EA002947B1 - Подшипник чистого качения - Google Patents

Abstract

Данное изобретение относится к подшипнику чистого качения, не имеющему обоймы и трения скольжения, включающему внутренний круговой гоночный трек, наружный круговой гоночный трек, некоторое количество элементов качения, расположенных между внутренним и наружным круговыми гоночными треками, некоторое количество фиксирующих элементов качения и два удерживающих кольца. Каждый фиксирующий элемент качения расположен между двумя соседними элементами качения и находится с ними в контакте. Удерживающие кольца установлены на канавках качения, выполненных с двух концов указанных фиксирующих элементов качения, и находятся с ними в контакте качения.

Description

Данное изобретение относится к подшипникам качения, в частности, к подшипникам чистого качения, не создающим трение скольжения.

Предпосылки создания изобретения

Обыкновенный подшипник качения содержит внутренний круговой гоночный трек, наружный круговой гоночный трек, некоторое количество элементов качения и сепаратор. Сепаратор в подшипнике служит для придания определенного положения каждому элементу качения и для определенного расположения относительно друг друга тел качения в подшипнике. Тела качения имеют верхнее ограничение скорости, обусловленное возникновением трения скольжения в указанном сепараторе, вне зависимости от конструкции, материала или гладкости. Сопротивление трению скольжения серьезно влияет на свойства и срок службы подшипника.

Относительное трение скольжения между элементами качения и сепаратором вызывает ряд проблем во время эксплуатации подшипника, особенно на высоких скоростях, таких как сложности смазки, повышение температуры и увеличение шума. В условиях высокой скорости и высокой температуры напряжение резко возрастает, что может привести к разрушению подшипника. Сопротивление трению качения в подшипнике пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением трению скольжения. Присутствие трения скольжения приводит к тому, что допустимая нагрузка существенно уменьшается, а потери энергии являются значительными. При высоких скоростях значительно возрастает сила трения скольжения, вызываемая действием центробежной силы между элементами качения и сепаратором. Концентрация напряжения трения может вызвать быстрое разрушение подшипника. Следовательно, увеличение предельной скорости подшипника качения ограничивается трением скольжения.

В патенте США № 3,124,396 описывается подшипник качения, в котором вместо сепаратора используются вращающиеся разделители типа цилиндров, а для закрепления и удержания соответствующих вращающихся разделителей используются удерживающие кольца, с тем, чтобы этот подшипник мог стать абсолютным подшипником качения. Но удерживающее кольцо содержит внешнее кольцо, внутреннее разъемное пружинящее кольцо и проволочное стопорное кольцо, таким образом, конструкция подшипника является сложной, стоимость высокой, а сборка - затруднительной. Кроме вышеуказанных проблем, внутреннее разъемное пружинящее кольцо имеет косую кромку. Между противоположными концами образуется зазор. Когда какой-либо из катящихся шариков достигает зазора, возникают вибрации, нарушение нормальной работы и износ. Кроме того, трение между удерживающими кольцами и противоположными концами каждого из вращающихся разделителей все еще является трением скольжения, что влияет на свойства подшипника качения. Кроме того, центр тяжести разъемного кольца не совпадает с геометрическим центром, что также вызывает нестабильность движения вследствие наличия зазора.

Согласно описанию этого изобретения США и прилагаемым чертежам, каждый вращающийся разделитель имеет загнутую кромку или кольцевую канавку 29 в центре, круговую в поперечном сечении и пригнанную до допуска в узких пределах, чтобы соответствовать шарикам 20 (из № 53-55). Легко доказать, что контакт по всей площади соприкосновения между шариком и вращающимся разделителем вызывает невозможность чистого качения. Кроме того, трение между разъемным кольцом и вращающимися разделителями все еще содержит трение скольжения, и, можно утверждать, что такая конструкция через непродолжительное время придет в негодность.

В Европейском патенте № 0,264,264 описывается другой вариант шарикового подшипника, в котором вместо обычного сепаратора используется ролик (т.е. вращающийся фиксирующий элемент), имеющий форму цилиндра. В собранном виде ролики удерживаются при помощи стопорных колец. Но стопорные кольца подшипника качения должны включать два свободных кольцевых элемента 5 и две направляющих 6а, которые используются для удержания фиксирующих тел качения в противоположных радиальных направлениях, соответственно, потому что каждый ролик установлен таким образом, что его ось находится в центре линии, соединяющей центры двух соседних шариков. (см. фиг. 2 указанного патента). Вследствие этого, указанная конструкция является сложной, ее стоимость высокой, а сборка затруднена. Кроме этого, трение между стопорными кольцами и двумя противоположными концами роликов все еще представляет собой трение скольжения, что оказывает влияние на свойства подшипника.

Помимо вышеуказанного, в этих двух патентах контакт между цилиндрическим фиксирующим элементом качения (роликом) и элементом качения (шариком) представляет собой контакт двух участков окружности. Если радиус кривизны дуги фиксирующего элемента качения, контакт является точечным, это вызывает наклон и нестабильность элементов качения. Если радиус кривизны дуги фиксирующего элемента качения меньше, чем радиус кривизны элемента качения, контакт является двухточечным, что приводит к износу и разрыву тел качения и, в конце концов, к потере эффективности.

Сущность изобретения

Целью данного изобретения является создание подшипника чистого качения, который имеет простую конструкцию и легко собирается.

Для осуществления указанной цели в изобретении предлагается подшипник чистого качения, который содержит внутренний круговой гоночный трек, внешний круговой гоночный трек, несколько элементов качения между внутренним круговым гоночным треком и внешним круговым гоночным треком, фиксирующие элементы качения, установленные поочередно с элементами качения и находящимися в контакте качения с шариками, и удерживающее кольцо, установленное на канавках качения, выполненных с обоих концов фиксирующих элементов качения, в которых соответствующие удерживающие кольца выполнены в виде единого целого и находятся в контакте качения с канавками качения.

В изобретении предлагается следующее:

Каждый фиксирующий элемент качения устанавливается между двумя соседними элементами качения. Фиксирующие элементы качения обеспечивают одновременно равномерное распределение по окружности соседних элементов качения и закрепляют осевое положение элементов качения в подшипнике. Осевое и радиальное положение фиксирующих элементов качения задается при помощи удерживающих колец, установленных на канавках качения с двух противоположных концов фиксирующих элементов качения. Контакты между удерживающими кольцами и любой канавкой качения на фиксирующем элементе качения представляют собой точечные контакты; такими же точечными являются контакты между каждым из фиксирующих элементов качения и примыкающим элементом качения. Движение фиксирующих элементов качения состоит из вращения вокруг собственной оси и вращения вокруг оси подшипника. Разность относительных скоростей между точкой контакта на каждом из фиксирующих элементов качения и точкой контакта на соприкасающемся с ним телом качения, которые совпадают друг с другом, равняется нулю; точно тому же равняется и относительная разность скоростей между точкой контакта на каждом из удерживающих колец и точкой контакта на фиксирующемся теле качения, находящихся в соприкосновении, которые также совпадают друг с другом. Следовательно, все эти движения точек соприкосновения относятся к движениям чистого качения. Отсутствует какоелибо относительное скольжение. Данный подшипник является подшипником чистого качения, и это название полностью соответствует действительности. Сборка и изготовление предложенного в изобретении подшипника просты. Таким образом, данное изобретение может быть легко расширено и широко использоваться.

Ниже будет дано описание изобретения в сочетании с чертежами предпочтительного варианта его осуществления.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлен радиальный разрез подшипника, предложенного в данном изобретении.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

На чертеже показано, что каждый фиксирующий элемент 2 качения устанавливается по окружности между двумя соседними элементами 1 качения. Фиксирующие элементы 2 качения обеспечивают одновременно размещение на одинаковом расстоянии вдоль окружности каждых двух соседних элементов 1 качения и закрепляют осевое положение элементов качения в подшипнике. Придание нужного осевого и радиального положения фиксирующим элементам качения осуществляется при помощи удерживающих колец 6, установленных на канавах 5 качения, имеющих поперечное сечение в виде дуги окружности и выполненных на двух противоположных концах фиксирующих элементов качения.

Контакты между каждым из издерживаемых колец 6 и любой канавкой 5 качения, любым фиксирующим телом 2 качения и телом 1 качения, находящимся в соприкосновении, и любым телом 1 качения и внутренним круговым гоночным треком 3 или наружным круговым гоночным треком 4 подшипника представляет собой точеные контакты, и разности относительных скоростей между любыми двумя соприкасающимися друг с другом точками равны нулю. Следовательно, подшипник является подшипником чистого качения.

Канавка 5 качения в поперечном сечении имеет вогнутую форму, а удерживающее кольцо 6 в поперечном сечении имеет выпуклую форму, и таким образом, они образуют контакт качения. Если, напротив, канавка 5 качения будет иметь в поперечном сечении выпуклую форму, а удерживающее кольцо 6 будет иметь вогнутую форму, то такой вариант тоже существует. Кроме того, поперечное сечение канавки 5 качения и центральной канавки 7 качения на любом фиксирующем элементе 2 качения, находящемся в соприкосновении с элементом 1 качения, может быть У-образным, иметь форму дуги окружности или выемки и т.п. Канавка качения внутреннего кругового гоночного трека 3 и наружного кругового гоночного трека 4 могут быть в поперечном сечении У-образными, иметь форму дуги окружности или выемки и т.п.

Фиксирующий элемент 2 качения может быть выполнен разъемным для удобства сборки и изготовления. Т.е. две части, которые образуют две канавки 5 качения на противоположных концах, и та часть, которая образует центральную канавку 7 качения, могут быть изготовлены отдельно, а затем соединены посредством не подвижной посадки или винтовой посадки и т.п. Несомненно, что фиксирующий элемент 2 качения может быть выполнен в виде единого целого.

Большое количество различных эквивалентных вариантов может быть выполнено на основе данного изобретения специалистами в данной области техники, хотя изобретение было описано выше в сочетании с предпочтительным вариантом осуществления. Объем и сущность запатентованного изобретения определяется формулой изобретения.

Claims (7)

1. Подшипник чистого качения включает внутренний круговой гоночный трек (3), наружный круговой гоночный трек (4), некоторое количество элементов (1) качения, расположенных между внутренним круговым гоночным треком (3) и наружным круговым гоночным треком (4), фиксирующие элементы (2) качения, расположенные поочередно с элементами (1) качения и находящиеся в контакте качения, и два удерживающих кольца (6), установленных на канавках (5) качения, расположенных на двух концах фиксирующих элементов (2) качения, отличающийся тем, что все соответствующие удерживающие кольца (6), катящиеся по канавкам (5) качения, являются цельными установочными кольцами.

2. Подшипник по п.1, в котором все указанные фиксирующие элементы (2) качения, являются цельными.

3. Подшипник по п.1, в котором все указанные фиксирующие элементы (2) качения являются разъемными.

4. Подшипник по п.1, в котором два противоположных конца любого из указанных фиксирующих элементов (2) качения могут иметь в поперечном сечении вогнутую форму или выпуклую форму.

5. Подшипник по п.1, в котором указанные удерживающие кольца (6) могут быть выполнены вогнутой формы или выпуклой формы в поперечном сечении, с тем, чтобы они соответствовали канавкам (5) качения на фиксирующих элементах (2) качения и катились по ним.

6. Подшипник по п.4, в котором канавки (5) качения на двух противоположных концах любого из указанных фиксирующих элементов (2) качения и центральная канавка (7) качения на любом из указанных фиксирующих элементов (2) качения, катящихся по элементам (1) качения, выполнены в поперечном сечении Vобразными, имеют круговую форму или форму выемки.

7. Подшипник по п.1, в котором канавки качения на указанных внутреннем круговом гоночном треке (3) и наружном круговом гоночном треке (4) выполнены в поперечном сечении ν-образными, имеют форму дуги окружности или форму выемки.