RU161502U1

RU161502U1 - Радиально-упорный шариковый однорядный подшипник

Info

Publication number: RU161502U1
Application number: RU2015148986/11U
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Мурашкин; Александр Иванович Данильченко; Владимир Иванович Печенкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЕПК Самара"
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2016-04-20

Abstract

Полезная модель относится к радиально-упорным шариковым однорядным подшипникам и может быть использована в опорах валов компрессоров и турбин газотурбинных двигателей (ГТД). Технический результат заключается в повышении работоспособности радиально-упорного шарикового однорядного подшипника при работе в условиях перекоса колец. Радиально-упорный шариковый однорядный подшипник содержит наружное кольцо, внутреннее кольцо, шарики, сепаратор, в гнездах которого расположены шарики. На внутренней части сепаратора выполнены скосы, при этом диаметр скоса, измеряемый в гнезде сепаратора в плоскости, образованной горизонтальной осью сепаратора и осью гнезда, больше диаметра окружности центров шариков, расположенных между наружным и внутренним кольцами, с выполнением условия:

d_c1=D_pw+(0,1÷0,15)D_w,

где:

d_c1 - диаметр скоса 6;

D_pw - диаметр окружности центров шариков 3;

D_w - диаметр шарика 3.

1 н.з. п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к радиально-упорным шариковым однорядным подшипникам и может быть использована в опорах валов компрессоров и турбин газотурбинных двигателей (ГТД).

Известны аналогичные технические решения - радиально-упорные шариковые однорядные подшипники, содержащие наружное кольцо, внутреннее кольцо, шарики, сепаратор, в гнездах которого расположены шарики (см. например, описания полезных моделей к патентам RU 17071, МПК 7 F16C 33/30, дата публикации 10.03.2001; RU 21075, МПК 7 F16C 33/30, дата публикации 20.12.2001; RU 88084, МПК F16C 19/00, дата публикации 27.10.2009).

Недостатком аналогичных решений является высокая нагрузка со стороны шариков на перемычки сепаратора радиально-упорного шарикового однорядного подшипника. Эти подшипники вследствие недостаточной жесткости опор под действием силовых и температурных деформаций практически часто работают в условиях перекосов колец и зачастую преждевременно выходят из строя по причине повышенного износа и разрушения сепараторов, в частности, при применении в качестве подшипников опор валов компрессоров и турбин газотурбинных двигателей (ГТД).

Перекос колец подшипника вызывает не только перегрузку шариков, но и приводит к появлению дополнительных нагрузок на сепаратор. Эти нагрузки возникают вследствие разницы скоростей движения шариков по окружности подшипника и скорости сепаратора. Сепаратор вращается, как правило, с постоянной скоростью, равной средней скорости комплекта шариков в подшипнике, а скорости шариков изменяются в соответствии с изменениями углов контакта от β_min до β_max (фиг 2). Основная причина состоит в неравенстве углов контакта шариков с дорожками качения при их вращении по орбите подшипника.

Для пояснения работы радиально-упорного шарикового однорядного подшипника используется следующая схема нагружения перемычек сепаратора радиально-упорного шарикового однорядного подшипника при недостаточном осевом зазоре шариков в гнездах сепаратора и работе подшипника с перекосом наружного кольца (фиг. 2), где:

φ - угол перекоса наружного кольца радиально-упорного шарикового однорядного подшипника;

Т_наб(T_отст) - усилия на поперечные перемычки сепаратора со стороны «набегающих» («отстающих») шариков;

R_б - реакция в зоне касания сепаратора направляющего бортика наружного кольца;

F_бок - сила, действующая со стороны шарика и нагружающая боковую перемычку сепаратора;

β_min и β_max - минимальный и максимальный углы контакта шариков.

Вследствие разницы углов контакта шарика при движении по орбите подшипника шарики стремятся совершать колебательные движения в гнездах сепаратора и в соответствии с изменением углов контакта в пределах от β_min до β_max в подшипнике возникают зоны «набегающих» и «отстающих» шариков. Под действием усилий со стороны «набегающих» - T_наб и «отстающих» T_отст шариков сепаратор смещается в подшипнике к левому (как показано на фиг. 2) центрирующему бортику наружного кольца и вращается эксцентрично, прижатым к этому бортику силой R_б (фиг. 2).

Под действием системы сил T_наб и T_отст сепаратор смещается относительно наружного кольца на величину зазора плавания и вначале начинает контактировать с одним из направляющих бортиков наружного кольца с усилием R_б (в данном случае с левым бортиком, как показано на фиг. 2). Одновременно под действием момента со стороны сил R_б и T_наб(T_отст) сепаратор стремится повернуться в плоскости пары сил R_б и T_наб(T_отст) (фиг. 2). При недостаточных зазорах шариков в гнездах сепаратора, (измеряемых вдоль оси подшипника), он дополнительно нагружается усилиями F_бок. В результате могут возникать повышенные износы шариков, дорожек качения и трущихся поверхностей сепаратора, а также поломки его перемычек.

Но вследствие перекоса наружного кольца на угол φ сепаратор вначале будет контактировать с левым бортиком с усилием R_б и, под действием сил надавливания шариков, будет стремиться повернуться в плоскости фигуры 2, следуя за перекошенными направляющими бортиками наружного кольца. При этом правая перемычка не будет направляться бортиками наружного кольца вследствие действия силы F_бок (фиг. 2), из-за дополнительного зазора между перемычкой и бортиком в ней возникнут большие напряжения изгиба, чем в левой, и, как показывает опыт эксплуатации ряда ГТД, в ней в первую очередь возникают усталостные трещины. Кроме того, работа левой перемычки в условиях кромочного контакта по направляющему бортику кольца снижает несущую способность смазки в зазоре плавания, что приводит к повышенному износу и заеданию центрирующих поверхностей сепаратора и подшипник быстро выходит из строя (фиг. 3).

Ближайшим аналогом является радиально-упорный шариковый однорядный подшипник, содержащий наружное кольцо, внутреннее кольцо, шарики, сепаратор, в гнездах которого расположены шарики (см. например, описание полезной модели к патенту RU 21075, МПК 7 F16C 33/30, дата публикации 20.12.2001).

Недостатком ближайшего аналога является низкая работоспособность радиально-упорного шарикового однорядного подшипника при работе в условиях перекоса колец, особенно, в подшипниках роторов ГТД.

Технический результат заключается в повышении работоспособности радиально-упорного шарикового однорядного подшипника при работе в условиях перекоса колец.

Сущность технического решения заключается в том, что радиально-упорный шариковый однорядный подшипник содержит наружное кольцо, внутреннее кольцо, шарики, сепаратор, в гнездах которого расположены шарики, на внутренней части сепаратора выполнены скосы, при этом диаметр скоса, измеряемый в гнезде сепаратора в плоскости, образованной горизонтальной осью сепаратора и осью гнезда, больше диаметра окружности центров шариков, расположенных между наружным и внутренним кольцами, с выполнением условия:

d_с1=D_pw+(0,1÷0,15)D_w,

где:

d_c1 - диаметр скоса;

D_pw - диаметр окружности центров шариков;

D_w - диаметр шарика.

Сущность технического решения поясняется следующими чертежами.

Фиг. 1 - вид в сечении;

фиг. 2 - схема нагружения перемычек сепаратора радиально-упорного шарикового однорядного подшипника (ближайшего аналога);

фиг. 3 - изображение разрушенных боковых перемычек и неравномерного износа внешней стороны сепаратора радиально-упорного шарикового однорядного подшипника (ближайшего аналога);

фиг. 4 - схема нагружения перемычек сепаратора заявленного радиально-упорного шарикового однорядного подшипника;

фиг. 5 - изображение сепаратора заявленного радиально-упорного шарикового однорядного подшипника.

Радиально-упорный шариковый однорядный подшипник содержит наружное кольцо 1, внутреннее кольцо 2, шарики 3, сепаратор 4, в гнездах 5 которого расположены шарики 3 (фиг. 1). На внутренней части сепаратора 4 выполнены скосы 6 (фиг. 1, 5), при этом диаметр скоса 6, измеряемый в гнезде 5 сепаратора в плоскости, образованной горизонтальной осью сепаратора и осью гнезда, больше диаметра окружности центров шариков 3, расположенных между наружным 1 и внутренним 2 кольцами, с выполнением условия:

d_c1=D_pw+(0,1÷0,15)D_w,

где:

d_c1 - диаметр скоса 6;

D_pw - диаметр окружности центров шариков 3;

D_w - диаметр шарика 3.

При этом сепаратор центрируется по бортикам наружного кольца 1 (фиг. 1).

Выполнение скосов на торцах сепаратора со стороны внутреннего диаметра, выполненных по условию d_c1=D_pw+(0,1÷0,15)D_w, не будет ограничивать поворот сепаратора при его прижатии к направляющим бортикам наружного кольца.

Для пояснения работы радиально-упорного шарикового однорядного подшипника используется следующая схема нагружения перемычек сепаратора радиально-упорного шарикового однорядного подшипника (фиг. 4), где:

φ₁ - угол перекоса наружного кольца 1 радиально-упорного шарикового однорядного подшипника;

T_наб1(T_отст1) - усилия на поперечные перемычки сепаратора 4 со стороны «набегающих» («отстающих») шариков 3;

R_б1 - реакция в зоне касания сепаратора 4 направляющего бортика наружного кольца 1;

β_min1 и β_max1 - минимальный и максимальный углы контакта шариков 3.

Из схемы нагружения перемычек сепаратора 4 заявленного радиально-упорного шарикового однорядного подшипника следует, что в следствие отсутствия контакта шарика 3 со скосами 6 не возникает сила F_бок, действующая со стороны шарика 3 и нагружающая боковую перемычку сепаратора 4 (фиг. 4). При этом в зоне контакта сепаратора 4 с наружным кольцом 1 возникают две небольшие силы R_б1 (фиг. 4), существенно меньшие по модулю силы R_б для случая нагружения радиально-упорного шарикового однорядного подшипника - ближайшего аналога (фиг. 2).

На фиг 5. показан сепаратор радиально упорного шарикового подшипника, на внутренней части которого выполнены скосы 6 с соблюдением условия d_с1=D_pw+(0,1÷0,15)D_w. Подшипник отработал назначенный ресурс без замечаний.

Claims

Радиально-упорный шариковый однорядный подшипник, содержащий наружное кольцо, внутреннее кольцо, шарики, сепаратор, в гнездах которого расположены шарики, отличающийся тем, что на внутренней части сепаратора выполнены скосы, при этом диаметр скоса, измеряемый в гнезде сепаратора в плоскости, образованной горизонтальной осью сепаратора и осью гнезда, больше диаметра окружности центров шариков, расположенных между наружным и внутренним кольцами, с выполнением условия:

d_c1=D_pw+(0,1÷0,15)D_w,

где:

d_c1 - диаметр скоса;

D_pw - диаметр окружности центров шариков;

D_w - диаметр шарика.