Эксцентриковый подшипник качения

Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам качения, и может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в колебательное. Подшипник содержит наружное и внутреннее кольца, снабженные соответственно внутренними и наружными зубьями, промежуточные тела качения. При этом внутреннее кольцо находится в непосредственном зацеплении с наружным кольцом, а промежуточные тела качения располагаются в свободном пространстве между кольцами и взаимодействуют с кольцами и между собой. Технический результат направлен на увеличение эксцентриситета подшипника. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам качения, и может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в колебательное.

Известны эксцентриковые подшипники качения с гладкими рабочими поверхностями (например, А.с.314048 СССР). Такой подшипник содержит наружное и внутреннее кольца, тела качения разного диаметра и сепаратор. Он работает следующим образом. При движении внутреннего кольца, вращающегося с угловой скоростью ω₁, тела качения, увлекаемые силами трения, катятся по наружному кольцу. При этом водило-сепаратор вращается относительно наружного кольца с угловой скоростью ω_h. Передаточное отношение механизма: I_1h=ω₁/ω_h=1+d₂/d₁, где d₁ и d₂ - рабочие диаметры внутреннего кольца 1 и наружного кольца 2. Таким образом, эксцентриковый подшипник выполняет функции опоры качения, эксцентрика и редуктора одновременно, что существенно упрощает конструкцию привода многих механизмов. Недостатком такого эксцентрикового подшипника является то, что в кинематических парах, образуемых телами качения и сепаратором, действуют значительные усилия. В результате тела качения смещаются в окружном направлении, и в подшипнике возникает люфт. Кроме того, существует ограничение по величине эксцентриситета, обусловленное значением коэффициента трения между телами качения и кольцами. Недостатком данного вида подшипников является также непостоянное передаточное отношение механизма, свойственное всем фрикционным передачам.

В качестве прототипа выбран эксцентриковый подшипник качения (Полезная модель 63476 РФ), содержащий наружное и внутреннее кольца и расположенные между ними тела качения разного диаметра, причем тела качения и кольца снабжены зубчатыми венцами, находящимися в зацеплении, то есть являются зубчатыми колесами, ведущим является колесо, расположенное в центре. Достоинство данной конструкции состоит в том, что использование зубчатых венцов обеспечивает постоянство передаточного отношения и позволяет несколько увеличить эксцентриситет подшипника.

Недостаток данного подшипника обусловлен особенностью его конструкции: внутреннее кольцо со всех сторон должно быть охвачено телами качения. По этой причине эксцентриситет подшипника остается ограниченным.

Для устранения указанного недостатка в эксцентриковом подшипнике, содержащем наружное и внутреннее кольца, снабженные соответственно внутренними и наружными зубьями, и промежуточные тела качения, внутреннее кольцо находится в непосредственном зацеплении с наружным кольцом, а промежуточные тела качения расположены в свободном пространстве между кольцами. Непосредственное соприкосновение наружного кольца с внутренним кольцом приводит к значительному увеличению эксцентриситета по сравнению с прототипом.

Передаточное отношение механизма: I_1h=ω₁/ω_h=1-z₂/z₁, где z₁ и z₂ - числа зубьев внутреннего и наружного колец. Реальный диапазон соотношения z₂/z₁=5/1÷4/5, тогда I_1H=-(4-1/4). Таким образом, не только сохраняются редуцирующие свойства подшипника, но диапазон возможных передаточных отношений расширяется в сторону чисел меньше единицы.

В наиболее рациональных конструктивных вариантах подшипник содержит центральные промежуточные тела качения, взаимодействующие с внутренним кольцом, и периферийные промежуточных тела качения, взаимодействующие с наружным кольцом и центральными промежуточными телами качения.

При этом в одном конструктивном варианте подшипника все промежуточные тела качения снабжены наружными зубьями.

В другом варианте зубьями снабжены только крайние центральные и периферийные промежуточные тела качения.

В третьем варианте подшипник содержит поводок, шарнирно связанный с осями крайних центральных или периферийных промежуточных тел качения.

Для обеспечения возможности использования зубчатых зацеплений стандартного эвольвентного исходного контура все промежуточные тела качения, имеющие зубчатые венцы, содержат цилиндрические беговые дорожки, начальные диаметры которых равны или близки диаметрам начальных окружностей соответствующих венцов.

На фиг.1 показан предлагаемый эксцентриковый подшипник; на фиг.2 представлен разрез по А-А подшипника, имеющего зубья с каналовыми винтовыми рабочими поверхностями, расположенными шевронно; на фиг.3 - аналогичный разрез по А-А подшипника, имеющего эвольвентные прямозубые зубчатые венцы, дублируемые цилиндрическими беговыми дорожками; на фиг.4 - эксцентриковый подшипник качения, у которого все промежуточные тела качения имеют зубчатые венцы; на фиг.5 - эксцентриковый подшипник качения, у которого зубчатыми венцами снабжены только крайние центральные и периферийные промежуточные тела качения; на фиг.6 - его разрез по Б-Б; на фиг.7 - эксцентриковый подшипник с зубчатыми промежуточными телами качения и поводком; на фиг.8 - показан эксцентриковый подшипник качения с промежуточными тела качения, выполненными гладкими, и поводком; на фиг.9 - его разрез по Г-Г.

Подшипник, изображенный на фиг.1, 2 содержит наружное и внутреннее кольца 1, 2, снабженные соответственно внутренними и наружными зубьями, центральное промежуточное тело качения 3 и периферийные промежуточные тела качения 4. Зубчатые венцы колец 1, 2 и тел качения 3, 4 выполнены с каналовыми винтовыми рабочими поверхностями зубьев, расположенных шевронно. При этом наружное кольцо 1 и центральные промежуточные тела качения 3 имеют выпуклые рабочие поверхности зубьев, а внутреннее кольцо 2 и периферийные промежуточные тела качения 4 - вогнутые. Тела качения 3, 4 состоят из двух косозубых зубчатых колес, соединенных между собой осями 5 с помощью гаек 6. Внутреннее кольцо 2 подшипника шарнирно связано со стойкой 7. Наружное кольцо 1 подшипника жестко связано с кронштейном 8, образуя совместно с ним шатун, который шарнирно связан с ползуном 9, взаимодействующим со стойкой 7.

Эксцентриковый подшипник работает следующим образом. При движении внутреннего кольца 2, вращающегося с угловой скоростью ω₁, тела качения 3, 4 катятся по наружному кольцу 1. При этом их оси совершают в пространстве такое движение, как если бы они были объединены водилом, угловая скорость которого ω_h=ω₁/I. Для подшипника, изображенного на фиг.1, 2, 3, I=-2. Ползун 9 совершает возвратно-поступательное движение с частотой v=ω_h/2π.

Подшипник, показанный на фиг.3, отличается от предыдущего тем, что кольца 1, 2 и промежуточные тела качения 3, 4, помимо зубчатых венцов, содержат цилиндрические беговые дорожки, имеющие диаметры, равные соответственным начальным окружностям зубчатых венцов. Зубчатые венцы колец 1, 2 и промежуточных тел качения 3, 4 выполнены эвольвентными. Причем венец каждого звена расположен между двумя цилиндрическими беговыми дорожками. Так наружное кольцо 1 содержит втулку с внутренним зубчатым венцом и два кольца 10 с беговыми дорожками, пристыкованными к ней с помощью шпилек 11. Внутреннее кольцо 2 и промежуточные тела качения 3, 4 содержат зубчатое колесо и посаженные на его хвостовики кольца 12, 13 с беговыми дорожками. При этом кольца 12 напрессованы на вал, а кольца 13 фиксируются от выпадения стопором 14.

Подшипник, изображенный на фиг.4, отличается от предыдущих количеством промежуточных тел качения 3, 4. Передаточное отношение этого механизма I=-1,4. Данный подшипник работает аналогично предыдущему.

Подшипник, показанный на фиг.5, 6, отличается от предыдущих количеством промежуточных тел качения и тем, что зубчатыми венцами снабжены только крайние центральные 3 и периферийные 4 промежуточные тела качения, а остальные тела качения 15 и 16 выполнены гладкими. При этом цилиндрические беговые дорожки колец 1, 2 и зубчатых промежуточных тел качения 3, 4 расположены между зубчатыми венцами соответствующих звеньев. Использование максимального количества тел качения дает увеличение нагрузочной способности подшипника. Передаточное отношение подшипника, изображенного на фиг.5, 6, I=-1. Данный подшипник работает аналогично предыдущим.

Подшипник, изображенный на фиг.7, отличается от предыдущих количеством промежуточных тел качения и тем, что имеет состоящий из двух пластин поводок 17, шарнирно связанный с осями 5 центральных промежуточных тел качения 3 и закрепленный на осях 5 с помощью гаек 6. Передаточное отношение этого механизма I=-1,4. Данный подшипник работает аналогично предыдущим.

Подшипник, показанный на фиг.8, 9, отличается от предыдущих количеством промежуточных тел качения и тем, что все центральные 3 и периферийные 4 промежуточные тела качения выполнены гладкими. При этом крайние периферийные промежуточные тела качения 4 соединены состоящим из двух пластин поводком 18, шарнирно связанным с осями 19, которые снабжены подшипниками 20. При этом крайние периферийные промежуточные тела качения фиксируются от выпадения на осях 19 стопорами 14. Передаточное отношение этого механизма I=-0,5.

Данный подшипник может применяться в приводах насосов, в различных механизмах сельскохозяйственной техники, а также в любых других механизмах для получения возвратно-поступательного движения. Он выполняет функции опоры качения, эксцентрика и редуктора одновременно. При этом эксцентриситет имеет максимальное значение, возможное по условию расположения внутреннего кольца внутри наружного, а передаточное отношение редуктора составляет I=-(4÷1/4). Использование такого подшипника существенно упрощает конструкцию и технологию изготовления привода.

1. Эксцентриковый подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца, снабженные соответственно внутренними и наружными зубьями, промежуточные тела качения, отличающийся тем, что внутреннее кольцо находится в непосредственном зацеплении с наружным кольцом, а промежуточные тела качения располагаются в свободном пространстве между кольцами и взаимодействуют с кольцами и между собой.

2. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что содержит центральные промежуточные тела качения, взаимодействующие с внутренним кольцом, и периферийные промежуточные тела качения, взаимодействующие с наружным кольцом и центральными промежуточными телами качения.

3. Эксцентриковый подшипник качения по п.2, отличающийся тем, что все промежуточные тела качения снабжены наружными зубьями.

4. Эксцентриковый подшипник качения по п.2, отличающийся тем, что крайние центральные и периферийные промежуточные тела качения снабжены наружными зубьями, а остальные тела качения выполнены гладкими.

5. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что все промежуточные тела качения, имеющие зубчатые венцы, содержат цилиндрические беговые дорожки, начальные диаметры которых равны или близки диаметрам начальных окружностей соответствующих венцов.

6. Эксцентриковый подшипник качения по п.2, отличающийся тем, что содержит поводок, шарнирно связанный с осями крайних центральных или периферийных промежуточных тел качения.