Патент 832

Шариковый подшипник

 

№ 832.

Клас

ПАТЕНТ ИА ИЗОЬРЕТЕ ИИ

ОПИСАН И Е шарикового подшипника.

К патенту Н. Грибоедова, заявленному 12 января 1924 г. (ваяв. свид. № 77910).

О выдаче патента опубликовано 30 ноября 1925 г. Действие патента распространяется на

15 лет от 15 сентября 1924 г.

Жм

Предлагаемый шариковый подшипник имеет целью работу шариков всей поверхностью, уменьшение разрушающего влияния центробежных усилий на шарики и кольца, возможность значительного увеличения числа оборотов и нагрузки и удешевление, в связи с сообщением шарикам внутри подшипника спиралеобразного вращения.

На чертеже предлагаемый шариковый подшипник поясняется при помощи сопоставления с существующими: на фиг. 1 изображена диаграмма зависимости нагрузки от числа оборотов в аксиальных и в радиальных существующих шариковых подшипниках; фиг. 2 — 9 поясняют эту зависимость; на фиг. 10 — 15 изображены решения, приводящие к изменению указанной выше зависимости и основанные на том, что шарикам сообщается спиралеобразное вращение; на фиг. 16—

20 изображены в разрезе предлагаемые шариковые подшипники.

Графическое изображение зависимости между допустимой нагрузкой и числом оборотов (фиг. 1) показывает, что влияние числа оборотов в аксиальных подшипниках (кривая 1) больше, чем в радиальных (кривая II); иными словами, при повышении числа оборотов, допустимая нагрузка для подшипников первого рода падает быстрее, нежели для подшипников второго рода. Возможность большей нагрузки в состоянии покоя (при и= О) объясняется тем, что в аксиальных подшипниках давление распределяется одновременно на все шарики, в то время как в радиальном подшипнике только часть шариков несет нагрузку. Различное влияние числа оборотов на нагрузку в обоих родах гпариковых подшипников объясняется тем, что условия работы шариков в том и другом случае неодинаковы. Из фиг. 3, 4, 6 и 7 видно, что в обоих типах под1 шипников шарики работают поясами одинаковой ширины (на чертеже эти пояса показаны пунктиром), при чем, однако, у радиальных подшипников пояса лежат в плоскости, перпендикулярной к оси вращения (фиг. 3 и 7), а у аксиальных в плоскости, параллельной к этой оси (фиг. 4 и 6). В первом случае, центробежная сила увеличивает только давление шариков на внешнее кольцо, между

l тем как во втором типе подшипников эта же сила вызывает ущемление шариков между обоими кольцами, нарушая таким образом их свободное вращение.

Вследствие ущемления шариков (фиг. 6 и 8), усиливается трение в части колец, лежащей между их периферией и диаметром 0 — 0, что вызывает в шариках стремление к вращению в направлении обратном пунктирной стрелке на фиг. 8, указывающей правильное направление вращения шариков, когда они свободно, без скольжения, передвигаются по нижнему кольцу. Отсюда следует, что ущемление шариков вызывает появление трения скольжения, вместо трения катания, т.-е. значительно увеличивает потерю на трение.

Эти различные по характеру условия работы шариков вызывают также различия в их деформациях. В подшипниках радиальных шарики принимают эллипсоидальную форму, симметрично увеличивающую поверхности соприкосновения. В аксиальных подшипниках деформация шариков и изменение поверхности 1 соприкасания (фиг. 8) не имеют симметричного характера, поскольку шарики приобретают яйцевидную форму.

Поэтому, условия движения шариков в аксиальных подшипниках делаются с экономической точки зрения еще менее выгодными и вызывают появление трения скольжения, нагревание и неравномерную деформацию, которые разрушают шарики и кольца при более низком числе оборотов, чем в радиальных подшипниках. Разрушение ненагруженных шариковых подшипников при известном числе оборотов объясняется влиянием центробежной силы, вызывающей такие напряжения в материале шариков, которые превосходят предел его прочности. Влияние этой силы поясняют фиг. 2 и 9 на примерном радиальном подшипнике. Из фиг. 9 видно, что шарики, катясь по канавке внешнего кольца, выполняют двойное движение.

Они, прежде всего, вращаются (в направлении обратном вращению внутреннего кольца) вокруг оси о — о (фиг. 7), проходящей через их центр, и, кроме того, совершают второе, также вращательное движение вокруг оси 0 — 0 подшипника. Скорости обоих движений суть функции числа оборотов внутреннего кольца и диаметров этого кольца и шарика. Из той же фиг. 9 видно, что, при постоянной угловой скорости внутреннего кольца и при уменьшении диаметра шариков, скорость вращения шариков вокруг собственной оси растет гораздо быстрее, чем скорость вращения вокруг оси подшипника. Согласно сообщения автора, разрушение шариков небольшого диаметра происходит скорее, чем больших, несмотря на то, что одновременно с уменьшением диаметра многократно понижается и масса шарика (для шаров с вдвое меньшим диаметром — в восемь раз), т.-е. один из главных факторов, определяющих величину центробежной силы. Это объясняется влиянием жироскопического состояния шариков, вызываемого вращением их вокруг собственных постоянных осей, проходящих через их центры. В радиальных шариковых подшипниках такими осями являются линии о — о (фиг. 3 и 7), т.-е. образующие цилиндра с осью 0 — О. Если бы шарик совершал свой путь вокруг центра 0 (фиг. 2), не вращаясь одновременно вокруг собственной оси, то его стремление удалиться от центра 0 определялось бы исключительно скоростью его движения (числом оборотов) и масс, иначе говоря, центробежной силой. Собственное вращение шарика вокруг постоянной оси (состояние волчка) может уменьшить или увеличить это стремление, в зависимости от того, в каком направлении имеет место это вращение шарика и, во-вторых, от скорости (числа оборотов), с какою оно совершается.

Если, например, при перемещении шарика относительно центра 0 в направлении стрелки а (фиг. 2) одновременно с собственным его вращением по стрелке || произойдет внезапный разрыв связи между центром 0 и шариком, то последний, отклоняясь от касательной, опишет линии il и |/ различной кривизны, в зависимости от скорости собственного вращения шарика вокруг своей оси. Наоборот, при таком же, как и прежде, передвижении шарика вокруг центра О, но при вращении его вокруг собственной оси в обратном смысле, — обнаружится также его стремление отойти от касательной с, но только соответственно, в другом направлении (кривые е и e).

Таким образом, в первом случае влияние центробежной силы усиливается жироскопическим состоянием шарика, во втором случае оно ослабляется. В рассмотренном выше радиальном шариковом подшипнике (фиг. 9) собственное вращение шариков происходит в направлении, противоположном их движению вокруг центра О. По мнению автора, при таких обстоятельствах собственное вращение шарика увеличивает влияние центробежной силы, при чем, согласно сообщения автора, это увеличение настолько значительно, что оно далеко превосходит влияние центробежной силы самой по себе.

Конструкция предлагаемых шариковых подшипников имеет следствием, прежде всего, то, что устранено вращение шарика вокруг одной и той же неизменной оси; вместо этого, шарики принуждаются к выполнению спиралеобразного вращения, т.-е. к вращению вокрут бесконечного числа беспрестанно меняющихся осей.

Это движение иллюстрируется сопоставлением фиг. 3, 4, 5, 8, 9, 11 и 12.

Вместо постоянных осей о — о (фиг. 3, 4 и 5), описывающих у радиальных подшипников поверхность цилиндра, у акси.альных — круг и, наконец, у комбинированных аксиально-радиальных подшипников велосипедного типа — поверхность конуса и направленных перпендикулярно к постоянным рабочим поверхностям (поясам) подшипников, при спиралевидном вращении шариков расположение мгновенных осей вращения можно представить себе таким, как оно изображено на фиг. 11. При этом, вместе с исчезновением постоянной оси вращения исчезает также постоянство рабочей поверхности шарика, иначе говоря, шарики в предлагаемых подшипниках работают всею своею поверхностью. Это обстоятельство видно также далее и из фиг. 8,9 и 12; линии х, представляющие собою след движения одной какой-нибудь точки шарика, совпадают у старой конструкции с плоскостью чертежа (фиг. 8 и 9), тогда как у предлагаемых подшипников (фиг. 12) след движения точки имеет вид спиральных кривых s, х", не лежащих в одной плоскости. Такое движение шариков достигается особой формой колец; фиг. 10 поясняет конструктивный принцип, обеспечивающий спиралеобразное вращение шариков, а именно асимметрию кривых сечений колец в местах их соприкосновения с шариками.

Асимметрия поверхностей соприкасания вызывает неодинаковость сил, заставляющих шарики вращаться вокруг осей о — о (фиг. 6 и 8). На последней фигуре место соприкасания канавки и шарика отмечено площадкой .Е Силы, вызывающие кручение, указаны стрелками у, h., и I;; первые две относятся к нижнему неподвижному кольцу подшипника и представляют собою трение скольжения, производящее торможение шарика, а последние две — и Й вЂ” относятся к вращающемуся верхнему кольцу и являются, по существу, трением катания. При симметричном выполнении колец противолежащие друг другу поверхности соприкасания получаются одинаковыми, в результате чего и силы (моменты), крутящие шарик вокруг оси Π— О, становятся равными друг другу. В таком случае, шарики не будут вращаться вокруг оси о — о . Неравенство противолежащих поверхностей соприкасания вызывает, наоборот, неравенство сил, обусловливающих вращение шарика (фиг. 10), так что последнему, на ряду с вращением вокруг оси о — о, сообщается еще и вращение вокруг о — о; другими словами, шарик принужден выполнять спиралеобразное движение; большая или меньшая степень неравенства поверхностей соприкасания обусловливает тот или иной характер спиралеобразного движения шарика (фиг. 12, спирали г, s").

Из вышеозначенного можно заключить, что предлагаемая форма колец характеризуется асимметрией поверхностей соприкасания шариков и канавок, в противоположность известным в настоящее время конструкциям, у которых радиусы кривизны сечения канавок проходят через центр шарика, т.-е. кривые сечений расположены симметрично относительно шарика. Асимметрия канавок в указанном выше смысле может быть достигнута различными способами. Так, например, можно кольца с канавками симметричной формы расположить не симметрично друг относительно друга: как показывает фиг. 10, центры дуг сечений канавок сдвинуты относительно центров шариков, иначе говоря, не лежат на диаметре шарика. Далее можно придать одной из канавок симметричную форму, а второй асимметричную, т.-е. сделать ее в сечении спиральной. Наконец, обе кольцевые канавки могут быть сделаны с сечением спирального вида, притом с одинаковым или различным характером спирали (фиг. 13). При всех подобных формах сечения кольцевых канавок, можно, как показано на фиг. 13 и 14, располагать кольца различным образом одно относительно другого, в результате чего асимметрия еще более увеличивается. На фиг. 13 и 14, для большей ясности, в точках, начала спиралеобразных сечений канавок нанесены в виде касательных к шарикам, притом на фиг. 13 в точках, лежащих на двух концах общего диаметра, а на фиг. 4 — на концах двух диаметров, перпендикулярных друг к другу. Из фиг. 14 видно далее, что при сближении колец, т.-е, при сборке подшипников (фиг. 18), первоначальные точки соприкасания р и rg передвигаются и замещаются точками 1 и г, при чем, однако, они попрежнему располагаются на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров. Это показывает, в каких широких пределах может изменяться степень асимметрии, обеспечивающая большую или меньшую степень спиралеобразного движения шариков. Спиралеобразное движение шариков обеспечено, по мнению автора, и при дальнейшей работе подшипника, т.-е. и тогда, когда произойдет болы нее или меньшее изнашивание материала: это следует из того, что шарики, работая всею своею поверхностью, претерпевают равномерный износ и превращаются в конце концов в новые шарики с меньшим диаметром; изменение степени спиральности сечения канавок, являющееся функцией первоначального диаметра шариков и канавок, вызывает только, как показано на фиг. 13 и 14, увеличение их кривизны; таким образом, при взносе подшипника сохраняется полностью прежний характер явлений, вызываемых асимметрией, и регулировка износившихся подшипников состоит в дальнейшем сближении обоих колец подобно тому, как это делается при их сборке. Из фиг. 12 и 9 следует, что при спиральном движении центр т, шарика переходит в положение m и и в зависимости от степени спиральности движения, т.-е. проходит одну из этих дуг вместо более длинной дуги т — т при обычном вращении. Таким образом, скорость передвижения шарика относительно центра 0 (фиг. 9) уменьшается, а следовательно, соответственно уменьшается и влияние центробежной силы.

Вследствие работы шариков всей их поверхностью, становится, по мнению автора, возможным применение шариков меньшего диаметра, т.-е. меньшей массы.

Автор приходит к выводу, что предлагаемый им шариковый подшипник имеет следующие преимущества: 1) неравномерная, эллипсоидальная или яйцеобразная деформация шариков исключается; 2) полезная нагрузка P подшипника распределяется равномерно по всей поверхности шариков, иначе говоря, единица поверхности шарика подвергается меньшему напряжению, нежели в том случае, когда шарик работает только определенной кольцеобразной частью (поясом) поверх ости;

3) вредная нагрузка шариков, — результат центробежной силы и их жироскопического состояния уменьшается; 4) в результате положений п.п. 1, 2 и 3 уменьшается торможение и скольжение шарпков, являющихся, как известно, главными причинами быстрого перегрева и разрушения шариковых подшипников. Преимущество предлагаемой конструкции, упомянутое в п. 4, для большей ясности иллюстрируется еще фиг. 15. Из нее видно, что при обычном вращении шариков вокруг постоянной оси, прохо. ящей через центр 0 перпендикулярно к плоскости чертежа (направления вращения) по стрелкам r в отношении места соприкасания двух шариков лежат в одной плоскости и взаимно противоположны, т.-е. тормозят друг друга, тогда как при спиралеобразном вращении шариков, как показано стрелками ю, соответствующие направления движения составляют части спиралей, лежащих не в одной оощей плоскости, а в различных плоскостях, к тому же, постоянно меняющих свое положение в пространстве.

Таким образом, в последнем случае, вместо фактора, вызывающего торможение, возникает фактор, обеспечивающий спиралеобразное вращение шариков. Последнее обстоятельство выявляет, по мнению автора, особые преимущества предлагаемых шариковых подшипников (фиг. 16 и

17) с свободными шариками (т.-е. без обойм). На фиг. 16 представлен подшипник во вполне собранном виде, на фиг. 17 — во время монтажа шариков; спиральный характер сечений канавок колец, как видно из фиг. 17, позволяет раздвигать последние и тем увеличить отверстие в, служащее для вставления шариков.

При применении обойм, последним придается конусообразная форма и их устанавливают, как схематически показано на фиг. 14, под косым углом к оси подшипника. Сборка подшипников совершается согласно фиг. 18; для регулировки подшипников (сближения колец) имеются втулки z и у. На фиг. 19 и 20 изображены схематически комбинированные шариковые подшипники для различных целей; при этом два полностью собранных предлагаемых подшипника поставлены рядом и расположены симметрично на одной общей оси.

ПРЕДМЕТ ПАТЕНТЛ.

Шариковый подшипник, характеризующийся применением колец, опорные канавки коих в сечении представляют кривые, асимметрично расположенные по отношению друг к другу и относительно шариков — с целью придать шарикам спиралеобразное движение, для равномерного истирания их во время работы,— для чего центры дуг, ограничивающих сечения опорных желобков, смещаются в разные стороны относительно центров шариков, т.-е. кольца с желобками симметричной формы располагаются не симметрично относительно друг друга (фиг. 10), или желобки в сечении ограничиваются спиралеобразными кривыми (фиг. 13 и 14), при чем для приема больших нагрузок в подшипнике может быть установлено несколько пар колец с вышеуказанными желобчатыми, опорными поверхностями (фиг. 18 — 20), Ф !сг. ir0.

Ф !!г.11. г.Ж. Ф ! . Л .

С»< .19. Ф и v. 0.!!! !!

)!-4.—

)! I и !! !

I! !! ! !

Тип. „Печатный Двар", Гатчинская, 26

Кпатенту Н. ГРИБОЕДОВА ¹ВИ2