подшипниковый узел

Формула изобретения

1. Подшипниковый узел, состоящий из двух радиально-упорных однорядных конических роликовых подшипников, установленных на одном валу, имеющих невращающиеся кольца, одно из которых жестко закреплено на корпусе, отличающийся тем, что кольцо другого подшипника установлено с зазором относительно корпуса с возможностью перемещения в радиальном направлении, а в осевом направлении перемещение кольца ограничено упором.

2. Подшипниковый узел по п.1, отличающийся тем, что роликовый подшипник, наружное кольцо которого жестко закреплено на корпусе, выполнен радиальным цилиндрическим.

3. Подшипниковый узел по п.1, отличающийся тем, что роликовый подшипник, невращающееся кольцо которого установлено с возможностью радиального перемещения, выполнен упорным сферическим.

4. Подшипниковый узел по пп.1-3, отличающийся тем, что на торце кольца, установленного с зазором относительно корпуса, либо на корпусе на поверхности упора нанесено антифрикционное покрытие.

5. Подшипниковый узел по пп.1-3, отличающийся тем, что на торце кольца, установленного с зазором относительно корпуса, либо на корпусе на поверхности упора выполнены канавки, которые могут быть кольцевыми, радиальными и располагаться под различными углами, причем канавки могут быть выполненными как на одной детали, так и на обеих.

6. Подшипниковый узел по пп.1-3, отличающийся тем, что в щели между отверстием корпуса и наружным диаметром кольца, установленного с зазором, выполнен упругий элемент, фиксирующий кольцо от проворота натягом по поверхности отверстия в корпусе или жестко закрепленном кольце и наружном диаметре кольца, установленного с зазором.

7. Подшипниковый узел по пп. 1-3 и 5, отличающийся тем, что упругий элемент устанавливается с натягом по корпусу и кольцу, установленному с зазором относительно корпуса, а в полости, образованной щелью между корпусом либо жестко закрепленным кольцом и кольцом, установленным с зазором, и ограниченной упругим элементом с одной стороны, а с другой упором, организован подвод смазки.

8. Подшипниковый узел по пп.1-3, отличающийся тем, что кольцо, установленное с зазором, связано с корпусом через кольцо, имеющее две пары шипов, расположенных между собой под углом 90^o, причем шипы одной пары входят в пазы, выполненные на корпусе или наружном кольце, закрепленном в корпусе, а шипы другой пары входят в пазы кольца, установленного с зазором относительно корпуса.

9. Подшипниковый узел по пп.1-3, отличающийся тем, что в месте упора на корпусе или на торце кольца, установленного с зазором относительно корпуса, выполнены отверстия или канавки, в которые установлены пружинные элементы.

10. Подшипниковый узел по пп.1-3, отличающийся тем, что последовательно установлено как минимум два роликоподшипника, корпусные кольца которых установлены с возможностью радиального перемещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подшипниковым узлам и может быть применено в конструкциях опор, где осевая составляющая силы, передаваемой с ротора на корпус, имеет величину, при которой отношение осевой силы к радиальной F₀/F_r>0,2. . . 0,5, причем разбег обусловлен распределением нагрузок между рядами и зависит от углов конусов колец, величины зазоров, жесткости корпусов.

Известно применение двухрядных конических роликоподшипников в узлах качения, например дуплексные подшипники (Подшипники качения: Справочник каталог /Под. ред. В.Н. Нарышкина и др. - М.: Машиностроение, 1984, стр. 179), корпусные кольца таких подшипников всегда жестко заделаны в корпус, обычно кольца устанавливают в корпусе с натягом и, иногда, притягивают гайкой к упорному бурту, либо крепят болтами по фланцу (Чуб Е.Ф. Крупногабаритные подшипники качения. М.: Машиностроение, 1976, стр. 154 рис. 73, стр.162, рис. 78).

Такие конструкции рациональны при небольших величинах осевой силы. Однако, при осевых силах, превышающих относительные величины, указанные выше, происходит разгрузка одного из колец и вся сила, действующая на опору, переходит на кольцо, воспринимающее осевую нагрузку. При этом кольцо перегружается, вследствие чего уменьшается долговечность узла, а в разгруженном кольце происходит проскальзывание роликов. Чтобы уйти от проскальзывания, создают предварительный натяг по роликам затяжкой гайки, что так же увеличивает контактные напряжения в узле и снижает контактную долговечность подшипникового узла.

Цель изобретения: повысить контактную долговечность подшипникового узла, работающего при значительных осевых грузках.

Цель изобретения достигается тем что в подшипниковом узле, состоящем из двух радиально-упорных однорядных конических роликоподшипников, установленных на одном валу, имеющих не вращающиеся кольца, одно из которых жестко закреплено на корпусе, а другое установлено с зазором относительно корпуса с возможностью перемещения в радиальном направлении. В осевом направлении перемещение кольца ограничено упором.

Отличительных признаков изобретения в других объектах техники не обнаружено, следовательно, налицо существенность отличий.

На фиг. 1 изображен подшипниковый узел, состоящий из двух конических роликоподшипников.

На фиг. 2 изображен подшипниковый узел, состоящий из радиального цилиндрического и конического роликоподшипников.

На фиг. 3 изображен график зависимости между отношением осевой и радиальной нагрузок, действующих на подшипниковый узел, и усилением, действующим на наиболее нагруженный ролик в каждом из колей подшипникового узла.

На фиг. 4 изображен подшипниковый узел, состоящий из двух роликоподшипников с замкнутой полостью и плоской пружиной между наружными кольцами.

На фиг. 5 изображен подшипниковый узел, состоящий из трех роликоподшипников с замкнутой полостью и плоской пружиной между наружными кольцами.

Подшипниковый узел состоит хотя бы из двух роликоподшипников, одного подшипника 1 и одного или нескольких подшипников 2 (см. фиг. 5), причем роликоподшипник 1 может быть как коническим, так и цилиндрическим, внутренние кольца 3, 4 которых установлены на вал 5 по переходной посадке и затянуты гайкой 6, между собой внутренние кольца разделены кольцом 7, наружное кольцо 8 подшипника 1 установлено и закреплено в корпусе без возможности макроперемещения и проворотов, в частности оно прикреплено к нему через фланец 10 винтами 11, наружное кольцо 12 подшипника 2 установлено с зазором относительно корпуса 9. В плоскости упора 13 наружного кольца 12 нанесено антифрикционное покрытие 14 и выполнены канавки - радиальные 15 и кольцевые 16. Наружное кольцо 12 связано с корпусом 9 через кольцо 17, имеющее две пары шипов 18, расположенных между собой под углом 90 градусов, шипы одной пары входят в пазы, выполненные на корпусе 9 или наружном кольце 8, закрепленном в корпусе, а шипы другой пары входят в пазы на наружном кольце 12, установленном с зазором относительно корпуса 9, в частном случае (см. фиг. 4) кольцо 17 выполнено в виде плоской пружины и установлено между кольцами 8 и 12 с натягом, превышающим по величине осевую игру по роликам.

На фиг. 2 изображен подшипниковый узел, в котором подшипник 1 выполнен радиальным. В узле корпус 9 и кольцо 8 связаны между собой обрезиненным кольцом 22, имеющим Z-образный профиль и стоящим с натягом между наружным диаметром 23 кольца 12 и внутренним диаметром 24 корпуса 9, а в полости 25, образованной кольцами 8, 12, 22 и корпусом 9, организован подвод смазки через систему отверстий 26.

При нагружении подшипникового узла только радиальной силой, нагрузка приходится в основном на подшипник, наружное кольцо которого жестко закреплено в корпусе, сила, действующая на подшипник, кольцо которого установлено с зазором относительно корпуса, обусловлена углом конуса, по которому стремятся сдвинуться ролики подшипника, наружное кольцо которого жестко закреплено в корпусе. При нагружении такого узла осевой силой производит растяжение кольца, установленного с зазором относительно корпуса, сжатие кольца, установленного на вале, а так же взаимное сближение роликов и колец, вызванное сжатием в контакте. По мере увеличения осевой нагрузки деформации возрастают, происходит осевое смещение подшипникового узла в сторону осевой нагрузки. В подшипнике, кольцо которого жестко закреплено в корпусе и который воспринимает радиальную нагрузку, появляется зазор и происходит его последующее увеличение, поскольку радиальному смещению кольца, установленного с зазором, препятствуют только силы трения по торцу, воспринимающему осевую нагрузку, оно смещается по направлению действия радиальной силы. Ролики подшипника, наружное кольцо которого жестко закреплено в корпусе, не выходят из зацепления и продолжают воспринимать полную радиальную нагрузку. Ролики подшипника, наружное кольцо которого установлено с зазором, воспринимают осевую нагрузку, равномерно распределенную между ними, и незначительную добавку от радиальной нагрузки, вызванную стремлением роликов сместиться по конусу. Это приводит к оптимальному распределению нагрузок как между кольцами, так и в каждом из колец, что снижает контактные напряжения и приводит к увеличению расчетной долговечности подшипника в 3...7 раз.

Недостатком этой конструкции является то, что на кольце, установленном с зазором, появляются осциллирующие колебания, вызванные биением беговых дорожек роторных колец друг относительно дуга, с амплитудой, равной сумме биений. В месте упора кольца, установленного с зазором, может появиться фреттинг коррозия. Сама амплитуда колебаний может быть уменьшена взаимной выстановкой роторных колец друг относительно друга. Уменьшение влияния колебаний достигается: нанесением в месте упора антифрикционного покрытия, подводом к упору смазки, выполнением в месте упора системы канавок, в которых будет скапливаться смазка и куда будут удаляться твердые продукты износа. Нанесение актифрикционного покрытия и подвод смазки к упору приводят к уменьшению трения в месте упора и улучшению перераспределения нагрузок между кольцами. При возникновении обратной, реверсивной тяги возможен выход из контакта роликов подшипника, кольцо которого установлено с зазором. Этому препятствуют пружины, расположенные между кольцом подшипника, установленного с возможностью радиальных перемещений, и корпусом, а так же натяг по роликам.

Фиксация кольца подшипника, установленного с возможностью радиальных перемещений, от проворота может обеспечиваться шпонками или кольцом, стоящим между кольцом подшипника, установленного с возможностью радиальных перемещений, и корпусом, либо жестко закрепленным кольцом, имеющим две пары шипов, расположенных между собой под углом 90 градусов, причем шипы одной пары входят в пазы, выполненные на корпусе либо в жестко закрепленном наружном кольце, а другой - в пазы, выполненные на наружном кольце подшипника, установленного с зазором.

Фиксация кольца подшипника, установленного с возможностью радиальных перемещений, от проворота может обеспечиваться упругим элементом, установленным с натягом в щели между отверстием статора и наружным диаметром кольца, установленного с зазором. Причем упругий элемент может образовывать полость для подвода смазки к упорному торцу.

Для увеличения несущей способности узла возможна последовательная установка нескольких подшипников, имеющих возможность радиального перемещения.