close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10050

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 10050
(13) C1
(19)
(46) 2007.12.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 16C 19/22
F 16C 33/30
F 16C 33/58
КОНИЧЕСКИЙ РОЛИКОВЫЙ ПОДШИПНИК
(21) Номер заявки: a 20050666
(22) 2005.07.04
(43) 2007.04.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Минский подшипниковый завод" (BY)
(72) Автор: Вайткус Юлиус Мартинович
(BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Минский подшипниковый завод" (BY)
(56) US 4065191, 1977.
BY 3992 C1, 2001.
US 4557613, 1985.
US 4227754, 1980.
(57)
Конический роликовый подшипник, содержащий наружное кольцо с конической дорожкой качения, внутреннее кольцо с упорным бортиком и конической дорожкой качения
с выпуклой образующей, ролики с бомбинированной образующей и одним сферическим
торцом, отличающийся тем, что ролики выполнены цилиндрическими, а углы наклона
дорожек качения наружного и внутреннего колец к оси подшипника равны между собой,
при этом образующая дорожки качения наружного кольца выполнена вогнутой, модуль
величины вогнутости которой выбран из соотношения:
0 < hH < hP ,
где h P - величина бомбинирования образующей ролика;
BY 10050 C1 2007.12.30
h H - модуль величины вогнутости образующей дорожки качения наружного кольца,
а величина выпуклости h B образующей дорожки качения внутреннего кольца выбрана из соотношения:
hH < hВ < hP .
Фиг. 1
BY 10050 C1 2007.12.30
Настоящее изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения.
Из каталога-справочника "Подшипники качения" под общей редакцией Л.B. Черневского
и Р.В. Коросташевского. - М.: Машиностроение, 1997 (стр. 164-167) известен стандартный
конический роликовый подшипник, предназначенный для восприятия комбинированных
нагрузок (радиальных и осевых), состоящий из наружного и внутреннего бортового колец с
коническими дорожками качения, конических роликов и сепараторов для их размещения [1].
Для обеспечения чистого качения вдоль оси ролика на всей его длине углы наклона
образующих дорожек качения колец и угла конуса образующих ролика связаны зависимостью:
α - β = 2ϕ,
где α, β - углы наклона образующих дорожек качения наружного и внутреннего колец соответственно;
ϕ - угол наклона образующей ролика к его оси.
При работе известного подшипника под действием внешней нагрузки, приложенной к
внутреннему кольцу, возникает сила давления внутреннего кольца на ролик, который, в
свою очередь, воздействует на наружное кольцо силой реакции. Соответственно нагрузка,
приложенная к наружному кольцу, обусловливает реакцию ролика на внутреннее кольцо.
Ввиду того что в стандартном подшипнике ролики выполнены коническими, направление
этих реакций и их величины неодинаковы, и для их равновесия требуется наличие силы
реакции опоры бортика внутреннего кольца. Внешние силы имеют осевую и радиальную
составляющие. При вращении ролика его торец упирается в бортик внутреннего кольца, и
под действием реакции бортика возникают силы трения, которые поворачивают ролик на
некоторый угол между его осью и плоскостью, в которой лежит ось подшипника. В результате возникает скольжение ролика по дорожкам качения, которое приводит к возникновению сил трения между ними. При этом осевые составляющие сил трения между
роликом и дорожками качения имеют то же направление, что и осевые составляющие
внешних сил, тем самым их увеличивая, а такой угол поворота ролика считается отрицательным. За счет возникновения сил трения между торцом ролика и бортом внутреннего
кольца, а также между роликом и дорожками качения такой подшипник обладает пониженными быстроходностью и долговечностью.
Конический роликовый подшипник будет обладать пониженным трением и повышенной долговечностью, если в процессе работы ролики под нагрузкой будут поворачиваться
на положительный угол. Угол поворота ролика считается положительным, если осевые
составляющие сил трения между роликами и дорожками качения колец, возникающие при
перекосе ролика, имеют направление, противоположное направлению осевых составляющих внешних сил, действующих на подшипник, то есть уменьшают их действие.
С целью частичного устранения данного недостатка стандартного конического подшипника за счет уменьшения трения между роликом и дорожками качения колец известен
конический подшипник по патенту США № 4 065 191, в котором "разгрузка" зон нагружения между роликами и элементами колец осуществляется за счет управления внутренними силами трения путем создания в работающем подшипнике положительного угла
перекоса осей роликов относительно диаметральной плоскости подшипника [2].
Известный конический роликовый подшипник содержит наружное кольцо с конической дорожкой качения, внутреннее кольцо с конической дорожкой качения и упорным
бортом, конические ролики. На одной из дорожек качения имеются "средства поворота"
для придания ролику положительного угла поворота.
Недостаток этого решения состоит в конструктивной и технологической сложности
исполнения "средств поворота" для обеспечения положительного угла перекоса осей роликов, а именно:
2
BY 10050 C1 2007.12.30
нормировании шероховатостей контактирующих поверхностей;
специальных углублений и зон их расположения на дорожках качения наружного и
внутреннего колец;
исполнение дорожки качения одного из колец в виде цилиндрической поверхности
приводит к противоположному эффекту: реакция на упорный бортик кольца с цилиндрической дорожкой качения повышается относительно подшипника стандартного исполнения в несколько раз.
Кроме того, в данной конструкции подшипника присутствуют силы трения между
торцом ролика и бортом внутреннего кольца, которые поворачивают ролик на отрицательный угол и увеличивают внешнюю осевую нагрузку.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание конструкции конического роликового подшипника повышенной быстроходности и грузоподъемности путем обеспечения в работающем подшипнике положительного угла перекоса осей роликов относительно диаметральной плоскости подшипника.
Указанная задача решается тем, что в коническом роликовом подшипнике, содержащем наружное кольцо с конической дорожкой качения, внутреннее кольцо с опорным
бортиком и конической дорожкой качения с выпуклой образующей, ролики с бомбинированной образующей и одним сферическим торцом, согласно изобретения, ролики выполнены цилиндрическими, углы наклона дорожек качения наружного и внутреннего колец к
оси подшипника равны между собой, а образующая дорожки качения наружного кольца
выполнена вогнутой, модуль величины вогнутости которой выбран из соотношения:
0 < hH < hP ,
где h P - величина бомбинирования образующей ролика;
h H - модуль вогнутости образующей дорожки качения наружного кольца, а величина
выпуклости h B образующей дорожки качения внутреннего кольца выбрана из соотношения:
hH < hВ < hP .
Изобретение поясняется фигурами:
на фиг. 1 представлен осевой разрез конического роликового подшипника;
на фиг. 2 - форма образующих ролика и дорожек качения наружного и внутреннего
колец;
на фиг. 3 - вид сверху на ролик и внутреннее кольцо при снятом наружном кольце;
на фиг. 4 - эпюра скольжения и контактных напряжений между дорожками качения
наружного кольца и роликом;
на фиг. 5 - эпюра скольжения и контактных напряжений между дорожками качения
внутреннего кольца и роликом.
Конический роликовый подшипник содержит наружное кольцо 1 с дорожкой качения 2,
наклоненной к оси О-О подшипника под углом α, внутреннее кольцо 3 с дорожкой качения 4, наклоненной к оси О-О подшипника под углом β = α и опорным бортиком 5, цилиндрические ролики 6 длиной l со сферическим торцом 7.
Образующая 8 ролика 6 выполнена бомбинированной на величину
h P ≥ δк,
где δк - упругая контактная деформация наиболее нагруженного ролика 6 усилием Q, определяемая теоретической и экспериментальной зависимостью:
δк =
4,05Q0,925
.
105 l0,85
3
BY 10050 C1 2007.12.30
Образующая 9 дорожки качения 2 наружного кольца 1 выполнена вогнутой на величину - h H причем
0 < hH < hP.
Образующая 10 дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 выполнена выпуклой на величину h B , причем
hH < hВ < hP
Работает подшипник следующим образом. Приложенная к наружному кольцу 1 нагрузка P1 с осевой составляющей P1A и радиальной составляющей Р1R передается на ролик 6
перпендикулярно его образующей 8 в виде результирующей реакции N1 ролика 6. Соответственно нагрузки, приложенные к внутреннему кольцу 3: комбинированная нагрузка Р2,
осевая составляющая P2A и радиальная составляющая P2R - обусловливают реакцию N2 ролика 6. Так как ролик 6 цилиндрический, а углы наклона образующих 9, 10 дорожек качения 2, 4 колец 1, 3 соответственно к оси О-О подшипника одинаковы, то реакции N1 и N2
ролика 6 направлены по одной линии навстречу друг другу и уравновешиваются без возникновения осевой составляющей на ролик 6. Следовательно, контакт торца 7 ролика 6 с
бортиком 5 кольца 3 не воспринимает внешней осевой нагрузки, и борт 5 кольца 3 выполняет роль только направления роликов 6.
Таким образом, цилиндрическая форма ролика 6 в сочетании с параллельными дорожками качения 2, 4 колец 1, 3 соответственно исключают поворот ролика 6 за счет сил трения между его торцом 7 и бортом 5 кольца 3. Однако при этом принцип чистого качения
наблюдается только в среднем сечении А-В ролика 6.
Линии чистого качения представлены на фиг. 1 прямыми: 11 - для наружного кольца 1, 12 - для внутреннего кольца 3 (именно вдоль этих линий расположены образующие
дорожек качения колец и роликов в стандартных конических роликовых подшипниках).
Поэтому окружные скорости колец 1, 3 справа от среднего сечения А-В ролика 6 опережают круговую скорость ролика 6, а слева отстают от ролика 6, и в случае прямолинейных
или бомбинированных образующих 8, 9, 10 ролика 6 и дорожек качения 2, 4 соответственно ролик 6 приобретал бы неустойчивое положение и мог поворачиваться как на положительный угол поворота, так и на отрицательный.
В предлагаемом подшипнике форма образующей 8 ролика 6 бомбинированная, а образующая 9 дорожки качения 2 наружного кольца 1 - вогнутая, причем h H < h P . Такое сочетание контактирующих поверхностей обеспечивает прямоугольную равномерную
форму распределения напряжений вдоль оси O1-O1 ролика 6. Сочетание бомбиниванных
контактирующих поверхностей образующей 8 ролика 6 и образующей 10 дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 обеспечивает эллиптический характер распределения контактных напряжений с длиной l оси O1-O1 эллипса, не превышающей длину l ролика 6.
Для демонстрации того, каким образом в подшипнике по изобретению ролики 6 приобретают положительный угол поворота, наблюдателю следует представить ось O1-O1 ролика 6 неподвижной, а кольца 1 и 3 вращающимися в противоположных направлениях:
внутреннее кольцо 3 - на наблюдателя; а наружное кольцо 1 - от него. Этот прием в механике принято называть обращенным движением.
При таких условиях скорость V1 (не показана) дорожки качения 2 наружного кольца 1
у правого торца ролика 6 выше, чем скорость Vp ролика 6. Возникающая при этом скорость скольжения Vc1 создает тангенциальную силу трения f1, которая поворачивает ролик
6 против часовой стрелки относительно середины L ролика 6. У левого торца ролика 6 дорожка 2 кольца 1 имеет меньшую скорость V1' (не показана) чем скорость Vp ролика 6, и
возникающая тангенциальная сила трения f1', направленная противоположно силе f1, также поворачивает ролик 6 против часовой стрелки. То есть относительно середины L роли-
4
BY 10050 C1 2007.12.30
ка 6 создается момент М1 пары сил f1 - f1' с плечом 0,5l, поворачивающий ролик 6 против
часовой стрелки.
При этом окружная скорость Vp ролика 6 раскладывается на тангенциальную VpT и
осевую VрА, которая, в свою очередь, создает силы трения f2s между роликом 6 и дорожкой качения 4 внутреннего кольца 3, направленную вправо, и f1s между роликом 6 и дорожкой качения 2 наружного кольца 1, направленную влево, то есть противоположно
внешним осевым силам Р2А и P1A, действующим на каждое кольцо 2, 1. Такой угол поворота ролика положительный.
При этих же условиях скорость V2 (не показана) дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 на правом торце ролика 6 превышает скорость Vp ролика 6, и возникающая при этом
скорость скольжения Vc2 создает тангенциальную силу трения f2, которая пытается повернуть ролик 6 по часовой стрелке. На левом торце ролика 6 дорожка 4 внутреннего кольца
3 отстает от ролика 6, и возникающая тангенциальная сила трения f2' противоположного
направления пытается повернуть ролик 6 также по часовой стрелке. Совместное действие
пары сил f2 - f2' создает относительно середины L ролика 6 момент M2, поворачивающий
ролик 6 по часовой стрелке.
Так как контактные напряжения между роликом 6 и внутренним кольцом 3 распределяются по эллипсу, и точки приложения равнодействующих f2 и f2' давления внутреннего
кольца 3 на правую и левую половины ролика 6 удалены от малой оси O2-О2 эллипса на
расстояние 0,2 длины большой оси O1-O1 эллипса, приближенной к длине l ролика 6 (следует из математики), то плечо момента M2 пар сил f2 - f2' будет составлять 0,4l. Отсюда
следует, что момент M1 пар сил f1 - f1' от наружного кольца 1 больше момента М2 пар сил
f2 - f2' от внутреннего кольца 3, в результате чего ролик 6 будет поворачиваться только
против часовой стрелки, получая положительный угол перекоса.
Таким образом, создана упрощенная, по сравнению с прототипом, конструкция конического роликового подшипника с гарантированным положительным углом поворота роликов в процессе работы, что обеспечивает повышение быстроходности и долговечности
подшипника, у которого исключены силы трения между бортом внутреннего кольца и
торцами роликов, что также приводит к повышению быстроходности и долговечности
подшипника.
Источники информации:
1. Черневский Л.В., Коросташевский Р.В., Яхин Б.А. и др. Подшпники качения: Справочник-каталог / Под общ. ред. Л.В. Черневского и Р.В. Коросташевского. - М.: Машиностроение, 1997.
2. Патент США 4 065 191, МПК F 16C 19/00, F 16C 33/00, 1976.
Фиг. 2
5
BY 10050 C1 2007.12.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
149 Кб
Теги
by10050, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа