Редукционный подшипник второго типа

Редукционный подшипник второго типа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Известен подшипник качения преимущественно крупногабаритных размеров, который содержит тела качения - ролики, выполненные двухступенчатыми. Большая ступень обкатывается только по дорожке качения наружного кольца подшипника, а меньшая ступень ролика, выполненная по меньшей мере с двумя участками, обкатывается только по дорожке качения внутреннего кольца подшипника с постоянной и одинаковой частотой вращения. Большая ступень ролика выполнена бочкообразной и контактирует с дорожкой качения наружного кольца подшипника по линии, а тела качения - ролики выполнены с отверстием, в котором расположена ось с зазором и два встроенных радиально-упорных подшипника качения. При этом должно выполняться условие сборки подшипника качения d_1m/D_wm1=D_1m/D_wm2=Const. Два диска выполняют роль сепараторов и не контактируют ни с телами качения, ни с кольцами основного подшипника (см. RU №2291330, МПК F16C 19/54, F16C 33/34, опубликовано 10.01.2007 г.).

Наиболее близким аналогом является подшипник гироскопа радиальный роликовый, который содержит внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора. Ролики выполнены двухступенчатыми. Больший диаметр ступени, имеющий один участок, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца подшипника. Меньший диаметр ступени, выполненный с двумя участками, контактирует только с дорожками качения его внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения. При этом должно выполняться условие сборки подшипника качения d_1m/D_wm1=D_1m/D_wm2=Const. Дорожка качения внутреннего кольца подшипника выполнена с проточкой для образования зазора с диаметром большей ступени ролика, которая выполнена сферической или бочкообразной, а дорожка качения наружного кольца подшипника выполнена сферической. При этом отношение диаметра большей ступени ролика к диаметру меньшей ступени ролика равно 2/1, а число роликов равно простому числу, например пяти (см. RU №2385422, МПК F16C 19/22, опубликовано 27.03.2010 г.).

Недостатком известного технического решения является то, что автор аналога представил подшипник с бочкообразной или круглой формой дорожки качения большей ступени ролика и соответствующей этой дорожке формы дорожки качения наружного кольца - фигур с переменными диаметрами поверхностей D_wm2 и D_1m, не дающими возможности любых исчислений. В аналоге соотношения диаметров d_1m/D_wm1 и D_1m/D_wm2 равны между собой и равны const - в действительности соотношения диаметров d_1m/D_wm1 и D_1m/D_wm2 имеют множество вариантов и могут не равняться между собой. В аналоге нет формулы исчисления диаметров ступеней ролика - нет возможности осуществления изобретения.

Поставлена задача для радиального подшипника с моделью вращения наружного кольца относительно неподвижного внутреннего кольца: понизить частоту вращения роликов в редукционном подшипнике по сравнению со стандартным подшипником с такой же моделью вращения и такими же диаметрами дорожек колец d и D, вращающимся с такой же частотой, что и редукционный подшипник (повысить предельную частоту вращения стандартного подшипника в разы); вывести компактную математическую формулу исчисления диаметров ступеней роликов, подходящих для различных вариантов размеров диаметров дорожек колец d и D, различных вариантов отношений диаметров дорожек колец d/D и имеющих различные варианты отношений собственных диаметров (ступеней роликов) d_r1/D_r1, не равных отношению d/D.

Поставленная задача решается тем, что в подшипнике, содержащем наружное и внутреннее кольца с дорожками качения (с дорожками), помещенные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнездах сепаратора двухступенчатых роликов, ступени большего диаметра которых обкатывают дорожку наружного кольца подшипника, а ступени меньшего диаметра обкатывают дорожку его внутреннего кольца, полный коэффициент понижения частоты вращения роликов s₂ находится в пропорциональной зависимости от соотношений диаметров D_r1/d_r1=k в пределах допустимого и D_rl/D_r=D_r1/(D-d)/2=2D_r1/(D-d)=z в пределах допустимого, произведение s₂=zk является полным коэффициентом понижения частоты вращения роликов по внутреннему кольцу относительно оси подшипника (коэффициентом редукции редукционного подшипника второго типа), обусловленного геометрическими пропорциями диаметра большей ступени ролика к диаметру стандартного ролика и ступеней ролика между собой, где

D_r1 - диаметр большей ступени ролика подшипника;

d_r1 - диаметр меньшей ступени ролика подшипника;

D - диаметр дорожки наружного кольца подшипника;

d - диаметр дорожки внутреннего кольца подшипника;

D_r - диаметр ролика стандартного подшипника с диаметрами дорожек колец D и d, равный (D-d)/2;

k - произвольный коэффициент редукции ступенчатого ролика в пределах возможного, обеспечивающий нормальную работу подшипника;

z - дополнительный коэффициент понижения частоты вращения ступенчатого ролика, понижающий его частоту вращения пропорционально повышению диаметра большей ступени ролика (во сколько раз увеличивается диаметр большей ступени - во столько раз уменьшается частота вращения редукционного ролика по сравнению со стандартным подшипником с такими же диаметрами дорожек и такой же частотой вращения);

ступени роликов и дорожек колец подшипника должны быть цилиндрическими, то есть диаметры дорожек колец и ступеней роликов должны быть постоянными для каждой дорожки или ступени.

Приведенная зависимость полного коэффициента понижения частоты вращения роликов относительно оси подшипника позволила исчислить коэффициент редукции подшипника с известными диаметрами дорожек качения колец и произвольно выбранным коэффициентом редукции ступенчатого ролика k.

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 подшипник второго типа поясняется чертежами:

Фиг. 1 - геометрическая схема подшипника качения;

Фиг. 2 - подшипник качения в разрезе.

Подшипник качения со ступенчатыми роликами состоит из наружного кольца 1, внутреннего кольца 2, ступенчатого ролика с большей ступенью 3 и меньшей ступенью 4.

Так как ступенчатый ролик большей ступенью обкатывает дорожку качения наружного кольца, а меньшей ступенью обкатывает дорожку качения внутреннего кольца и предназначен для модели вращения наружного кольца относительно внутреннего кольца подшипника, то настоящий подшипник будет называться Редукционный подшипник второго типа; подшипник с моделью вращения внутреннего кольца относительно неподвижного наружного кольца будет называться Редукционный подшипник первого типа.

Ступенчатый ролик может быть монолитным телом или собранным из отдельных частей. Ступени 3 и 4 ролика жестко связаны между собой. Средний участок ролика с большим диаметром (большая ступень 3) обкатывает дорожку наружного кольца 1. Одновременно боковые участки ролика с меньшим диаметром (меньшая ступень 4) обкатывают дорожку внутреннего кольца 2, разделенную по ширине на две дорожки с зазором между ними для прохождения между ними большей ступени 3 ролика.

Для приведения размеров редукционного подшипника к размерам стандартных подшипников за основу исчислений берутся наружный и внутренний диаметры стандартного шарикового или роликового подшипника и ширина подшипника. По выбранным диаметрам стандартного подшипника определяются диаметры дорожек качения наружного и внутреннего колец 1 и 2 подшипника с учетом присутствия между ними ступенчатых роликов и по этим диаметрам согласуются произвольно выбранные диаметры ступеней 3 и 4 ролика; толщину наружного кольца рассматриваемого подшипника можно сделать меньше, чем у стандартного подшипника, учитывая минимизированный износ его дорожки качения из-за отсутствия трения скольжения, присущего стандартным подшипникам, для расширения диапазона размеров диаметров колец и приближения их к диаметрам колец стандартного подшипника. Отсутствие трения скольжения между роликами и дорожками колец позволяет сделать дорожки колец и ступени роликов рассматриваемого подшипника значительно уже дорожек колец и тел качения стандартного подшипника, зауживание ширины дорожек и ролика не повысит трение скольжения, но приблизит ширину рассматриваемого подшипника к ширине стандартного подшипника.

При обкате большей ступенью ролика одного оборота дорожки наружного кольца относительно стационарной точки дорожки наружного кольца частота вращения ролика относительно собственной оси снизится в z раз по сравнению со стандартным подшипником в связи с увеличением диаметра большей ступени ролика в z раз по сравнению с диаметром ролика стандартного подшипника (z=2D_r1/(D-d)). В z раз уменьшится и частота вращения ролика относительно центральной оси подшипника (оси подшипника).

Уменьшение диаметра меньшей ступени ролика в k раз по сравнению с диаметром большей ступени ролика уменьшит длину обката дорожки внутреннего кольца в k раз - в k раз снизит частоту вращения ступенчатых роликов по сравнению с роликами стандартного подшипника, вращающегося с такой же частотой.

Частота вращения роликов редукционного подшипника снизится в z и в k раз по сравнению с роликами стандартного подшипника, вращающегося с такой же частотой.

Исчисление радиусов ступеней роликов.

Из Фиг. 1 геометрической схемы подшипника выведем равенств

r₁ - радиус большей ступени 3 ролика;

r₂ - радиус меньшей ступени 4 ролика.

Для удобства вывода формул еще раз запишем и пронумеруем найденное выше соотношение диаметров ступеней роликов:

Используя формулу (2), выразим D_r1 через d_r1:

Запишем формулу (1) с использованием формулы (3)

Из формулы (4) найдем d_rl:

По формуле (3) исчислим диаметр D_r1.

Произвольно выбранные размеры диаметра d и коэффициента редукции k должны согласовываться с диаметром D и между собой для приведения подшипника в функционирующую конструкцию. Согласованные указанные компоненты удовлетворяют формулу (1).

Вычисленные выше диаметры D_r1 и d_r1 ступеней 3 и 4 ролика удовлетворяют условиям сборки подшипника с диаметрами дорожек колец d и D, коэффициентом редукции k ролика; вместе с отсутствием смазки обеспечивают хорошее сцепление между роликом и кольцами подшипника; исключают проскальзывание роликов и понижают частоту вращения роликов относительно оси подшипника в kz раз по сравнению со стандартным подшипником (коэффициент z указан выше).

При обкате большей ступенью 3 ролика с диаметром D_r1 дорожки наружного кольца 2 частота вращения ролика по наружному кольцу 1 относительно оси подшипника снизится в kz раз по сравнению со стандартным подшипником.

Применение редукционного подшипника со ступенчатыми роликами позволяет понизить частоту вращения роликов относительно оси подшипника в kz раз по сравнению со стандартным подшипником с такими же диаметрами d и D дорожек колец, вращающегося с такой же частотой.

Если редукционный подшипник использовать не как подшипник с высокочастотным вращением одного кольца относительно другого, а как стандартный подшипник со средней частотой вращения, то срок его эксплуатации повысится до kz раз по сравнению со стандартным подшипником.

Для примера расчета выберем произвольные размеры в любых единицах диаметров дорожек качения наружного и внутреннего колец 1 и 2 подшипника D=116 и d=68, коэффициент редукции k, равный трем, и по ним рассчитаем диаметры большей и меньшей ступеней 3 и 4 ролика.

Исчислим диаметр меньшей ступени ролика, используя формулу (5):

d_r1=(D-d)/(1+k)=(116-68)/(3+1)=12

Исчислим диаметр большей ступени ролика, используя формулу (3):

D_rl=kd_rl=3∗12=36

Расчет диаметров большей 3 и меньшей 4 ступеней роликов с использованием методики расчета, выбранного коэффициента k, формул (5), (3) показал простоту расчета редукционного подшипника второго типа с произвольным диаметром D дорожки наружного кольца 1 и согласованными с D коэффициентом k и диаметром d дорожки внутреннего кольца 2. Можно выбрать размер диаметра d и согласовать с ним размер диаметра D и коэффициент k.

Коэффициент понижения частоты вращения подшипника z, равный отношению диаметра большей ступени ступенчатого ролика к диаметру ролика стандартной конструкции с такими же диаметрами дорожек колец d и D, равен

z=D_r1/D_r=2D_rl/(D-d))=2∗36/(116-68)=1,5.

Полный коэффициент редукции данного подшипника (понижения частоты вращения роликов) равен

s₁=kz=3∗1,5=4,5

В результате работы подшипника без трения скольжения и лишнего пробега роликов по дорожкам колец, вызванному понижением частоты вращения роликов, он будет меньше греться. Не будут меняться свойства металла и механические свойства подшипника, зависимые от температуры нагрева. Предсказуема экономия на фрикционной смазке для подшипника, ее можно исключить из компонентов обслуживания. Без трения скольжения снизится износ роликов и дорожек колец - не будут увеличиваться конструктивные зазоры. Без лишних зазоров не будет биения роликов о кольца подшипника, следовательно, и уровень шума упадет. Шум уменьшится и из-за отсутствия трения скольжения между кольцами и роликами подшипника и уменьшения длины и скорости пробега ролика по наружному кольцу. Так как уменьшится момент силы трения скольжения подшипника и лишний пробег роликов, будет снижена затрата электроэнергии на преодоление сил трения скольжения и лишний пробег роликов. В масштабах завода или режима многосменной работы подшипников экономия электроэнергии будет значительна. Ресурс работы редукционного подшипника увеличится многократно по сравнению со стандартным подшипником - будет большая экономия денег и на приобретение запасных подшипников и замене подшипников, их нужно будет менять значительно реже. Простои оборудования для ремонта или замены подшипников уменьшатся многократно - увеличится объем выпускаемой продукции и прибыли производства. Замена подшипника высокочастотного вращения, изготовленного из дорогих материалов с применением дорогих технологий, на подшипник со ступенчатыми роликами, изготовленный из общих материалов по общим технологиям, тоже принесет прибыль. Предельную частоту вращения стандартных подшипников можно повысить в разы для редукционного подшипника.

Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение частоты вращения наружного кольца подшипника относительно статичного наружного кольца без повышения частоты вращения роликов относительно оси подшипника, либо повышение срока работы подшипника по сравнению со стандартным, аналогичным по размерам дорожек колец и частоте вращения наружного кольца, относительно статичного внутреннего кольца подшипником. Диаметры ступеней ролика представленного подшипника исчисляются по выведенным формулам. Таким образом, технический результат достигнут.

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

1. Редукционный подшипник второго типа, содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, установленные между ними тела качения, выполненные в виде установленных в гнездах сепаратора двухступенчатых роликов, ступени большего диаметра которых контактируют с дорожкой качения наружного кольца подшипника, а ступени меньшего диаметра контактируют с дорожкой качения его внутреннего кольца, диаметры дорожек качения наружного и внутреннего колец и диаметры большей и меньшей ступеней ролика находятся в пропорциональной зависимости, отличающийся тем, что соотношение D_r1/d_r1=k и равно любому числу в пределах допустимого, при этом диаметры ступеней роликов редукционного подшипника определяют из формул: d_r1=(D-d)/(k+1), D_r1=kd_r1 и получены из выведенной формулы закономерности D-d=D_rl+d_r1, гдеD_r1 - диаметр большей ступени ролика подшипника;d_r1 - диаметр меньшей ступени ролика подшипника;D - диаметр дорожки качения наружного кольца подшипника;d- диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника;k - коэффициент редукции ролика, уменьшающий частоту вращения ступенчатого ролика относительно оси подшипника во время обката роликом дорожки качения наружного кольца подшипника по сравнению со стандартным подшипником, равный от единицы до нескольких единиц, выбираемый самостоятельно по потребностям

2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что ступени ролика и обкатываемые ими дорожки качения колец всегда должны иметь цилиндрическую форму, то есть постоянные диаметры.