радиальный роликовый подшипник

Формула изобретения

Радиальный роликовый подшипник, содержащий наружное и внутреннее кольцо с тороидальными дорожками качения, бочкообразные ролики, расположенные в гнездах сепаратора между дорожками качения с заданным радиальным зазором, причем ширина одного из колец превышает ширину другого, а радиусы кривизны роликов и дорожек качения колец близки между собой по своим номинальным величинам, которые превышают наибольшее расстояние между осью вращения подшипника и поверхностью тороидальной дорожки качения наружного кольца, отличающийся тем, что ось, на которой находится центр кривизны тороидальной дорожки качения более широкого кольца, расположена на разных расстояниях относительно его торцов, а радиус кривизны тороидальной поверхности дорожки качения каждого кольца определяется зависимостью



где - полное осевое перемещение в обе стороны одного кольца подшипника относительно другого;

- заданный радиальный зазор в подшипнике;

Dw - наибольший диаметр ролика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к автомобилестроению, и может быть применено, например, в коробках передач.

Известен радиальный роликовый подшипник, содержащий наружное и внутреннее кольца со сферическими дорожками качения, бочкообразные ролики, расположенные между ними, сепаратор, причем профиль дорожки качения наружного кольца выполнен радиусом, превышающим половину наибольшего диаметра ее поперечного сечения /1/.

Недостатком данной конструкции является необеспечение осевого смещения колец в узле с учетом колебания размерной цепи, уменьшение радиального зазора подшипника до заклинивания, а также задевание сопряженных деталей при смещении одного из колец относительно другого в отдельных узлах.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является радиальный роликовый подшипник, содержащий наружное и внутреннее кольца с тороидальными дорожками качения, ряд роликов, расположенных между кольцами в контакте с их дорожками, причем ролики и дорожки качения имеют изогнутые профили в сечениях, в которых радиусы кривизны в действительности больше, чем наибольшее расстояние между осью вращения подшипника и поверхностью тороидальной дорожки качения кольца, центр кривизны которой находится на ближайшем расстоянии от оси вращения подшипника /2/.

Величины радиусов кривизны роликов и дорожек качения по существу равны в пределах нормальных промышленных допусков. Оси наружного и внутреннего колец, на которых находятся центры радиусов кривизны тороидальных дорожек качения, расположены симметрично относительно их торцов. Ширина дорожки наружного кольца равна ширине дорожки внутреннего кольца. Ролики имеют возможность перемещения в осевом направлении в обе стороны между дорожками качения колец беспрепятственно, без ограничений на дорожках качения, или в сепараторе с ограниченным осевым зазором для получения относительного наклона и осевого смещения, будучи ограничены только тогда, когда они зажаты радиально между дорожками качения колец при полном выборе радиального зазора в подшипнике.

Возможность перемещения роликов в осевом направлении в обе стороны между дрожками качения колец беспрепятственно, с ограничением лишь при полном выборе радиального задора в подшипнике, и, следовательно, возможность осевого перемещения колец относительно друг друга беспрепятственно, с ограничением лишь при полном выборе радиального зазора в подшипнике - является преимуществом данной конструкции подшипника относительно аналогичных. Такой подшипник на основании его хороших характеристик по грузоподъемности в радиальном направлении, уменьшенном трении в нем, сравнительно больших угловых смещениях колец относительно друг друга желательно было бы использовать, например, в коробках передач в качестве опор валов. Однако при осевом смещении наружного кольца оно может выйти за торцы внутреннего и препятствовать нормальной работе сопрягаемых деталей, например, шестерен, устанавливаемых на валу. Для использования подшипника такой конструкции необходимы какие-то дополнительные элементы фиксации наружного кольца в гнезде корпуса, например коробке передач, что, естественно, усложняет использование его в подобных узлах и ведет к дополнительным затратам и неудобствам в технологии его монтажа и демонтажа.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение диапазона применения подшипника путем регулирования взаиморасположения торцев колец в крайних положениях, т.е. при полностью выбранном радиальном зазоре.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в радиальном роликовом подшипнике, содержащем наружное и внутреннее кольца с тороидальными дорожками качения, бочкообразные ролики, расположенные в гнездах сепаратора между дорожками качения с заданным радиальным зазором, причем ширина одного из колец превышает ширину другого, а радиусы кривизны роликов и дорожек качения колец близки между собой по своим номинальным величинам, которые превышают наибольшее расстояние между осью вращения подшипника и поверхностью тороидальной дорожки качения наружного кольца, согласно изобретения, ось, на которой находится центр кривизны тороидальной дорожки качения более широкого кольца, расположена на пазных расстояниях относительно его торцев, а радиус кривизны тороидальной поверхности дорожки качения каждого кольца определяется зависимостью



где - полное осевое перемещение в обе стороны одного кольца подшипника относительно другого;

- заданный радиальный зазор в подшипнике;

D - наибольший диаметр ролика.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Фиг. 1 - поперечное сечение подшипника, в положении колец подшипника при максимальном радиальном зазоре, когда оси, на которых расположены центры кривизны дорожек качения колец, совпадают (когда внутреннее кольцо шире наружного).

Фиг. 2 - поперечное сечение подшипника, когда кольца смещены в осевом направлении относительно друг руга в одно из крайних положений до полного выбора радиального зазора (когда внутреннее кольцо шире наружного).

Фиг. 3 - поперечное сечение подшипника, когда кольца смещены в осевом направлении относительно друг друга в противоположное крайнее положение, чем изображенное на фиг. 2, до полного выбора радиального зазора (когда внутреннее кольцо шире наружного).

Фиг. 4 - поясняющий чертеж с фрагментом поперечного сечения подшипника на фиг. 1 к описанию вывода формулы радиуса (R) кривизны дорожек качения колец.

Фиг. 5 - поясняющий чертеж с фрагментом поперечного сечения подшипника на фиг. 2 к описанию вывода радиуса (R) кривизны дорожек качения колец.

Радиальный роликовый подшипник содержит наружное 1 и внутреннее 2 кольца с тороидальными дорожками качения 3 и 4 соответственно, бочкообразные ролики 5, расположенные в гнездах сепаратора 6 между дорожками качения 3 и 4. Величина l ширины внутреннего кольца 2 больше величины b ширины наружного кольца 1. Ось X-X внутреннего кольца 2, на которой находится центр 0₁ радиуса кривизны R₁ его тороидальной дорожки качения 4, расположена асимметрично его торцев 7 и 8, так, что l₁ >l₂, где l₁+l₂=l, a, l₁ - расстояние от оси X-X до торца 7 внутреннего кольца 2, а l₂ - расстояние от оси X-X до торца 8 внутреннего кольца 2. Ось Y-Y наружного кольца 1, на которой находится центр 02 радиуса кривизны R₂ его тороидальной дорожки качения 3, расположена симметрично относительно его торцев 9 и 10 (см. фиг. 1, 2, 3). При совпадении осей X-X внутреннего кольца 2 с осью Y-Y наружного кольца 1 торец 7 внутреннего кольца 2 выступает за плоскость торца 9 наружного кольца 1, а торец 8 внутреннего кольца 2 не выступает за плоскость торца 10 наружного кольца 1 (см. фиг. 1). При совпадении осей X-X внутреннего кольца 2 с осью Y-Y наружного кольца 1 (см. фиг. 1) в подшипнике имеется максимальный радиальный зазор , который отсутствует (полностью выбирается) в крайних смещенных положениях колец 1 и 2 относительно друг друга по оси N-N вращения подшипника (см. фиг. 2,3).

При условии, что наружное кольцо 1 установлено торцем 10 в гнездо корпуса узла (например, коробки передач), а во внутреннее кольцо 2 со стороны его торца 7 установлен вал с рабочими сопряженными деталями (например, шестернями), то номинальной монтажной высотой подшипника Т_ном принимается величина расстояния от торца 10 наружного кольца 1 до торца 7 внутреннего кольца 2 в положении, когда оси X-X и Y-Y, на которых расположены центры 0₁ и 0₂ кривизны дорожек качения колец 1 и 2, совпадают (см. фиг. 1).

Минимальной монтажной высотой подшипника T_min принимается величина расстояния от торца 10 наружного кольца 1 до торца 7 внутреннего кольца 2, равная ширине l внутреннего кольца 1, при смещении колец 1 и 2 в осевом направлении относительно друг друга в крайнее положение, как показано на фиг. 2, до полного выбора радиального зазора .

Максимальной монтажной высотой подшипника T_max принимается величина расстояния от торца 10 наружного кольца 1 до торца 7 внутреннего кольца 2, при смешении колец 1 и 2 в осевом направлении относительно друг друга в крайнее положение, как показано на фиг. 3, до полного выбора радиального зазора .

При заданных максимальной T_max и минимальной T_min монтажных высотах рассчитывается полное осевое перемещение колец 1 и 2 относительно друг друга в крайние положения при полном выборе радиального зазора , которое будет равно разнице этих монтажных высот подшипника = T_max-T_min (см. фиг. 1 - 3).

Исходя из полного осевого перемещения рассчитывается величина l₁ - расстояние, на котором должен располагаться торец 7 внутреннего кольца 2 от его оси X-X (фиг.1, 2, 3),



где - полное осевое перемещение колец 1 и 2 относительно друг друга,

b - ширина наружного кольца 1.

Исходя из заданного полного осевого перемещения колец 1 и 2 и заданного радиального зазора , проводится расчет радиусов кривизны R₁ и R₂ дорожек качения колец 1 и 2 соответственно.

При максимальном радиальном зазоре - расстояние между центрами кривизны 0₁ и 0₂ дорожек качения 3 и 4 колец 1 и 2 рассчитывается из выражения



где R₁= R₂=R, так как радиусы близки между собой по номинальным величинам;

- заданный максимальный радиальный зазор,

D - наибольший диаметр ролика (см. фиг. 4).

При смещении колец 1 и 2 в одно из крайних положений относительно друг друга (например, в положение, как описано на фиг. 2, то есть на величину смешения ), происходит выбор радиального зазора = 0. В этом случае величина кратчайшего расстояния между центром кривизны 0₂ дорожки качения 3 наружного кольца 1 и смещенным центром дорожки качения 4 внутреннего кольца 2 будет рассчитываться из выражения (см. фиг. 4,5),



Из треугольника отрезок - катет, величина которого равна (половине полной величины смещения), так как рассматривается одно из крайних положений колец 1 и 2 при их взаимном смещении. На основании этого составляем уравнение



Выполняя математические действия, получим











Учитывая малую величину в сравнении с величинами ее можно опустить для расчета радиусов кривизны дорожек качения колец и принять окончательную формулу в следующем виде



где - полное осевое перемещение колец подшипника относительно другу друга,

- заданный радиальный зазор в подшипнике,

D_w - наибольший диаметр ролика.

Таким образом, задавая радиальный зазор в подшипнике и наибольший диаметр ролика, D_w, рассчитывая полное осевое перемещение колец подшипника относительно друг друга , исходя из возможных изменений монтажной высоты Т в узле, с помощью приведенной методики рассчитываются радиусы кривизны тороидальных дорожек колец и роликов. С учетом требуемой грузоподъемности подшипника определяется количество и длина роликов, а исходя из длины роликов и величины полного осевого перемещения колец - подбирается величина ширины узкого кольца. Исходя из величины ширины узкого кольца подшипника, величины полного осевого перемещения колец относительно друг друга , рассчитывается положение оси широкого кольца от его торцев, на которой находится центр радиуса кривизны тороидальной поверхности его дорожки качения.

Подшипник устанавливается в гнездо корпуса узла /например, коробки передач/ таким образом, что наружное кольцо 1 торцем 10 обращено у стенке корпуса, а во внутреннее кольцо 2 со стороны торца 7 установлен вал с рабочими сопряженными деталями (например, шестернями).

При номинальных величинах сопряженных с подшипником деталей ось X-X наружного кольца 1 и ось Y-Y внутреннего кольца 2 совпадают. При этом в подшипнике имеется максимальный радиальный зазор . При увеличении размерной цепи сопряженных двигателей (например, при нагреве вала или изготовлении деталей с максимальными размерами) внутреннее кольцо 2 перемещается вдоль оси N-N подшипника на величину (половину осевого смещения, см. фиг. 2), его торец 7 также переместится на величину и займет положение, совпадающее с плоскостью торца 9 наружного кольца 1. При этом торец 9 наружного кольца 1 гарантированно не выступает за торец 7 внутреннего кольца 2 и не происходит задевание сопряженных деталей торцем 9 наружного кольца 1 без применения дополнительных устройств.

При уменьшении размерной цепи сопряженных деталей (например, за счет изготовления деталей с минимальными размерами) внутреннее кольцо 2 перемещается вдоль оси N-N подшипника на величину (см. фиг. 3), его торец 7 также переместится на величину , достаточную для компенсации изменения размерной цепи. При работе в таком положении ролики подшипника самоустанавливаются между внутренним и наружным кольцами таким образом, что полностью сохраняется работоспособность подшипника.

В реальных условиях работы подшипника внутреннее кольцо 2 может перемещаться и занимать свое положение относительно наружного кольца 1 между положениями, изображенными на фиг. 1 и фиг. 3.

Источники информации

1. А.с. СССР 593017, опубл. 1978 г.

2. Патент США 4705411, опубл. 1987 г.