Редукционный упорный подшипник

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности. Редукционный упорный подшипник содержит тугое кольцо (1) и свободное кольцо (2) с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора двухступенчатых конических роликов, ступени большего диаметра (3) которых обкатывают дорожку качения тугого кольца (1) подшипника, а ступени меньшего диаметра (4) обкатывают дорожку его свободного кольца (2). Диаметры оснований ступеней ролика находятся в пропорциональной зависимости от расстояния между основаниями и центральной осью подшипника и коэффициента редукции ролика. Формулы диаметров оснований ступеней ролика, исчисленные из известных D_r1, k, |ОВ|, Н, h: D_r2=D_r1*(|OB|-H)/|OB|; d_r1=D_r1/k; d_r2=d_r1*(|OB|-H)/|OB|; d_r3=d_r1*(|OB|-H-h)/|OB|; d_r4=d_r1*(|OB|+h)/|OB|, где D_r1, D_r2 - диаметры оснований большей ступени конического ролика редукционного радиально-упорного подшипника, d_r1, d_r2, d_r3, d_r4 - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика, k - коэффициент редукции ролика (подшипника), Н - ширина большей ступени ролика, h - ширина меньшей ступени ролика, |ОВ| - расстояние от оси подшипника до центра основания большего диаметра большей ступени ролика. Технический результат: повышение предельной частоты вращения редукционного упорного подшипника в разы по сравнению со стандартным упорным подшипником без повышения частоты вращения роликов, снижение затрат горючего или электроэнергии в приводе подшипника(ов), многократное повышение ресурса работы подшипника, вращающегося с частотой сравниваемого стандартного подшипника, в снижении уровня шума. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Известен роликовый упорный подшипник, содержащий тугое и свободное кольца, сепаратор и цилиндрические ролики, диаметр роликов D_w связан с диаметром окружности качения центров роликов D_pw соотношением 0,65>D_w/D_pw>0,19. Положительный эффект обеспечивается уменьшением контактных напряжений (при одинаковых нагрузках) на линии контакта опорных колец подшипника и роликов большего диаметра по сравнению с роликами, применяемыми в стандартных подшипниках (см. SU 1751493, А1 МПК F16C 19/32, опубликовано 30.07.1992).

Наиболее близким аналогом является упорный подшипник с коническими роликами, содержащий опорные кольца, установленные поочередно на валу и в корпусе, конические ролики, размещенные между кольцами, снабжен плавающим кольцом, размер, которого в осевом направлении соизмерим с диаметром внешнего торца ролика, а толщина в диаметральном направлении соизмерима с толщиной борта упорного подшипника, выполняющего функцию плавающего борта, взаимодействующего своей внутренней поверхностью с коническими роликами, по их внешним торцам (см. RU №2276292, МПК F16C 19/32, опубликовано 10.05.2006).

Недостатком известного технического решения является то, что в нем не соблюдается равенство отношений диаметров оснований конических роликов к соответствующим расстояниям между центральной осью подшипника и основаниями роликов, вызывающее хроническое проскальзывание роликов по дорожкам. Нет формул исчисления диаметров оснований роликов.

Для редукционного упорного подшипника поставлена задача: в разы повысить предельную частоту вращения подшипника по сравнению со стандартным упорным, чтобы частота вращения ступенчатых роликов редукционного подшипника при этом оставалась на уровне частоты вращения тел качения стандартного упорного подшипника, тугое кольцо которого вращалось бы с прежней пониженной частотой; вывести математическую формулу исчислений диаметров оснований усеченных конических ступеней роликов по заданному коэффициенту редукции подшипника; исключить трение скольжения тел качения по дорожкам, присущее всем упорным шариковым подшипникам.

Поставленная задача решается тем, что в редукционном упорном подшипнике, содержащем тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора конических двухступенчатых роликов, ступени большего диаметра которых обкатывают дорожку тугого кольца подшипника, а ступени меньшего диаметра обкатывают дорожку его свободного кольца, известен диаметр одного основания большей ступени ролика D_r1, размеры диаметров оснований каждой ступени роликов находятся в пропорциональной зависимости от расстояния между осью подшипника и каждым основанием ролика (для каждой ступени ролика своя пропорция) и зависят от установленного коэффициента редукции ролика (подшипника) k=D_r1/d_r1, D_r2=D_r1*(|OB|-H)/|OB|, d_r1=D_r1/k, d_r2=d_r1*(|OB|-H)/|ОВ|, d_r3=d_r1*(|OB|-H-h)/|OB|, d_r4=d_r1*(|OB|+h)/|OB|, где D_r1, D_r2 - диаметры оснований большей ступени ролика; d_r1, d_r2, d_r3, d_r4 - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика; |ОВ| - расстояние от вершины конусов дорожек ролика до центра большего основания большей ступени ролика; Н - ширина большей ступени ролика; h - ширина выступов меньшей ступени ролика.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, он соответствует условиям патентоспособности изобретения - «изобретательский уровень» и «новизна».

Редукционный упорный подшипник поясняется чертежом.

Фиг. 1 - Редукционный упорный подшипник в разрезе.

Редукционный упорный подшипник состоит из тугого кольца 1, свободного кольца 2, конических ступенчатых роликов с большей ступенью 3 и меньшей ступенью 4, установленных в гнезда сепаратора. Наружный диаметр тугого и свободного колец подшипника равен R, внутренний диаметр свободного кольца подшипника равен r. Высота подшипника равна N.

Средний участок ролика с большими диаметрами оснований конуса (большая ступень 3) обкатывает дорожку качения тугого кольца 1. Одновременно боковые выступы ролика с меньшими диаметрами оснований конуса (меньшая ступень 4) обкатывают дорожку качения свободного кольца 2, имеющего проточку для свободного прохождения большей ступени ролика.

Для удобства сборки подшипника ступенчатый ролик можно собирать из отдельных ступеней, вставляя меньшую ступень в большую ступень. Для этого в большей ступени делается цилиндрическое отверстие соответствующего размера для посадки в него меньшей ступени ролика с последующей фиксацией ступеней между собой.

Ширина ступеней роликов Н и h берется с учетом нагрузки на подшипник и уменьшения количества роликов по сравнению со стандартным упорным подшипником, связанного с увеличением диаметра ступенчатого ролика (увеличенного диаметра большей ступени ролика).

Для исчисления диаметров оснований ступеней роликов (оснований усеченных конусов) за основу берутся размер большего диаметра большей ступени ролика D_r1 и расстояние между фокусом вершин конусов ступеней роликов точкой О, расположенной на оси подшипника, и центром основания большего диаметра большей ступени ролика точкой В, коэффициент редукции подшипника k. Размеры D_r1, |ОВ|, k устанавливаются конструктором с учетом возможностей механизма и требуемых от него технических характеристик.

Диаметр большей ступени ролика D_r2 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r1 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r2 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r3 равен:

Диаметр меньшей ступени ролика d_r4 равен:

Для примера выбрали расчет подшипника с большим диаметром большей ступени ролика D_r1=30, скорректированным в соответствии с высотой подшипника N; расстоянием от точки фокуса О до точки В ролика |ОВ|=83, шириной большей ступени ролика Н=20, шириной меньшей ступени h=10, скорректированными с наружным и внутренним диаметрами подшипника R и r, коэффициентом редукции ролика (подшипника) k=3.

В соответствии с формулой (1) диаметр большей ступени ролика D_r2 равен:

D_r2=30*(83-20)/83=22,77;

В соответствии с формулой (2) диаметр меньшей ступени ролика d_r1 равен:

d_r1=30/3=10;

В соответствии с формулой (3) диаметр меньшей ступени ролика d_r2 равен:

d_r2=10*(83-20)/83=7,59;

В соответствии с формулой (4) диаметр меньшей ступени ролика d_r3 равен:

d_r3=10*(83-20-10)/83=6,39;

В соответствии с формулой (5) диаметр меньшей ступени ролика d_r4 равен:

d_r4=10*(83+10)/83=11,2.

Замена шариковых упорных подшипников на редукционные позволит экономить горючее и электроэнергию в приводах, так как будет исключено хроническое проскальзывание шаров, как в шариковом упорном подшипнике, на преодоление которого расходуется много работы.

Замена роликовых упорных подшипников, которые вращают с пониженной, чем шариковые упорные подшипники, частотой, так как они при вращении с большой частотой выходят из строя, на редукционные поможет повысить предельную частоту вращения подшипника в разы (в три раза в примере), частота вращения ступенчатых роликов останется на уровне частоты вращения роликов стандартного упорного подшипника, вращающегося с прежней пониженной частотой, что расширит диапазон применения редукционных упорных подшипников и снизит затраты горючего или электроэнергии в приводах на липшее вращение тел качения относительно собственной и оси подшипника (снизит кинетическую энергию ступенчатых роликов по сравнению со стандартными телами качения).

Применение в технике редукционных упорных подшипников позволит увеличить в разы пределы вращения механизмов.

Редукционный упорный подшипник, работающий не на рассчитанном пределе вращения (частота вращения меньше рассчитанной максимальной, но больше частоты вращения стандартного упорного подшипника) будет в разы и десятки раз дольше работать с минимизированным износом дорожек качения колец и ступеней роликов.

Из-за пониженной в разы частоты вращения тел качения при вращении подшипника с прежней частотой значительно снизится шум. Шум снизится и из-за уменьшения зазоров между роликами и дорожками колец, связанного с уменьшением износа дорожек и роликов.

Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение частоты вращения редукционного упорного подшипника в разы по сравнению с предельной частотой стандартных упорных подшипников без повышения частоты вращения роликов относительно собственной и оси подшипника. Диаметры оснований ступеней ролика представленного подшипника исчисляются по выведенным формулам. У роликов отсутствует их скольжение по дорожкам, как у шариков. Таким образом, технический результат достигнут.

Редукционный упорный подшипник может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.

1. Редукционный упорный подшипник, содержащий тугое и свободное кольца с коническими дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнезда сепаратора двухступенчатых конических роликов, отличающийся тем, что большая ступень роликов обкатывает дорожку тугого кольца подшипника, а меньшая ступень ролика обкатывает дорожку его свободного кольца.

2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что диаметры оснований конусов большей и меньшей ступеней ролика находятся в пропорциональной зависимости от выбранного диаметра D_r1 и коэффициента редукции ролика k: D_r2=D_r1*(|OB|-H)/|OB|; d_r1=D_r1/k; d_r2=d_r1*(|OB|-H)/|OB|; d_r3=d_r1*(|OB|-H-h)/|OB|; d_r4=d_r1*(|OB|+h)/|OB|,

где D_r1, D_r2 - диаметры оснований большей ступени ролика редукционного упорного подшипника;

d_r1, d_r2, d_r3, d_r4 - диаметры оснований выступов меньшей ступени ролика редукционного упорного подшипника;

k - коэффициент редукции ролика (подшипника);

H - ширина большей ступени ролика;

h - ширина меньшей ступени ролика;

|OB| - расстояние от оси подшипника до центра основания большего диаметра большей ступени ролика.

3. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что для удобства сборки меньшая ступень ролика вставляется в большую ступень на любой стадии сборки подшипника.