ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ РОЛИКОВЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ ТРЕХРЯДНЫЙ
THREE-ROW SPHERICAL ROLLING BEARING

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к отраслям тяжелого машиностроения.
Известны подшипники качения - роликовые и радиальные сферические двухрядные и трехрядные, содержащие наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде бочкообразных симметричных роликов, установленных равномерно в гнездах сепараторов. Дорожка качения наружного кольца выполнена по сфере с центром на оси вращения колец. Сферические дорожки качения внутреннего кольца расположены под углом друг к другу. Это обеспечивает восприятие подшипником двухсторонней осевой нагрузки. Радиальную и осевую нагрузки воспринимает только один ряд роликов. Наружные кольца допускают в опорах поворот до 3°.
Одним из недостатков известных роликовых двухрядных и трехрядных сферических подшипников качения является наличие трения качения с проскальзыванием тел качения при их эксплуатации. Это следует из того, что ролики не могут одновременно катиться без скольжения по дорожкам качения меньшего и большего диаметров, между которыми они заключены в подшипнике.
При этом для роликов путь с трением скольжения к пути с трением качения относится, например, как 72/1 и 174/1 и более. А отношение трения скольжения к трению качения относится как 500/1 и 10000/1. Вот почему греется подшипник качения от 100 до 300°С и более.
Кроме этого, наружное кольцо подшипника должно вращаться в противоположную сторону по отношению к направлению вращения вала от контакта роликов с дорожками качения.
В подшипнике два крайних ряда роликов с сепараторами вращаются с одной частотой, а средний ряд роликов и их сепаратор вращается с меньшей частотой.
-1
Надо заметить, что по этой причине частота вращения у роликовых сферических подшипников невысокая - от 400 до 125 мин. Абразивный износ тел качения составляет, например, до 5 мм за 5000 часов работы.
Известен подшипник качения - прототип по патенту RU №2232926 (см. фиг.5).
Подшипник качения состоит из наружного кольца с дорожкой качения сферического типа, тел качения, внутреннего кольца и сепаратора (на фиг.5 не показан). На внутреннем кольце выполнены две кольцевые проточки под углом для расположения с зазором большей ступени ролика, выполненного бочкообразного типа, и выполнены две наклонные дорожки качения, контактирующие с двумя коническими участками меньших ступеней ролика по линии, а большие ступени ролика контактируют по линии с дорожкой качения наружного кольца, при этом должно выполняться условие сборки подшипника:
Цель изобретения:
- обеспечение более высокой частоты вращения;
- снижение влияния упругого гистерезиса в зоне контакта тел качения с дорожкой качения наружного кольца подшипника;
- обеспечение чистого качения телам качения без проскальзывания всем трем рядам роликов при обкатывании по дорожкам качения подшипника.
Поставленные цели и технический эффект изобретения достигается за счет того, что все ролики установлены в один сепаратор, при этом положение сепаратора зафиксировано с внешней стороны на внутреннем кольце подшипника кольцами упорными пружинными, взаимное расположение роликов в рядах подчинено шахматному порядку, а для повышения независимого коэффициента сцепления и в качестве индикатора износа выступает накатка, нанесенная на поверхностях тел качения, например, в виде контура пчелиных сот глубиной от 10 до 100 мкм.
На фиг.1 изображен подшипник качения роликовый сферический трехрядный.
На фиг.2 изображен тот же подшипник качения, но отличается от фиг.1 исполнением тел качения - роликами, которые выполнены сборными и содержат большую ступень, выполненную в виде кольца, установленного в проточках двух крайних рядов с меньшими ступенями - конического типа, и в среднем ряду меньших ступеней - цилиндрического типа.
Подшипник качения роликовый сферический трехрядный на фиг.1 состоит из наружного кольца 1 с дорожкой качения сферического типа с отверстиями для подвода смазки, двух крайних рядов роликов 2 - двухступенчатого типа, у которых одна большая ступень выполнена бочкообразной, а два участка меньших ступеней - конического типа, роликов 3 - среднего ряда, большая ступень которых выполнена бочкообразной, а два участка меньших ступеней - цилиндрического типа, нижнего кольца 4 с двумя наклонными дорожками качения и среднего участка цилиндрического типа с кольцевыми проточками в местах установки больших ступеней роликов, сепаратора 5 повышенной прочности, выполненного цельным и несущего в своих гнездах в трех рядах с шахматным порядком ролики 2 и 3, а корпус сепаратора 5 зафиксирован с внешней стороны внутреннего кольца 4 двумя кольцами упорными пружинными 6. Сепаратор выполняют из латуни или бронзы, например бериллиевой, или из пластика на основе углеволокна.
wm3
wm4
wm3/2
wm4/2
Подшипник качения на фиг.2 отличается исполнением тел качения 2 и 3. Большие ступени роликов 2 и 3 содержат кольца бочкообразного типа с внешней стороны, которые контактируют только с дорожкой качения наружного кольца 1 подшипника, а в контакте с меньшими ступенями роликов 2 и 3 они обкатываются по цилиндрическим участкам проточек тел качения - роликов 2 и 3 в трех рядах. При этом по величине кольца равны расчетным диаметрам больших ступеней D и D, а в целях сборки их выполняют увеличенными, радиусы их с осями роликов 2 и 3 равны как Dи Dв зоне их контактов с дорожкой качения наружного кольца 1. Это исполнение снижает действие упругого гистерезиса в контакте с дорожкой качения кольца 1. В контакт приходит не расчетный радиус, а увеличенный, чем и достигается увеличенный контакт с дорожкой качения.
Следует отметить, что линейные контакты двух участков меньших ступеней роликов 2 - конического типа, и двух линейных участков меньших ступеней роликов 3 - цилиндрического типа значительно увеличивают как радиальную, так и осевую грузоподъемность подшипника.
wm1
wm2
1m
2m
wm2
wm2
2m
Подшипник качения (фиг.1) работает следующим образом: при вращении вала получает вращение кольцо 4 подшипника, ролики 2 и 3 своими меньшими ступенями D и D обкатываются только по дорожкам качения d и d внутреннего кольца 4. Следует отметить, что диаметры D меньших ступеней роликов 2 равны диаметрам D меньшим ступеням роликов 3 цилиндрического типа, равны и диаметры d, по которым они прокатываются.
wm3
1m
wm4
2m
Большие ступени D роликов 2 обкатываются только по дорожкам качения D. А большие ступени D роликов 3 среднего ряда обкатываются только в зоне контакта с дорожкой качения с D без проскальзывания.
На внешних поверхностях роликов 2 и 3 выполнена накатка типа пчелиных сот глубиной, например, от 10 до 100 мкм в целях сохранения смазки на рабочих поверхностях роликов и в качестве индикаторов износа.
Подшипник качения по фиг.2 работает аналогично подшипнику на фиг.1. Отличие только в том, что кольца больших ступеней в контакте с цилиндрическими участками проточками на участках меньших ступеней роликов 2 и 3 обкатываются без проскальзывания.
Вращение роликов 2 и 3 по дорожкам качения на фиг.1 и 2 проходит с постоянной и одинаковой частотой вращения без проскальзывания. При этом выполняется условие сборки подшипника:
1m
где d - диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника;
wm1
D - меньшая ступень ролика 2;
2m
d - диаметр дорожки качения внутреннего участка кольца;
wm2
D - меньшая ступень ролика 2 и 3;
1m
D - диаметр дорожки качения наружного кольца;
wm3
D - большая ступень ролика 2;
2m
D - диаметр дорожки качения наружного кольца, диаметр сферы;
wm4
D - большая ступень ролика 3.
Следует отметить, что чистое качение больших ступеней роликов 2 и 3 может осуществляться по линии только вблизи «полюса» данных ступеней, а на консолях этих участков справа и слева от зоны «полюса» качение проходит с проскальзыванием. Этот недостаток присутствует во всех стандартных роликовых сферических подшипниках.
Данное исполнение подшипника качения роликового сферического трехрядного имеет преимущества:
-1
- возможность работы на высоких частотах вращения, например, до 2000 мин и более;
- увеличить грузоподъемность подшипника в два раза как радиальную, так и осевую;
- снизить упругий гистерезис в зоне контакта больших ступеней ролика;
- повысить долговечность, например, от 20000 часов до 100000;
- обеспечить чистое качение всем роликам без проскальзывания;
- снизить расход смазки в пять раз, так как нет необходимости прокачивать большой объем смазки для выноса продуктов скольжения из подшипника и в целях снижения их нагрева;
- снизить шум до 20…40 дБ за счет победы над трением скольжения, а также за счет применения тонкого слоя смазки с вязкостью 50000…60000 сСт, а подшипник работает с трением качения, например, равным 0,00003;
- повысить надежность и безаварийность, снизить расходы на ремонт;
- обеспечить работу в экстремальных условиях без смазки, например, до 20 часов;
- занять свободную нишу еще одному подшипнику «пионерского изобретения», работающего на трении чистого качения, позволяющего и поворот наружного кольца до 3° без снижения частоты вращения и долговечности;
- в целях повышения независимого коэффициента сцепления выступает накатка, выполненная на поверхностях тел качения в виде контура пчелиных сот, а также в качестве индикатора износа.
В целом новый подшипник выступает за остановку тупикового пути развития стандартных подшипников «качения», с шумом которых встречаемся ежедневно на дорогах, в цехах до 120 дБ.
30…40% от всех техногенных катастроф и аварий приходится на стандартные подшипники качения.
Подшипники могут найти применение на прокатных станах, на разливочных ковшах плавильных цехов, на драгах, цементных заводах, в буксах вагонов скоростных дорог, … бурильных агрегатах, … насосах, … вентиляторах. … А на виброситах, выбивных решетках - нужны другие типы подшипников.
Подшипники нового типа позволяют:
- сэкономить топливо и снизить мощность приводов, например, на 10…30%, значительно снизить и выбросы в атмосферу килограммов углекислого газа;
- уменьшить аварийность и сохранить генофонд, гибель на дорогах равна по числу ведения локальных войн - 30…300 тысяч в год, а раненых еще больше, что не восполнить никакими компенсациями;
- снизить температуру нагрева подшипника, например, от 50 до 90°С. На дорогах горят скаты колес, на буксах - троллейбусов, Икарусах, КаМАЗах … от нагрева букс более 400°С.