опорный подшипник скольжения тягового двигателя железнодорожного локомотива (варианты)

Формула изобретения

1. Опорный подшипник тягового двигателя локомотива, снабженный отверстием для крепления тягового двигателя к цапфе оси тележки, при этом отверстие имеет участок верхней поверхности и участок нижней поверхности, причем участок верхней поверхности и участок нижней поверхности имеют среднюю часть, характеризующийся тем, что средняя часть участка верхней поверхности расположена практически горизонтально, а средняя часть участка нижней поверхности имеет нисходящий скос в направлении внешнего края, значение этого нисходящего скоса средней части участка нижней поверхности приблизительно равно 2·М1, где M1 - значение фактора, вызывающего осевое смещение, обусловленное весом локомотива, или нисходящий скос средней части участка нижней поверхности является функцией осевого смещения М, f(M), где f(M), по крайней мере, непосредственно скоррелирована со значениями, по крайней мере, двух факторов осевого смещения, из которых один фактор осевого смещения обусловлен весом локомотива, а другой фактор осевого смещения обусловлен воздействием пары сил на ось тележки, или средние части представляют собой сегмент усеченного конуса с высотой, имеющей наклон к горизонтали, равный 1·М1, и углом при вершине, равном арктангенсу 2·М1.

2. Опорный подшипник тягового двигателя локомотива по п.1, отличающийся тем, что f(M) также непосредственно скоррелирована со значением дополнительного фактора осевого смещения, обусловленного наклоном двигателя и его перекосом из-за зазоров в подшипнике.

3. Опорный подшипник, снабженный отверстием для размещения в нем элементов оси, при этом отверстие имеет участок верхней поверхности и участок нижней поверхности, причем участок верхней поверхности и участок нижней поверхности имеют среднюю часть, характеризующийся тем, что средняя часть участка верхней поверхности расположена практически горизонтально, а средняя часть участка нижней поверхности имеет нисходящий скос, который является функцией осевого смещения М, f(M), где f(M) непосредственно скоррелирована со значением M1, где M1 является осевым смещением, вызванным воздействием веса локомотива на ось, при этом скос средней части участка нижней поверхности, по крайней мере, приблизительно равен 2·М1.

4. Опорный подшипник, снабженный отверстием для размещения в нем элементов оси, по п.3, отличающийся тем, что средние части представляют собой сегмент усеченного конуса с высотой, имеющей наклон к горизонтали, равный 1·М1, и углом при вершине, равном арктангенсу 2·М1.

5. Опорный подшипник, снабженный отверстием для размещения в нем элементов оси, по п.3, отличающийся тем, что в комбинации с тяговым двигателем локомотива опорный подшипник используют для крепления тягового двигателя к цапфе оси тележки локомотива, причем применение подшипника позволяет крепить тяговый двигатель как на участке, где находится приводная шестерня, так и на участке со стороны коммутатора, в соответствии с чем опорный подшипник можно взаимозаменяемо использовать как на участке, где находится приводная шестерня в условиях значительной нагрузки, так и на участке со стороны коммутатора в условиях незначительной нагрузки, без ухудшения рабочих характеристик подшипника, расположенного на участке со стороны коммутатора.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

Данное изобретение относится к тяговому двигателю железнодорожного локомотива и, в частности, к опорному подшипнику скольжения, частично посредством которого тяговый двигатель поддерживается на оси железнодорожной тележки, установленной в нижней части локомотива, и, в частности, к способу усовершенствования геометрии или профиля отверстия опорного подшипника тягового двигателя с целью оптимизации выравнивания с цапфой оси локомотива в условиях значительной нагрузки, и, тем самым, для увеличения срока службы подшипника в условиях значительной нагрузки и увеличения допустимой нагрузки на него.

Надлежащая соосность между опорным подшипником и цапфой оси тележки является важным фактором для обеспечения надежной работы подшипника, поскольку она обеспечивает максимальный контакт между цапфой и подшипником, обеспечивая таким образом минимальную нагрузку на единицу площади (г/см²). Это позволяет подшипнику выдерживать более значительные радиальные нагрузки или обеспечивает более надежную работу подшипника при тех же самых радиальных нагрузках. Вышесказанное относится как к подшипнику, расположенному на том конце, где находится приводная шестерня, так и к подшипнику, расположенному со стороны коммутатора, хотя из-за незначительной нагрузки на этом участке это не является столь важно для последнего положения.

Кроме того, является общепринятой практикой использовать один и тот же тип опорного подшипника как на участке, где расположена приводная шестерня, так и на участке со стороны коммутатора. Таким образом, поскольку более значительная радиальная нагрузка приходится на участок, где расположена приводная шестерня, существует потребность в создании такого опорного подшипника, который способен противостоять более значительному износу на этом участке. В настоящее время требование взаимозаменяемости частей опорных подшипников для использования как на участке, где расположена приводная шестерня, так и на участке со стороны коммутатора, приводит к тому, что подшипник, следовательно, можно использовать на любой из этих позиций, однако он не является оптимальным для использования в каждой из этих позиций. Следовательно, использование одинаковых опорных подшипников для тяговых двигателей локомотивов, снабженных традиционными подшипниками скольжения, как на участке, где расположена приводная шестерня в условиях значительной нагрузки, так и на участке со стороны коммутатора в условиях меньшей нагрузки, является широко распространенной практикой. Таким образом, создавая новый тип отверстия опорного подшипника для оси тележки локомотива, можно было бы усовершенствовать отверстие подшипника в условиях смещения оси, наблюдающегося на участке, где расположена приводная шестерня, и, с другой стороны, обеспечить длительное использование подшипника на участке со стороны коммутатора даже при том, что использование подшипника на этом менее нагруженном участке не является оптимальным.

Первичной причиной смещения оси опорного подшипника является его выгибание под действием веса локомотива, и теоретически один этот фактор может заставить верхнюю зону нагрузки опорного подшипника перемещаться в направлении внутрь от центрального положения отверстия опорного подшипника, заставляя в то же время его нижнюю зону нагрузки перемещаться наружу от центрального положения отверстия. Однако на практике было отмечено, что этого фактически не происходит на участке, где расположена приводная шестерня, напротив, было отмечено, что верхняя зона нагрузки в целом остается расположенной по центру, в то время как нижняя зона нагрузки действительно перемещается от центра в направлении внешнего края опорного подшипника. Проблема состояла в том, чтобы понять, почему это происходит, и затем разработать контур или профиль отверстия в соответствии с полученными данными с учетом наличия дополнительных изгибающих моментов, вызывающих сдвиг зон нагрузки, который будет способствовать сохранению существующего идеального положения верхней зоны нагрузки, в то же время способствуя перемещению нижней зоны в центральное положение.

В патенте США № 4,940,002, приведенном здесь в качестве ссылки, раскрыт опорный подшипник скольжения, который в первом варианте выполнения имеет скошенный или наклонный профиль внутреннего отверстия, в котором более точно расположена цапфа оси тележки в условиях значительной нагрузки. Такой профиль отверстия, известный из уровня техники, позволяет учитывать нагрузку на ось тележки, создаваемую крутящим и изгибающим моментами, являющимися результатом направленных в сторону радиальных сил, возникающих из-за веса локомотива, действующего на подшипники осевой буксы в конце оси, и реактивной силы железнодорожной тележки, действующей на колесо, установленное на оси, причем изгиб оси непосредственно вызывает осевое смещение того участка оси, который проходит через отверстие опорного подшипника скольжения тягового двигателя. Такое смещение вызывает чрезмерную нагрузку и приводит к изнашиванию опорного подшипника на участке, где расположена приводная шестерня. Однако несмотря на то, что применение такого известного из уровня техники профиля отверстия может способствовать облегчению некоторой чрезмерной концентрации нагрузки на опорный подшипник, расположенный на участке, где находится приводная шестерня, это не решает проблему полностью. В патенте США № 4,940,002 раскрыт второй вариант выполнения внутреннего отверстия, выполненного в виде варьируемых или изменяемых конических секций, при этом фактически использовано четыре отдельных конических секции. В таком варианте выполнения отверстие снабжено верхней центральной частью, которая в вертикальном разрезе представляет собой практически горизонтальную линию или поверхность, в то время как нижняя центральная часть отверстия слегка скошена.

Нагрузка на традиционный известный из уровня техники опорный подшипник тягового двигателя, расположенный на участке, где находится приводная шестерня, и имеющий обычное цилиндрическое отверстие без усовершенствованного профиля, который описан в упомянутом выше патенте США № 4,940,002, показана на Фиг.1. Для увеличения эффективности работы и срока службы опорного подшипника 10 тягового двигателя зоны приложения нагрузки к железнодорожной тележке должны быть центрированы. Для того чтобы смазка, поступающая внутрь подшипника через фитильное окно 12, смазывала все участки соприкосновения поверхностей, эту смазку через окно подают к цапфе оси с помощью фитильной масленки. Кроме того, обе зоны нагрузки должны находиться в пределах всего осевого размера фитиля, если это возможно, чтобы обеспечить насколько возможно лучшее смазывание. Пример, показанный на Фиг.1, относится к обычным опорным подшипникам скольжения для тяговых двигателей с номинальным диаметром осей 20,32 см, с нагрузкой на ось приблизительно 27000-32000 кг и стандартной шириной колеи колес. При таком сочетании параметров изгиб оси в средней части подшипника, расположенного на участке, где находится приводная шестерня, составляет 0,001 см на см. Каждый опорный подшипник 10 тягового двигателя, расположенный на участке, где находится приводная шестерня, имеет две зоны нагрузки, верхнюю зону 14 и нижнюю зону 16, причем максимальная нагрузка приходится на участок около 25° от вертикали из-за традиционно используемого угла зацепления зубьев шестерни 25°. Оба пятна приложения нагрузки (отпечатки контакта) можно увидеть в окне подшипника, расположенного на участке, где находится приводная шестерня, причем верхнее пятно приложения нагрузки расположено выше окна для доступа смазки, а нижнее пятно приложения нагрузки расположено ниже этого окна. Особое значение имеет осевое расположение этих отпечатков контакта, так как оно позволяет выяснить причину возникновения осевого смещения, существующего между цапфой оси и опорным подшипником. Как показано на Фиг.1, верхнее пятно приложения нагрузки расположено четко по центру длины подшипника, в то время как нижнее пятно приложения нагрузки расположено дальше от центра или ближе к фланцу 18 подшипника. В идеальных условиях как верхнее, так и нижнее пятно приложения нагрузки должны быть расположены по центру окна, чтобы фитильная масленка, с помощью которой подают смазку к цапфе через это окно, обеспечивала насколько возможно лучшее смазывание. Кроме того, оба пятна приложения нагрузки должны находиться в пределах всего осевого размера или в пределах доступа фитильной масленки, если это возможно, чтобы обеспечить насколько возможно лучшее смазывание. Как показано на Фиг.1, только верхняя зона нагрузки расположена по центру.

Несмотря на то, что в используемых подшипниках, известных из уровня техники, имеющих цилиндрическое отверстие, верхняя зона 14 нагрузки расположена по центру, тем не менее, нижняя зона 16 нагрузки расположена ближе к внешнему краю или к фланцу подшипника. Обе зоны нагрузки 14, 16 в действительности видны в окне подшипника, расположенного на участке, где находится приводная шестерня, причем верхняя зона нагрузки расположена выше окна, а нижняя зона нагрузки расположена ниже этого окна. Показанные и описанные выше пятна приложения нагрузки изучали применительно к тяговым двигателям Электрик Мотор Дивижн (Electric Motor Division (EMD)) компании Дженерал Моторз (General Motor's), тяговый двигатель такого типа с диаметром осей 20,32 см и стандартной шириной колеи колес раскрыт в вышеупомянутом патенте США № 4,940,002.

Ни один из вариантов выполнения, раскрытых в вышеупомянутом патенте США № 4,940,002, не является эффективным для решения проблемы, связанной со смещением нижней зоны нагрузки 16. Это объясняется тем, что профиль отверстия, описанный в патенте США № 4,940,002, принимает в расчет только моменты изгиба оси, обусловленные весом локомотива. Однако в соответствии с данным изобретением было выявлено, что существуют и другие усилия и моменты, которые вызывают изгиб оси и сопутствующее смещение нагрузки на подшипник, которые до настоящего времени не принимались во внимание при разработке профиля отверстия опорного подшипника тягового двигателя.

Раскрытие изобретения

Основная цель данного изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный внутренний контур или профиль опорного подшипника скольжения тягового двигателя локомотива, который позволит надлежащим образом принимать во внимание все изгибающие моменты оси тележки, на которой частично установлен тяговый двигатель, чтобы свести к минимуму или исключить смещение между отверстием опорного подшипника и цапфой оси тележки, и, таким образом, устранить смещение верхней и нижней зон нагрузки опорного подшипника. Кроме того, одна из основных целей данного изобретения состоит в том, чтобы в целом сохранить центральное положение верхней зоны нагрузки, характерное для используемых в настоящее время опорных подшипников скольжения тягового двигателя локомотива, и, в то же время, обеспечить положение нижней зоны нагрузки ближе к центру, т.е. обеспечить более центральное положение.

Также одна из основных целей данного изобретения состоит в том, чтобы разработать внутренний контур или профиль отверстия опорного подшипника скольжения тягового двигателя локомотива так, чтобы этот профиль при определенных обстоятельствах можно было также применять для отверстия опорного подшипника скольжения, расположенного со стороны коммутатора, избегая неблагоприятного воздействия на работу этого опорного подшипника, в связи с чем можно было бы использовать и изготавливать один типовой опорный подшипник скольжения для опорной конструкции тягового двигателя для применения на участке, где находится приводная шестерня, и на участке со стороны коммутатора.

Одна из основных целей данного изобретения также состоит в том, чтобы разработать внутренний контур или профиль отверстия опорного подшипника скольжения тягового двигателя локомотива, который позволит учитывать скручивающие усилия, связанные с возникновением изгиба оси тележки, вызванные не только весом локомотива, но также наклоном двигателя из-за зазоров в подшипнике и воздействием пары сил на ось, возникающих из-за значительных радиальных нагрузок на опорный подшипник, расположенный на участке, где находится приводная шестерня, и расположенную сбоку шестерню оси, находящуюся в зацеплении с приводной шестерней тягового двигателя.

В соответствии с данным изобретением контур или профиль отверстия опорной конструкции тягового двигателя локомотива усовершенствован по сравнению с тем профилем, который раскрыт в патенте США No. 4,940,002, и выполнен таким образом, чтобы сохранить для верхней зоны нагрузки имеющееся центрированное приложение нагрузки, но при этом переместить нижнюю зону нагрузки от внешнего края ближе к центру. Применение такого профиля отверстия опорного подшипника в соответствии с данным изобретением позволяет учитывать не только изгибание оси тележки, вызванное весом локомотива, но также и изгибание, вызванное наклоном двигателя из-за зазоров в подшипнике и воздействием пары сил на ось, возникающих из-за значительных радиальных нагрузок на опорный подшипник, расположенный на участке, где находится приводная шестерня, и расположенную рядом шестерню оси. В соответствии с данным изобретением было выявлено, что последние два фактора, вызывающие изгибание оси, противодействуют первому фактору в верхней зоне нагрузки подшипника, что определяет в целом центральное положение верхней зоны нагрузки, как описано выше. Напротив, такие два фактора, вызывающие изгибание оси, объединяются с первым фактором, вызывающим изгибание оси, что приводит к увеличению несоосности нижней зоны нагрузки подшипника и, следовательно, к наблюдаемому смещению оси нижней зоны нагрузки к внешнему краю подшипника, как описано выше.

В соответствии с данным изобретением опорный подшипник тягового двигателя локомотива снабжен отверстием для крепления тягового двигателя к цапфе оси тележки, при этом отверстие имеет участок верхней поверхности и участок нижней поверхности, причем участок верхней поверхности и участок нижней поверхности имеют среднюю часть, при этом средняя часть участка верхней поверхности расположена практически горизонтально, а средняя часть участка нижней поверхности имеет нисходящий скос в направлении внешнего края. Согласно изобретению значение этого нисходящего скоса средней части участка нижней поверхности приблизительно равно 2×М1, где M1 - значение фактора, вызывающего осевое смещение, обусловленное весом локомотива.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения в опорном подшипнике тягового двигателя локомотива средние части представляют собой сегмент усеченного конуса с высотой, имеющей наклон к горизонтали, равный 1×М1, и углом при вершине, равным арктангенсу 2×М1.

В соответствии с данным изобретением в опорном подшипнике тягового двигателя локомотива нисходящий скос средней части участка нижней поверхности является функцией осевого смещения М,f(М), где f(М), по крайней мере, непосредственно скоррелирована со значениями, по крайней мере, двух факторов осевого смещения, из которых один фактор осевого смещения обусловлен весом локомотива, а другой фактор осевого смещения обусловлен воздействием пары сил на ось тележки.

В опорном подшипнике тягового двигателя локомотива f(М) предпочтительно также непосредственно скоррелирована со значением дополнительного фактора осевого смещения, обусловленного наклоном двигателя и его перекосом из-за зазоров в подшипнике.

Согласно альтернативному варианту выполнения изобретения опорный подшипник снабжен отверстием для размещения в нем элементов оси, при этом отверстие имеет участок верхней поверхности и участок нижней поверхности, причем участок верхней поверхности и участок нижней поверхности имеют среднюю часть. Средняя часть участка верхней поверхности расположена практически горизонтально, а средняя часть участка нижней поверхности имеет нисходящий скос, который является функцией осевого смещения М, f(М), где f(М) непосредственно скоррелирована со значением M1, где M1 является осевым смещением, вызванным воздействием веса локомотива на ось, при этом скос средней части участка нижней поверхности, по крайней мере, приблизительно равен 2×М1.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения в опорном подшипнике, снабженном отверстием для размещения в нем элементов оси, средние части представляют собой сегмент усеченного конуса с высотой, имеющей наклон к горизонтали, равный 1×М1, и углом при вершине, равным арктангенсу 2×М1.

В комбинации с тяговым двигателем локомотива опорный подшипник, снабженный отверстием для размещения в нем элементов оси, предпочтительно используют для крепления тягового двигателя к цапфе оси тележки локомотива, причем применение подшипника позволяет крепить тяговый двигатель как на участке, где находится приводная шестерня, так и на участке со стороны коммутатора, в соответствии с чем опорный подшипник можно взаимозаменяемо использовать как на участке, где находится приводная шестерня в условиях значительной нагрузки, так и на участке со стороны коммутатора в условиях незначительной нагрузки без ухудшения рабочих характеристик подшипника, расположенного на участке со стороны коммутатора.

Краткое описание чертежей

Данное изобретение станет более понятным благодаря сопроводительным чертежам, на которых:

на Фиг.1 представлен общий (изометрический) вид известного из уровня техники традиционно используемого опорного подшипника тягового двигателя локомотива, расположенного на участке, где находится приводная шестерня, снабженного окном и имеющего цилиндрическое отверстие, где показано расположение его верхней и нижней зон нагрузки,

на Фиг.2А представлен схематический чертеж, на котором изображены все дополнительные вращающие моменты, воздействующие на ось тележки локомотива в вертикальной плоскости, вызывающие изгибающие моменты, которые влияют на положение верхней зоны нагрузки опорного подшипника скольжения тележки локомотива,

на Фиг.2В представлен схематический чертеж, подобный чертежу, представленному на Фиг.2А, но на котором изображены все дополнительные вращающие моменты, воздействующие на ось тележки локомотива в вертикальной плоскости, вызывающие изгибающие моменты, которые влияют на положение нижней зоны нагрузки опорного подшипника скольжения тележки локомотива, и

на Фиг.3 в разрезе изображен профиль отверстия опорного подшипника по данному изобретению.

Подробное описание изобретения

Как подробно показано на чертежах, отверстие опорного подшипника скольжения по данному изобретению в предпочтительном варианте выполнено для использования с тяговым двигателем локомотива, изготовленным Электрик Мотор Дивижн компании Дженерал Моторз, как описано в вышеупомянутом патенте США No. 4,940,002. Такой тяговый двигатель снабжен опорным подшипником скольжения, расположенным на участке, где находится приводная шестерня, с отверстием, предназначенным для размещения в нем смазанной цапфы оси, частично посредством которой тяговый двигатель смонтирован на тележке. Тяговый двигатель также частично поддерживается на участке со стороны коммутатора с помощью опорного подшипника скольжения и вследствие того, что он непосредственно прикреплен к поперечинам тележки с помощью упругой подвески. Такой тяговый двигатель используют с железнодорожным локомотивом, снабженным осью 20,32 см и имеющим стандартную ширину колеи колес, и нагрузкой на ось приблизительно 27000-32000 кг, изгиб оси которого, вызванный только весом локомотива, составляет приблизительно 0,001 см/см в середине длины опорного подшипника, расположенного на участке, где находится приводная шестерня.

Как описано выше, профиль отверстия, описанный в патенте США № 4,940,002, учитывает только влияние веса локомотива на изгиб оси. Однако было обнаружено, что и другие факторы, которые не были приняты во внимание при разработке профиля отверстия, описанного в этом патенте, также влияют на изгиб оси. Как было установлено, эти факторы вызваны совместным влиянием наклона двигателя и его перекоса из-за зазоров в подшипнике, воздействием пары сил на ось, возникающих из-за значительных радиальных нагрузок на опорный подшипник, распложенный на участке, где находится приводная шестерня, и расположенную сбоку шестерню оси, а также изгибом оси из-за тяговых усилий и сил разъединения шестерней, которые действуют в горизонтальной плоскости.

Как показано на Фиг.2А и 2В, смещение оси, вызванное изгибающими ось силами или изгибающими моментами, вызванными весом локомотива, обозначено как M1; смещение оси, вызванное наклоном двигателя и его перекосом из-за зазоров в подшипнике, обозначено как М2; смещение оси, вызванное воздействием пары сил на ось, возникающих из-за значительных радиальных нагрузок на опорный подшипник, распложенный на участке, где находится приводная шестерня, и расположенную сбоку шестерню оси, обозначено как М3. Изгиб оси, вызванный тяговыми усилиями и силами разъединения шестерней, действующими в горизонтальной плоскости, не принимался во внимание, при этом рассматривались только основные факторы, вызывающие смещение оси в вертикальной плоскости, которая является основной плоскостью несоосности. Смещение M1, вызванное весом локомотива, происходит из-за того, что силы F1 и F2, вызываемые весом локомотива, которые воздействуют на осевую буксу 20, действуют на расстоянии друг от друга по горизонтали, и из-за силы противодействия, действующей на колесо 22 со стороны рельсы. Второй фактор, вызывающий смещение М2, возникает из-за обычного наклона и перекоса двигателя из-за зазоров в подшипнике.

Третий фактор, вызывающий смещение М3, вызванное парой сил F3 и F4, возникает из-за того, что эти вертикально направленные силы F3 и F4, действующие из-за значительных радиальных нагрузок на опорный подшипник 24 и расположенную рядом ведомую шестерню 26 оси, которая приводится в действие посредством приводной шестерни тягового двигателя, действуют на расстоянии друг от друга по горизонтали.

На Фиг.2А и 2В показаны относительные отклонения и основная нагрузка на ось локомотива в вертикальной плоскости как для движения в прямом, так и для движения в обратном направлении, и для обоих режимов работы, которые представляют собой режим разгона и режим динамического торможения, при этом работу в режиме динамического торможения выполняют с помощью самого тягового двигателя. Значение или угловая направленность этих составляющих суммарного осевого смещения изменяется в зависимости от направления движения и от того, в каком режиме работает локомотив - в режиме разгона или в режиме динамического торможения. На Фиг.2А показаны факторы, вызывающие осевое смещение в верхней зоне нагрузки (14 на Фиг.1), в то время как на Фиг.2В показано то же самое для нижней зоны нагрузки (16 на Фиг.1). Необходимо понимать, что факторы, вызывающие осевое смещение в режиме разгона при движении в одном направлении, имеют такое же значение и величину или угловую направленность, как и в режиме динамического торможения при движении в противоположном направлении, как показано на Фиг.2А и Фиг.2В. Таким образом, векторы силы, показанные на Фиг.2А для М2, применимы для режима разгона при движении в прямом направлении или для режима динамического торможения при движении в обратном направлении. Векторы силы, показанные на Фиг.2 В, применимы для режима разгона при движении в обратном направлении или для режима динамического торможения при движении в прямом направлении. То же самое справедливо в отношении фактора М3, вносящего вклад в осевое смещение.

Как показано на Фиг.2А и 2В, осевое смещение M1, вызванное весом локомотива, было задано положительным или плюсовым значением к углу осевого смещения в средней точке подшипника, расположенного на участке, где находится приводная шестерня. Если рассматривать два других основных фактора, вызывающих смещение оси в вертикальной плоскости, нужно отметить, что осевое смещение М2, вызванное наклоном двигателя из-за зазоров в подшипнике, и осевое смещение М3, вызванное воздействием пары сил, возникающих из-за значительных радиальных нагрузок на опорный подшипник и расположенную сбоку шестерню, были заданы положительным либо отрицательным значением в зависимости от того, усиливают эти факторы или, соответственно, уменьшают осевое смещение, вызванное изгибом оси. Таким образом, как показано на Фиг.2А, поскольку факторы М2 и М3 противодействуют изгибающему моменту M1 для верхней зоны нагрузки и таким образом уменьшают смещение оси, они были обозначены как отрицательные величины. Однако, как показано на Фиг.2В, поскольку факторы М2 и М3 усиливают изгибающий момент M1 для нижней зоны нагрузки 16 и таким образом увеличивают осевое смещение, они были обозначены как положительные величины.

Общее осевое смещение М - это векторная сумма или сочетание трех факторов M1, М2 и М3. Как было упомянуто выше, обследование верхнего и нижнего пятен приложения нагрузки в используемых подшипниках показало, что, когда нагрузка приходится на верхнюю зону подшипника (Фиг.2А), общее осевое смещение М приблизительно равно нулю, так как пятно приложения нагрузки расположено по центру. Таким образом:

М=М1-М2-М3=0,

это означает, что:

М1=М2+М3.

В отношении нижней зоны нагрузки (Фиг.2 В) общее осевое смещение:

М=М1+М2+М3.

После исследования верхней зоны известно, что M1=M2+M3, из чего можно сделать вывод, что для нижней зоны нагрузки:

М=2×М1.

Несмотря на то, что в целях упрощения результаты вышеупомянутых исследований были представлены в виде уравнений, следует понимать, что это фактически векторные приближения.

На Фиг.3 показан профиль отверстия опорного подшипника 30 в соответствии с данным изобретением. В свете вышеописанных исследований оптимальный контур отверстия для опорного подшипника в вертикальной плоскости поперечного сечения описан горизонтальной или нескошенной линией или поверхностью 32 вверху или в верхней части или половине отверстия подшипника, так как обследование применяемых подшипников показало, что зона нагрузки с такой конфигурацией уже расположена практически по центру. Также из вышеупомянутых исследований следует, что оптимальный контур отверстия для опорного подшипника в вертикальной плоскости поперечного сечения представляет собой скошенную линию или поверхность 34 внизу или в нижней части или половине отверстия 30', причем этот скос равен общему осевому смещению М, которое равно 2×М1, как описано выше. Опорный подшипник 30, тем не менее, снабжен расширяющимися или коническими краями 40, 42, как раскрыто и обсуждается в патенте США No. 4,940,002. Как было упомянуто выше, для тележки 20,32 см и локомотива весом 27000-32000 кг М должна составлять приблизительно 0,001 см/см. Таким образом, в предпочтительном варианте выполнения скос нижней поверхности 34 должен составлять 0,002 см/см.

Однако следует понимать, что скос нижней поверхности 34 отверстия 30 может варьироваться в зависимости от типа тягового двигателя, предназначенного для использования, веса локомотива и диаметра оси. Однако во всех случаях скос нижней поверхности будет зависеть от сочетания трех факторов M1, M2 и М3, которые могут меняться в зависимости от типа используемого тягового двигателя, веса локомотива и диаметра оси.

Как показано на Фиг.3, контур средней части внутреннего отверстия 30' опорного подшипника 30 может лучше всего быть описан как неправильный или остроугольный конус, причем центральный участок отверстия 30' представляет собой сегмент усеченного конуса. Этот конус однозначно задан высотой 40, имеющей наклон 1×М1 к горизонтали с углом при вершине, равном арктангенсу 2×М1.

Несмотря на то, что приведенное выше описание относится к тяговому двигателю, произведенному Электрик Мотор Дивижн (EMD) Корпорации Дженерал Моторз (General Motors Corp.), тот же самый анализ и основной профиль отверстия по данному изобретению также применимы к тяговому двигателю, произведенному Компанией Дженерал Электрик (General Electric Company). В случае применения тягового двигателя, произведенного Компанией Дженерал Электрик, его используют с локомотивом с той же шириной колеи колес, приблизительно с тем же самым диапазоном нагрузок на ось, той же самой компоновкой подшипников, шестеренок и других частей. Основное отличие состоит в том, что диаметр стандартной оси Дженерал Электрик составляет 22,86 см, в то время как диаметр оси Дженерал Моторз составляет 20,32 см, и дополнительное отличие состоит в том, что длина подшипника Дженерал Электрик приблизительно на 7,62 см короче, т.е. составляет около 22,86 см, тогда как длина подшипника Дженерал Моторз составляет около 30,48 см. Таким образом, осевой размер фитиля и окна Дженерал Электрик, соответственно, также меньше. Кроме того, фактор M1, вызывающий изгиб оси, вероятно, немного меньше из-за большего диаметра оси. Несмотря на то, что опорный подшипник Дженерал Электрик имеет центральное отверстие с округлой выпуклостью, а нецилиндрическое, как у опорного подшипника, произведенного Дженерал Моторз, контур его крайних участков подобен варианту, изготовленному Дженерал Моторз. Это центральное отверстие с округлой выпуклостью может быть переделано в конус с вогнутыми сторонами, имеющими наклонную ось для использования в соответствии с данным изобретением.

При выполнении соответствующих регулировок в зависимости от изменения типа подшипника и дополнительных факторов, влияющих на смещение оси, отверстие опорного подшипника по данному изобретению может быть использовано в других областях и иметь другое назначение, например, его можно использовать в качестве внешней кольцевой дорожки качения роликовых подшипников, используемых в тяговых двигателях, а также как в подшипниках скольжения, так и в роликовых подшипниках в тяговых двигателях другого предназначения с различными диаметрами оси, нагрузкой на ось и шириной колеи колес, а также в подшипниках скольжения и в роликовых подшипниках другого назначения. Оно также потенциально может быть использовано в судовом и горном оборудовании, энергоблоках, строительном оборудовании, в военной и тяжелой индустрии, где применяют подшипники.

Несмотря на то, что в данном изобретении показан и описан конкретный вариант его выполнения, надо понимать, что, не выходя за рамки формулы изобретения, приведенной ниже, могут быть выполнены его многочисленные изменения и модификации, не изменяющие сущность данного изобретения.