Подшипник качения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Савченко Андрей Леонидович Минченя Николай Тимофеевич Минченя Владимир Тимофеевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Подшипник качения, содержащий внутреннее и наружное кольца, расположенные между ними тела качения, разделенные сепаратором, датчик угла поворота и скорости вращения внутреннего кольца, включающий индуктивный преобразователь, расположенный на наружном кольце, и якорь - на внутреннем кольце, отличающийся тем, что содержит встроенные в сепаратор виброрезонансные приводы, выполненные с возможностью создания принудительного вращения тел качения, и датчик угла поворота и скорости вращения сепаратора, включающий индуктивный преобразователь, расположенный на наружном кольце, и якорь - на сепараторе. 17059 1 2013.04.30 Изобретение относится к области деталей машин и приборов, а именно к подшипникам для обеспечения вращательного движения. Наиболее близким к предлагаемому является подшипник качения 1, включающий внутреннее и наружное кольца, расположенные между ними тела качения, разделенные сепаратором, датчик угла поворота и скорости вращения внутреннего кольца, состоящий из преобразователя, расположенного на наружном кольце, и якоря на внутреннем кольце. Недостатками этого подшипника являются невозможность диагностики его состояния и невозможность управления кинематикой в процессе работы. В основу изобретения положена задача по обеспечению управления кинематикой и диагностики состояния подшипника в процессе работы. Поставленная задача решается тем, что в подшипник, включающий внутреннее и наружное кольца, расположенные между ними тела качения, разделенные сепаратором,датчик угла поворота и скорости вращения внутреннего кольца, включающий индуктивный преобразователь, расположенный на наружном кольце, и якорь - на внутреннем кольце, дополнительно вводятся встроенные в сепаратор виброрезонансные приводы,выполненные с возможностью создания принудительного вращения тел качения, и датчик угла поворота и скорости вращения сепаратора, включающий индуктивный преобразователь, расположенный на наружном кольце, и якорь - на сепараторе. Сущность изобретения поясняется фигурами. На фиг. 1 показана схема управления вращением внутреннего кольца подшипника за счет вращения шариков. На фиг. 2 показана конструкция управляемого подшипника качения. Подшипник (фиг. 2) включает внутреннее кольцо 1 и наружное кольцо 2, между которыми расположены тела качения 3, разделенные сепаратором 4. В сепаратор встроены виброрезонансные приводы 5, энергия к которым подводится за счет трансформаторной связи между катушками 6 и 7. В наружное кольцо встроены индуктивные преобразователи 8 и 9 для измерения скоростей вращения сепаратора и внутреннего кольца. Якори 10 и 11 в виде колец с ферромагнитными метками, взаимодействующие с преобразователями 8 и 9, установлены соответственно на сепаратор и внутреннее кольцо. Для подключения подшипника к системе имеется кабель 12. Такая конструкция подшипника позволяет создать принудительное вращение шариков в нужном направлении, а также оценить колебания относительной скорости вращения сепаратора, которая связана с отклонениями размеров элементов подшипника, возникающими в результате их износа и появления дефектов, в частности диаметров дорожек качения колец и шариков. Движение шарика в подшипнике качения определяется геометрией контактирующих поверхностей. В общем случае в сферическом движении шарика можно выделить три составляющиеквкр ,где к - угловая скорость качения, вектор которой направлен перпендикулярно плоскости контакта в - угловая скорость верчения, вектор которой находится в плоскости контакта кр - угловая скорость кручения, вектор которой также находится в плоскости контакта. Для радиально-упорного подшипника, работающего с предварительным осевым натягом, соотношение угловых скоростей шарика квкр 10,180, что приводит к его неравномерному износу. При кр 0 можно обеспечить равномерный износ шарика, что может быть использовано для повышения точностной долговечности подшипника. Управляя параметрами колебаний, можно получить различные значения кр . При вращении внутреннего кольца со скоростью вн скорость вращения сепаратора 2 где- диаметр шариков- диаметр по центрам шариков- угол контакта. Угол контактаопределяется зависимостью 1 / 2(112)2 вн н 1 1 1,внн 2(внн) где 1 и 1 - диаметры по дну желобов наружного и внутреннего колец, н и вн - радиусы желобов наружного и внутреннего колец. С учетом того что нвнж и упругих деформаций в местах контакта у,21 / 2(112) 2 ж 1 / 2(11 )ж 300 - осевая нагрузка на один шарик- малая полуось эллиптической пло 4 щади контакта. Если рассматривать зависимостьот колебаний , 1, 1, то можно записать где- разноразмерность шариков 1, 1 - отклонения диаметра желобов. Частные производные по переменным параметрам определяются по выражениям с вн 2 ж 1 / 2(11 )(2 ж)2(2 ж) 2 Таким образом, измеряя колебания с, можно оценить износ элементов подшипника. Например, для подшипника 4-36204127,94 мм 33,5 мм ж 4,09 мм 141,85 мм 125,962 мм. Отклонения размеров в новом подшипнике 0,8 мкм 13,5 мкм 12,5 мкм при выходе из строя по точности вращения 5 мкм 14,5 мкм 13,5 мкм. Колебания относительной скорости вращения сепаратора с отн в новом подшипнике при скорости вращения внутреннего кольца вн 1000 с-1 будут равны 3,3 с-1 при выходе из строя 9,7 с-1. Видно, что с отн увеличивается практически в три раза и может служить критерием износа. В случае управления угловой скоростью качения к поворот шарика на угол к можно использовать для принудительного поворота внутреннего кольца подшипника вместе с ротором на угол к для его точного позиционирования, как показано на фиг. 1. Поворот шарика на угол к может быть осуществлен с помощью крутильных колебаний, приложенных к сепаратору. Соответствующий угол поворота внутреннего кольца. в Такой способ позиционирования представляется наиболее эффективным в сочетании с датчиками угла поворота. Например, для подшипника 4-36204 при повороте шарика на 1 оборот внутреннее кольцо вместе с валом повернется на 0,3 оборота. 1. Мехатронные подшипники промышленного применения. - М., 2000 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.