РОТОР Р-700 БУРОВОЙ УСТАНОВКИ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ ОПОРНЫМ УЗЛОМ

4 Патентная проработка опорного узла

 

 

 

Рисунок 4.1 Роликовый  подшипник

 

Изобретение относится  к области машиностроения, в частности  к подшипникам качения. В сферическом  роликовом подшипнике, содержащем наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тремя тороидальными дорожками качения, три ряда бочкообразных роликов, установленных так, что ось роликов среднего ряда параллельна оси подшипника, а оси роликов крайних рядов наклонены под углом к ней, диаметр средней дорожки качения меньше диагонального размера между серединами крайних дорожек качения, а на внутреннем кольце между средней и крайними дорожками качения выполнены цилиндрические пояски. Подшипник содержит два сепаратора на три ряда роликов. Технический результат заключается в повышении грузоподъемности и частоты вращения.

Изобретение относится к области  машиностроения, в частности к  подшипникам качения.

Известен сферический роликовый  двухрядный подшипник нормальной серии, например подшипник 22228 СС/W33. Подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя тороидальными дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, установленных в сепараторе.

Соотношение длины ролика к его  диаметру у таких подшипников  составляет 0,8…1,0, за счет чего они обладают низким трением и высокой быстроходностью, но не способны воспринимать большую нагрузку.

Известен сферический роликовый  двухрядный подшипник особо широкой  серии ширин, например подшипник 24130 СС/W33. Подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя тороидальными дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, установленных в сепараторе.

Соотношение длины ролика к его  диаметру у таких подшипников  составляет 1,4…1,6, за счет чего они обладают повышенной грузоподъемностью, однако это же влечет за собой увеличение трения и невысокую частоту вращения.

Известен сферический роликовый  подшипник по АС № 199575. Подшипник  содержит наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, оси которых расположены под углом к оси подшипника. С целью повышения грузоподъемности подшипник имеет третий ряд роликов, оси которых параллельны оси подшипника. Каждый ряд роликов размещен в отдельном сепараторе, а на внутреннем кольце имеется два средних бортика с галтелями, разделяющих среднюю и крайние дорожки качения.

За счет введения третьего ряда роликов  соотношение длины ролика к его  диаметру у таких подшипников  составляет 0,8…1,0, за счет чего они обладают низким трением и высокой быстроходностью, при этом способны воспринимать большие нагрузки.

В данном подшипнике диаметр средней  дорожки качения равен диагональному  размеру между серединами крайних  дорожек качения. Из чего следует, что  усредненный радиальный зазор одинаков во всех рядах роликов. Это приводит к тому, что из-за технологически неизбежных случайных погрешностей в размерах дорожек качения при работе подшипника дорожки качения нагружаются неравномерно (один или оба крайних ряда остаются ненагруженными), что влечет перегрузку работающих роликов и, следовательно, снижает надежность и долговечность подшипника.

Кроме того, наличие двух средних  бортиков с галтелями на внутреннем кольце усложняет изготовление подшипника, а галтели уменьшают рабочую  длину роликов, что приводит к  уменьшению грузоподъемности до 25% по сравнению с двухрядным подшипником особо широкой серии ширин.

Установка каждого ряда роликов  в отдельный сепаратор также  усложняет конструкцию подшипника.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание подшипника с большой грузоподъемностью и высокой частоты вращения, в котором исключается перегрузка роликов и имеющего более простую конструкцию.

Указанная задача решается тем, что  в сферическом роликовом подшипнике, содержащим наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тремя тороидальными дорожками качения, три ряда бочкообразных роликов, установленных так, что ось роликов среднего ряда параллельна оси подшипника, а оси роликов крайних рядов наклонены под углом к ней, диаметр средней дорожки качения внутреннего кольца меньше диагонального размера между серединами его крайних дорожек качения. На внутреннем кольце между средней и крайними дорожками качения выполнены цилиндрические пояски. Подшипник содержит два сепаратора на три ряда роликов.

На рисунке 4.1 изображен  поперечный разрез роликового подшипника по изобретению. Роликовый подшипник  содержит: наружное кольцо 1 со сферической дорожкой качения 2; внутреннее кольцо 3 с тремя тороидальными дорожками качения 4, 5, 6 и двумя цилиндрическими поясками 7, разделяющими среднюю 5 и крайние 4, 6 дорожки качения; три ряда бочкообразных роликов 8, 9, 10, установленных так, что ось О3-О3 роликов 9 среднего ряда параллельна оси подшипника О-О, а оси О1-О1 и О2-О2 роликов 8, 10 крайних рядов соответственно наклонены к ней под углом a; два сепаратора 11 и 12, причем сепаратор 11 удерживает ролик 8 и половину длины ролика 9, а сепаратор 12 – ролик 10 и половину длины ролика 9.     

Поскольку подшипник  содержит три ряда роликов, то соотношение длины ролика к его диаметру составляет оптимальную величину 0,8…1,0.

Зависимость между диаметром d3 средней дорожки качения, внутреннего кольца и диагонального размера d1 и d2 между серединами крайних дорожек качения внутреннего кольца соответственно определяется зависимостью:

D3£ d1 - 2dу = d2 - 2dу,        (4.1)

где dу – упругая деформация в контактах: дорожка качения наружного кольца – ролик – дорожка качения внутреннего кольца или иначе сближение осей внутреннего и наружного колец от действия внешней нагрузки Fr на подшипник. Для наиболее эффективного использования подшипника нагрузка Fr принимается из условия:

0,02С £ Fr £ 0,05С,      (4.2)

где С – динамическая расчетная грузоподъемность подшипника

На основании теории упругости dу определяется по формуле:

 

      d = (6.23*10*Fr) ¸ (Ze*Lw*cosa)     (4.3)

 

где Ze – полное количество роликов в подшипнике;

      Lw – эффективная длина ролика;

      a - угол наклона осей роликов крайних рядов;

      Fr – нагрузка на подшипник; может колебаться в пределах           0…0,2С.

Так как диаметр d3 средней дорожки качения внутреннего кольца меньше диагональных размеров d1 и d2 между серединами крайних дорожек качения внутреннего кольца соответственно, то, исходя из формулы (4.1), зависимость между усредненными радиальными зазорами Grкр среднего ряда роликов и Grкр крайних рядов роликов и имеет вид:

Grкр + d0,02С< Grкр,     (4.4)

где d0,02С – суммарная упругая деформация в контактах максимально нагруженных роликов с наружным и внутреннем кольцами при нагрузке 0,02С.

Таким образом, усредненный  радиальный зазор Grкр в среднем ряду роликов больше зазоров Grкр в крайних рядах роликов.

Подшипник работает следующим  образом: первоначальное ненагруженное состояние характеризуется тем, что под действием собственного веса наружного кольца, сепараторов, роликов происходит замыкание двух размерных цепей: корпус – дорожка качения наружного кольца – ролик – дорожка качения внутреннего кольца – вал механизма.

При этом усилие, приложенное  от вала на корпус, распределяется между крайними дорожками качения внутреннего кольца и, соответственно, крайними рядами роликов.

Средний ряд роликов  вследствие увеличенного размера не контактирует с дорожками качения  наружного и внутреннего колец  соответственно и нагрузку не передает. При приложении небольших нагрузок (0,02-0,05 динамической грузоподъемности С) подшипник благодаря соотношению длины ролика к его диаметру, равному 0,8…1,0, работает как двухрядный подшипник нормальной серии ширин, имеет низкое трение и высокую частоту вращения. При приложении больших нагрузок (0,05-0,2 динамической грзоподъемности С) вследствие упругих деформаций контактов: наружное кольцо – ролик – внутреннее кольцо выбирается дополнительный зазор, и подшипник начинает работать как двухрядный подшипник особо широкой серии ширин, то есть его грузоподъемность возрастает, при этом перегрузка роликов исключается.

Отсутствие средних  бортиков на внутреннем кольце, а также  установка двух сепараторов, на три  ряда роликов упрощает изготовление подшипника.

Формула изобретения:

1. Сферический роликовый подшипник, содержащий наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тремя тороидальными дорожками качения, три ряда бочкообразных роликов, установленных так, что ось роликов среднего ряда параллельна оси подшипника, а оси роликов крайних рядов наклонены под углом к ней, отличающийся тем, что диаметр средней дорожки качения внутреннего кольца меньше, чем диагональный размер между серединами его крайних дорожек качения, причем: d3 £ d1 -2dу = d2 -2dу, где d3 – диаметр средней дорожки качения внутреннего кольца; d1,d2 – диагональный размер между серединами крайних дорожек качения внутреннего кольца; dу – упругая  деформация в контактах: дорожка качения наружного кольца – ролик – дорожка качения внутреннего кольца или иначе сближение осей внутреннего и наружного колец от действия внешней нагрузки на подшипник.
2. Подшипник, отличающийся тем, что на внутреннем кольце между средней и крайними дорожками качения выполнены цилиндрические пояски.
3. Подшипник, отличающийся тем, что подшипник содержит два сепаратора на три ряда роликов.