Конический роликовый подшипник

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Минский подшипниковый завод(72) Автор Вайткус Юлиус Мартинович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Минский подшипниковый завод(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,где- величина бомбинирования образующей ролика- модуль величины вогнутости образующей дорожки качения наружного кольца,а величина выпуклостиобразующей дорожки качения внутреннего кольца выбрана из соотношенияВ. 10050 1 2007.12.30 Настоящее изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения. Из каталога-справочника Подшипники качения под общей редакцией Л 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-2,где ,- углы наклона образующих дорожек качения наружного и внутреннего колец соответственно- 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 10050 1 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,где- величина бомбинирования образующей ролика- модуль вогнутости образующей дорожки качения наружного кольца, а величина выпуклостиобразующей дорожки качения внутреннего кольца выбрана из соотношенияВ. 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 , внутреннее кольцо 3 с дорожкой качения 4, наклоненной к оси О-О подшипника под угломи опорным бортиком 5, цилиндрические ролики 6 длинойсо сферическим торцом 7. Образующая 8 ролика 6 выполнена бомбинированной на величинук, где к - упругая контактная деформация наиболее нагруженного ролика 6 усилием , определяемая теоретической и экспериментальной зависимостью к 10050 1 2007.12.30 Образующая 9 дорожки качения 2 наружного кольца 1 выполнена вогнутой на величину -причем 0. Образующая 10 дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 выполнена выпуклой на величину, причем ВРаботает подшипник следующим образом. Приложенная к наружному кольцу 1 нагрузка 1 с осевой составляющей 1 и радиальной составляющей Р 1 передается на ролик 6 перпендикулярно его образующей 8 в виде результирующей реакции 1 ролика 6. Соответственно нагрузки, приложенные к внутреннему кольцу 3 комбинированная нагрузка Р 2,осевая составляющая 2 и радиальная составляющая 2 - обусловливают реакцию 2 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 1 и 2 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. Такое сочетание контактирующих поверхностей обеспечивает прямоугольную равномерную форму распределения напряжений вдоль оси 1-1 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 длинойоси 1-1 эллипса, не превышающей длинуролика 6. Для демонстрации того, каким образом в подшипнике по изобретению ролики 6 приобретают положительный угол поворота, наблюдателю следует представить ось 1-1 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 1 (не показана) дорожки качения 2 наружного кольца 1 у правого торца ролика 6 выше, чем скоростьролика 6. Возникающая при этом скорость скольжения 1 создает тангенциальную силу трения 1, которая поворачивает ролик 6 против часовой стрелки относительно серединыролика 6. У левого торца ролика 6 дорожка 2 кольца 1 имеет меньшую скорость 1 (не показана) чем скоростьролика 6, и возникающая тангенциальная сила трения 1, направленная противоположно силе 1, также поворачивает ролик 6 против часовой стрелки. То есть относительно серединыроли 4 10050 1 2007.12.30 ка 6 создается момент М 1 пары сил 1 - 1 с плечом 0,5, поворачивающий ролик 6 против часовой стрелки. При этом окружная скоростьролика 6 раскладывается на тангенциальнуюи осевую рА, которая, в свою очередь, создает силы трения 2 между роликом 6 и дорожкой качения 4 внутреннего кольца 3, направленную вправо, и 1 между роликом 6 и дорожкой качения 2 наружного кольца 1, направленную влево, то есть противоположно внешним осевым силам Р 2 А и 1, действующим на каждое кольцо 2, 1. Такой угол поворота ролика положительный. При этих же условиях скорость 2 (не показана) дорожки качения 4 внутреннего кольца 3 на правом торце ролика 6 превышает скоростьролика 6, и возникающая при этом скорость скольжения 2 создает тангенциальную силу трения 2, 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 2 противоположного направления пытается повернуть ролик 6 также по часовой стрелке. Совместное действие пары сил 2 - 2 создает относительно серединыролика 6 момент 2, поворачивающий ролик 6 по часовой стрелке. Так как контактные напряжения между роликом 6 и внутренним кольцом 3 распределяются по эллипсу, и точки приложения равнодействующих 2 и 2 давления внутреннего кольца 3 на правую и левую половины ролика 6 удалены от малой оси 2-О 2 эллипса на расстояние 0,2 длины большой оси 1-1 эллипса, приближенной к длинеролика 6 (следует из математики), то плечо момента 2 пар сил 2 - 2 будет составлять 0,4. Отсюда следует, что момент 1 пар сил 1 - 1 от наружного кольца 1 больше момента М 2 пар сил 2 - 2 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 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.