ПОДШИПНИК ШАРИКОВЫЙ РАДИАЛЬНО-УПОРНЫЙ СДВОЕННЫЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения шариковым.
Ближайшим аналогом является подшипник качения, содержащий кольцо внутреннее, кольцо наружное, шарики, расположенные в два ряда, сепаратор (см., например, описание изобретения к патенту RU 2079740, МПК F16C 19/00, дата публикации 20.05.1997).
Недостатком ближайшего аналога является недостаточно высокая надежность.
Техническим результатом заявленного решения является повышение надежности и повышенная осевая нагрузка.
Сущность технического решения характеризуется тем, что содержит кольцо внутреннее, кольцо наружное, шарики, расположенные в два ряда, сепаратор, снабжен идентичными дополнительными кольцом внутренним, кольцом наружным, сепаратором, кольца наружные выполнены однобортовыми с замками и расположены обращенными друг к другу замками, сепараторы выполнены точеными с одиннадцатью гнездами под шарики, которые расположены в гнездах сепаратора и контактируют с каждым кольцом наружным с углом контакта 40 градусов.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где
на фиг.1 показан вид в разрезе;
на фиг.2 показана зависимость относительной частоты вращения сепаратора от осевой нагрузки;
на фиг.3 показана зависимость соотношений радиальной и осевой нагрузки от угла контакта;
на фиг.4 показана зависимость числа шариков от толщины перемычки
сепаратора.
Подшипник шариковый радиально-упорный сдвоенный содержит два идентичных кольца внутренних 2, два идентичных кольца наружных 1, шарики 3, два идентичных сепаратора 4. Кольца наружные 1 выполнены однобортовыми с замками и расположены обращенными друг к другу замками. Такое выполнение обеспечивает более технологичный монтаж в конкретном изделии. Сепараторы 4 выполнены точеными с одиннадцатью гнездами под шарики 3. Шарики 3 в количестве по 11 штук расположены в одиннадцати гнездах каждого сепаратора 4 и контактируют с каждым кольцом наружным 1 с углом контакта 40 градусов. Указанное количество шариков 3 обеспечивает получение заданных требований динамической грузоподъемности. Заявленный подшипник выполнен с внешним диаметром каждого кольца наружного 1 110 мм с допуском -0,01 мм и общей шириной колец наружных 1 54 мм с допуском -0,25 мм, с внутренним диаметром каждого кольца внутреннего 2 50 мм с допуском -0,008 мм. Диаметр шариков, формы дорожек качения кольца наружного 1 и кольца внутреннего 2 выполнены путем оптимизации размеров по известным методикам расчетов (см., например, Балякин В.Б., Жильников Е.П., Самсонов В.Н., Макарчук В.В. Теория и проектирование опор роторов авиационных ГТД - Самара: Изд-во Самар. гос. ун-та, 2007, стр.93-234). Количество шариков 3 числом 22 штуки выбрано также в результате оптимизации с целью обеспечения долговечности и надежности при заданных нагрузках на осях вращения.
6
Подшипники качения опор валов и компрессоров, применяемые в узлах опор компрессоров и турбин современных газотурбинных двигателей, работают при скоростном параметре dn (произведение внутреннего диаметра (в мм) на частоту вращения вала (в об/мин)) со значением dn~2×10 мм об/мин. Необходимость получения наибольшего к.п.д. компрессора приводит к увеличению скоростей валов, что вызывает увеличение центробежных сил тел качения.
При этом нагружаются больше дорожки качения наружных, а не внутренних колец. Невозможность сохранения минимального контактного нагружения на внутреннем кольце создают опасность пробуксовывания тел качения, ненужного тепловыделения, повышенного износа и в целом нестабильной работы подшипника. Задача состоит в том, чтобы получить для шарикового подшипника соотношения между рабочими условиями (осевой нагрузкой, частотой вращения, вязкостью смазки при рабочей температуре подшипника и параметрами внутренней геометрии подшипника) и точкой, в которой достигается максимум сцепления на площадках контакта шариков с дорожкой качения внутреннего кольца. На фиг.2 показана типичная зависимость относительной частоты вращения сепаратора от осевой нагрузки при заданной частоте вращения вала (фиг.2).
Максимальные контактные герцевские напряжения, с уменьшением которых возникает чрезмерное проскальзывание элементов подшипника, в общем случае для шарикового подшипника с арочным профилем дорожек качения, можно представить в виде:
где
m
d - средний диаметр подшипника, мм;
n - частота вращения внутреннего кольца, об/мин;
z - число шариков;
- вязкость смазки при рабочей температуре подшипника. Па с;
А, α и β - константы, подлежащие определению.
По параметрам внутренней геометрии можно определить осевую нагрузку, необходимую для предотвращения чрезмерного проскальзывания.
Согласно техническому заданию, радиальная и осевая нагрузки равны между собой и каждая составляет 10 кН. По графику зависимости соотношений радиальной и осевой нагрузок от угла контакта определен
оптимальный угол контакта 40 градусов (фиг.3).
Для сохранения достаточной прочности перемычек сепараторов 4 для заявленного подшипника шарикового радиально-упорного сдвоенного толщина перемычки не должна быть менее 4 мм. При таком условии учитывая, что число шариков 3 в каждом сепараторе 4 должно быть целым, выбрано число 11 шариков 3 как ближайшее по графику зависимости числа шариков 3 от толщины перемычки сепаратора 4 (фиг.4).
Подшипник шариковый радиально-упорный однорядный работает следующим образом. При вращении колец внутренних 2 и/или колец наружного 1 рабочая нагрузка передается между кольцами 1 и 2 через шарики 3, при этом шарики 3 приходят в движение. Каждый шарик 3 вращается вокруг своей оси вращения и все шарики 3 совершают перемещение по окружности вместе с сепараторами 4.
Конструкция сепаратора 4, выбранное число 22 шариков 3, которые контактируют с кольцами наружными с углом контакта 40 градусов, обеспечивает повышение надежности подшипника и повышенную осевую нагрузку.