:
1. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В. Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник / Р.Д. Бейзельман, Б.В. Цыпкин, Л.Я. Перель - Изд. 6-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1975, 572 с.
2. Городецкий Р.С. Результаты испытаний шарикоподшипников приводов служебных систем и научной аппаратуры космических аппаратов в колебательном режиме работы // Космическая техника и технологии. 2019. №4 (27) стр. 85-93.
и заключаются в следующем: при вращении подшипника, шар, катящийся по желобу, несет «волну» смазки перед собой. В колебательном движении, вращение вала и внутреннего кольца подшипника знакопеременно (вперед-назад). Шар перемещается из одного крайнего положения в другое и обратно. Шар перемещает «волну» смазки то в одну сторону, то в другую сторону. Через некоторое количество циклов движений шара вперед-назад, количество смазки под шаром уменьшается. Подшипник начинает работать в режиме масляного голодания, что значительно снижает его ресурс. Периодическое проворачивание внутреннего кольца подшипника приводит к перемещению зоны работы тел качения с участка дорожки качения с недостаточной смазкой на участок желоба с удовлетворительной смазкой.
Из уровня техники известны устройства, в которых осуществляется принудительное проворачивание колец подшипников относительно валов и корпусов. В патенте на полезную модель 2016102909/28, 28.01.2016 «Электродвигатель-маховик силового моментного гироскопа с увеличенным ресурсом работы», взятый за прототип, используется вращение промежуточной втулки, связанной с наружным кольцом подшипника с помощью электродвигателя. Вращение втулки и вместе с ней наружного кольца подшипника по направлению вращения внутреннего кольца подшипника (вала) приводит к продлению ресурса за счет снижения относительной скорости вращения тел качения относительно желоба.
В отличие от прототипа, технический результат полезной модели достигается без использования электродвигателя, а за счет механической энергии вращения вала устройства, не требуя размещения для этого обмоток, электронных компонентов, подведения электропитания. Поэтому полезная модель отличается простотой конструкции, компактностью и энергоэффективностью, и создана для колебательного режима, а не для непрерывной вращательной работы.
Подшипниковая опора (Фиг. 1) состоит из стандартного подшипника качения (8), втулки (5), встроенной между внутренним кольцом (7) подшипника (8) и валом (2) устройства. Во втулке (5) имеются пазы с наклонным дном, в которых размещены шарики (3). Втулка (5) устанавливается на вал (2) неподвижно, без зазора. Внутреннее кольцо (7) подшипника (8) устанавливается на втулку (5) с зазором, позволяющим осуществлять скольжение.
При колебательном движении вала (2), к внутреннему кольцу подшипника (8) приложен момент сопротивления качению, а также момент инерции вращения. Сумма указанных моментов способна преодолеть момент сопротивления скольжению внутреннего кольца (7) по поверхности втулки (5), выполненной из антифрикционного материала, и осуществить проворачивание внутреннего кольца (7) относительно втулки (5) вала (2). При колебательном движении, шары (3), находящиеся в пазах втулки (5), центробежными силами прижимаются к поверхности внутреннего кольца подшипника. При скольжении внутреннего кольца (7) по часовой стрелке, как изображено на фиг. 1, шары (3) затягиваются силами трения в сторону расширения пазов втулки. При попытке скольжения внутреннего кольца (7) в противоположную сторону, шары (3) затягиваются силами трения в сторону сужения паза и заклинивают. Поэтому в такой подшипниковой опоре в колебательном режиме работы (вращение вала влево-вправо на заданный угол), внутреннее кольцо совершает периодическое однонаправленное проворачивание.