RU40662U1

RU40662U1 - BULK MULTI ROW SUPPORT

Info

Publication number: RU40662U1
Application number: RU2004114725/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Пулькин; Николай Петрович Трофимович; Александр Петрович Зинкович; Тамара Ивановна Вербовская
Original assignee: Валерий Николаевич Пулькин; Николай Петрович Трофимович; Александр Петрович Зинкович; Тамара Ивановна Вербовская
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2004-09-20

Abstract

Шариковая многорядная опора, содержащая разъемный блок из наружных и внутренних колец со сферическими тороидальными дорожками качения и размещенные в них шаровые тела качения, отличающаяся тем, что блок опоры выполнен из цельных наружных и внутренних колец с разъемом по торцевым плоскостям последних, на боковых углах внутренней цилиндрической поверхности наружных колец и внешней цилиндрической поверхности внутренних колец выбраны кольцевые канавки с возможностью формирования в сборе сферических тороидальных дорожек качения, причем отношение радиуса дорожки качения Rк радиусу шарового тела качения rсоставляет R/r=1,35-1,40, угол контакта тел качения равен α=52-57°, при этом внутренний диаметр наружных колец больше, а наружный диаметр внутренних колец меньше, чем диаметр окружности, проходящий через центр вращения шаровых тел качения. A multi-row ball bearing containing a detachable block of outer and inner rings with spherical toroidal raceways and ball rolling bodies located in them, characterized in that the support block is made of solid outer and inner rings with a connector along the end planes of the latter, at the lateral corners of the inner cylindrical the surface of the outer rings and the outer cylindrical surface of the inner rings selected annular grooves with the possibility of forming the Assembly of spherical toroidal raceways, and the ratio of the radius of the raceway R to the radius of the ball bearing body r is R / r = 1.35-1.40, the contact angle of the rolling bodies is α = 52-57 °, while the inner diameter of the outer rings is larger and the outer diameter of the inner rings is less than diameter of a circle passing through the center of rotation of ball rolling bodies.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения, и предназначена для использования в машинах и устройствах, рабочие органы которых испытывают высокие осевые нагрузки, например, в забойных винтовых двигателях бурильных установок.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to rolling bearings, and is intended for use in machines and devices whose working bodies experience high axial loads, for example, in downhole screw motors of drilling rigs.

Известна конструкция подшипника качения ротора турбины (1). Подшипник содержит одно наружное и три внутренних кольца с возможностью формирования в сборе двух дорожек качения. Тела качения выполнены в виде роликов, при этом внутреннее кольцо одного из ряда роликов продлено в осевом направлении под вторым рядом роликов и поддерживает два других внутренних кольца. Подшипник снабжен трубками для подвода смазки к дорожкам качения и роликам.A known design of a rolling bearing of a turbine rotor (1). The bearing contains one outer and three inner rings with the possibility of forming the complete two raceways. The rolling bodies are made in the form of rollers, while the inner ring of one of the row of rollers is extended axially under the second row of rollers and supports two other inner rings. The bearing is equipped with tubes for supplying lubricant to raceways and rollers.

Такое конструктивное исполнение подшипника позволяет воспринимать повышенные осевые нагрузки на ротор, однако не эффективно в тяжелых условиях работы, когда возможно попадание в подшипник мелкодисперсных абразивных частиц.This design of the bearing makes it possible to perceive increased axial loads on the rotor, but it is not effective in difficult operating conditions when it is possible for finely dispersed abrasive particles to enter the bearing.

Известен также двухрядный подшипник вращения с углом контакта по дуге в 240° (2). Такой угол контакта достигается за счет применения специального распорного частично кольцевого элемента, размещенного в щели выполненной во внутреннем кольце. В результате расширен интервал между внешней и внутренней дорожками качения, что обеспечивает благоприятные условия работы телам вращения при повышенных осевых нагрузках.Also known is a double-row rotation bearing with an arc contact angle of 240 ° (2). This contact angle is achieved through the use of a special spacer partially annular element placed in a slit made in the inner ring. As a result, the interval between the external and internal raceways has been expanded, which provides favorable working conditions for bodies of revolution with increased axial loads.

Недостатком такой конструкции является не защищенность ее от проникновения абразивных частиц в зону контакта тел вращения с дорожкой качения и соответственно быстрый износ подшипников.The disadvantage of this design is its insecurity from the penetration of abrasive particles into the contact area of the rotation bodies with the raceway and, accordingly, the rapid wear of the bearings.

Наиболее близко к предлагаемой полезной модели техническое решение подшипника с множеством шаровых дорожек для восприятия преимущественно Closest to the proposed utility model, the technical solution of the bearing with many ball tracks for perception mainly

осевой, а также частично радиальной нагрузки, которое и выбрано в качестве прототипа (3).axial, as well as partially radial load, which is selected as a prototype (3).

Известный многорядный подшипник содержит разъемный корпус из внутреннего и наружного колец. Последние составлены из элементов цилиндрического профиля, в сборе образующих цилиндрические части стенок упомянутых колец. На внешней поверхности элементов внутреннего кольца и на внутренней поверхности элементов наружного кольца выполнены сферические тороидальные кольцевые дорожки. Дорожки снабжены телами качения в форме шаров. Окружность дорожки внутреннего кольца проходит через центры шаров, диаметр которой больше упомянутой цилиндрической части. Тороидальные кольцевые дорожки наружного кольца имеют диаметр цилиндрической части больший, чем диаметр окружности проходящей через центры шаров, заполняющих эти дорожки, при этом каждый шар кольцевой дорожки, имеет с последней угол линейного контакта равный 90°. Шаровые дорожки цилиндрических элементов наружного и внутреннего колец снабжены выступами, которые предотвращают вращение шаров в углублениях в горизонтальной плоскости. При этом геометрия подшипника выполнена таким образом, что суммированные тангенсы шаровых дорожек в углах описывают конусы, все вершины которых размещены на оси подшипника, а все сложенные вместе обеспечивают возможность подшипнику воспринимать осевую нагрузку, избегая высокой концентрации напряжений в углах шаровых дорожек, занятых шарами.Known multi-row bearing contains a split housing of the inner and outer rings. The latter are made up of elements of a cylindrical profile assembled to form the cylindrical parts of the walls of the said rings. On the outer surface of the elements of the inner ring and on the inner surface of the elements of the outer ring, spherical toroidal ring tracks are made. The tracks are equipped with ball-shaped rolling bodies. The circumference of the track of the inner ring passes through the centers of the balls, the diameter of which is larger than the cylindrical part. The toroidal ring tracks of the outer ring have a diameter of a cylindrical part larger than the diameter of a circle passing through the centers of the balls filling these tracks, with each ball of the ring track having a linear contact angle of 90 ° with the latter. Ball tracks of the cylindrical elements of the outer and inner rings are provided with protrusions that prevent rotation of the balls in the recesses in the horizontal plane. In this case, the geometry of the bearing is made in such a way that the summed tangents of the ball tracks in the corners describe the cones, all the vertices of which are placed on the axis of the bearing, and all the folded together provide the bearing with the axial load, avoiding a high concentration of stresses in the corners of the ball tracks occupied by the balls.

Недостатком такого подшипника является исполнение внутреннего и наружного колец из составных элементов, что снижает жесткость и надежность конструкции и делает невозможным его эксплуатацию при ударных осевых нагрузках, например, в двигателях бурильных установок. Кроме того, сложными являются сборка и монтаж подшипников при замене в эксплуатационных условиях.The disadvantage of this bearing is the design of the inner and outer rings of the constituent elements, which reduces the rigidity and reliability of the design and makes it impossible to operate under impact axial loads, for example, in drilling rig engines. In addition, assembly and installation of bearings during replacement under operating conditions are difficult.

Задачей полезной модели является создание конструкции шариковой многорядной опоры способной воспринимать высокие ударные осевые и частично The objective of the utility model is to create a design of a multi-row ball support capable of absorbing high axial and

радиальные нагрузки и свободной от указанных недостатков.radial load and free from the above disadvantages.

Поставленная задача решена тем, что шариковая многорядная опора, содержащая разъемный блок из наружных и внутренних колец со сферическими тороидальными дорожками качения и размещенные в них шаровые тела качения, согласно полезной модели, блок опоры выполнен из цельных наружных и внутренних колец с разъемом по торцевым плоскостям последних, на боковых углах внутренней цилиндрической поверхности наружных колец и внешней цилиндрической поверхности внутренних колец выбраны кольцевые канавки с возможностью формирования в сборе сферических тороидальных дорожек качения, при чем отношение радиуса дорожки качения R_ж к радиусу шарового тела качения r_ш составляет: R_ж/r_ш=1,35-1,40, угол контакта тел качения с дорожками качения колец равен α=52-57°, при этом внутренний диаметр наружных колец больше, а наружный диаметр внутренних колец меньше, чем диаметр окружности проходящей через центр вращения шаровых тел качения.The problem is solved in that a multi-row ball bearing containing a detachable block of outer and inner rings with spherical toroidal raceways and ball bearings placed therein, according to a utility model, the support block is made of solid outer and inner rings with a connector along the end planes of the latter , on the lateral corners of the inner cylindrical surface of the outer rings and the outer cylindrical surface of the inner rings, annular grooves are selected with the possibility of forming a spherical assembly their toroidal raceway, at what ratio of the radius R raceway _rail to the rolling radius r _w of the spherical body is: R _x / r _w = 1.35-1.40, the angle of contact with the rolling element raceways of the rings is equal to α = 52-57 °, while the inner diameter of the outer rings is larger, and the outer diameter of the inner rings is less than the diameter of the circle passing through the center of rotation of the ball rolling elements.

Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг.1-3).The essence of the utility model is illustrated by drawings (Fig.1-3).

На фиг.1 представлена схема монтажа шариковой многорядной опоры на валу и в корпусе забойного винтового двигателя.Figure 1 presents the installation diagram of the ball multi-row bearings on the shaft and in the casing of the downhole screw motor.

На фиг.2 продольное сечение блока шариковой многорядной опоры.Figure 2 is a longitudinal section of a block of multi-row ball bearings.

На фиг.3 сечение стенки блока с видом размещения тела качения (шара) в сферической тороидальной дорожке качения шариковой многорядной опоры.Figure 3 is a section of the wall of the block with a view of the placement of the rolling body (ball) in a spherical toroidal raceway of a ball multi-row support.

Шариковая многорядная опора состоит из блока 1, набранного из сопряженных пар наружных 2 и внутренних 3 колец, которые смонтированы на валу 4 и в корпусе 12 винтового забойного двигателя (на чертеже не показан). Наружные кольца 2 на боковых углах внутренней цилиндрической поверхности 5 снабжены кольцевыми канавками 6, а внутренние кольца 3 снабжены кольцевыми канавками 8 соответственно на боковых углах внешней цилиндрической поверхности 7. В собранном блоке 1 кольцевые канавки 6 и 8 сопряженных пар наружных 2 и внутренних 3 колец формируют сферические тороидальные дорожки качения 9, в которых размещены шаровые тела качения The multi-row ball bearing consists of a block 1 composed of paired pairs of outer 2 and inner 3 rings, which are mounted on the shaft 4 and in the housing 12 of the downhole screw motor (not shown in the drawing). The outer rings 2 at the lateral corners of the inner cylindrical surface 5 are provided with annular grooves 6, and the inner rings 3 are provided with annular grooves 8, respectively, at the lateral corners of the outer cylindrical surface 7. In the assembled unit 1, the annular grooves 6 and 8 of the paired pairs of the outer 2 and inner 3 rings form spherical toroidal raceways 9 in which ball rolling bodies are placed

10. При этом за счет того, что внутренний диаметр наружных колец больше, а наружный диаметр внутренних колец меньше, чем диаметр окружности проходящей через центр вращения шаровых тел качения, образуется заданный зазор 13 между поверхностями 5 и 8 наружного и внутреннего колец соответственно.10. Moreover, due to the fact that the inner diameter of the outer rings is larger and the outer diameter of the inner rings is less than the diameter of the circle passing through the center of rotation of the ball rolling elements, a predetermined gap 13 is formed between the surfaces 5 and 8 of the outer and inner rings, respectively.

Отношение радиуса дорожки качения (желоба) 9 R_ж к радиусу тела качения (шара) 10 r_ш равно: R_ж/r_ш=1,35-1,40, при этом угол контакта тел качения с дорожками качения колец составляет α=52-57°, что позволяет шариковой многорядной опоре воспринимать более высокую осевую нагрузку, уменьшить момент вращения шара и трение скольжения тел вращения.The ratio of the radius of the raceway (trough) 9 R _W to the radius of the rolling body (ball) 10 r _W is equal to: R _W / r _W = 1.35-1.40, while the contact angle of the rolling bodies with the raceways of the rings is α = 52 -57 °, which allows the multi-row ball bearing to perceive a higher axial load, to reduce the moment of rotation of the ball and the sliding friction of the bodies of revolution.

Шариковая многорядная опора работает следующим образом. Блок 1 монтируют по внутреннему диаметру на вал 4 винтового забойного двигателя (на чертеже не показан) вместе с твердосплавной радиальной опорой 11, а по наружному диаметру в корпус 12 упомянутого двигателя. Блок 1 в сборе может содержать от 6-и до 16-и пар наружных 2 и внутренних 3 колец и от 5-и до 15-и рядов шаровых тел качения 10 соответственно.Ball multi-row support works as follows. Block 1 is mounted on the inner diameter on the shaft 4 of the downhole motor (not shown) together with carbide radial support 11, and on the outer diameter in the housing 12 of the said motor. Block 1 assembly may contain from 6 to 16 pairs of outer 2 and inner 3 rings and from 5 to 15 rows of ball rolling elements 10, respectively.

При монтаже, для создания единой системы «вал-корпус», отдельно внутренние кольца 3 и отдельно наружные кольца 2 блока 1, а также радиальную опору 11 сжимают с усилием 25-60 тонн через втулки 14. Величину сжимающего усилия регулируют в зависимости от конструкции и габаритов двигателя за счет затяжки резьбовых соединений (не показаны) по валу 4 и корпусу 12 двигателя. Выбранный диапазон угла контакта α позволяет существенно перераспределить нагрузку, увеличив осевую составляющую за счет уменьшения ее радиальной составляющей.During installation, to create a single system "shaft-housing", separately the inner rings 3 and separately the outer rings 2 of the block 1, as well as the radial support 11 are compressed with a force of 25-60 tons through the bushings 14. The magnitude of the compressive force is regulated depending on the design and dimensions of the engine due to the tightening of threaded connections (not shown) on the shaft 4 and the housing 12 of the engine. The selected range of the contact angle α allows you to significantly redistribute the load, increasing the axial component by reducing its radial component.

Увеличенное соотношение R_ж/r_ш также позволяет уменьшить трение скольжения и предотвратить заклинивание в процессе бурения при так называемом «закоксовывании» пространства между шарами 10 и кольцами 2, 3 многорядной опоры породой (песком, глиной и др.) и буровым раствором.The increased ratio R _W / r _W also allows to reduce sliding friction and prevent jamming during drilling with the so-called “coking” of the space between the balls 10 and rings 2, 3 of the multi-row rock support (sand, clay, etc.) and drilling mud.

Испытания новой конструкции шариковой многорядной опоры показали, что она обеспечивает нормальную работу двигателей при забойной (рабочей) Tests of the new design of the ball multi-row support showed that it ensures the normal operation of the engines during downhole (working)

температуре до 100°С, а в качестве рабочей жидкости может с успехом использоваться вода или глинистый раствор с плотностью до 1500 кг/м³.temperature up to 100 ° С, and water or clay solution with a density of up to 1500 kg / m ³ can be successfully used as a working fluid.

Конструкция шариковой многорядной опоры обеспечивает повышение грузоподъемности и долговечности опор и в целом двигателей, а так же пригодна для винтовых забойных двигателей с диаметром корпуса 172-240 мм и позволяет уменьшить габаритные размеры шпиндельной секции установок бурения.The design of the multi-row ball bearing provides an increase in the carrying capacity and durability of the bearings and in general the engines, and is also suitable for downhole screw motors with a housing diameter of 172-240 mm and allows to reduce the overall dimensions of the spindle section of drilling rigs.

Источники информации:Sources of information:

1. ЕР 00769630 А 2, от 23.04.1997, МПК: F 16 C 33/66.1. EP 00769630 A 2, dated April 23, 1997, IPC: F 16 C 33/66.

2. DE 3822961 А 1 от 11.01.1990, МПК: F 16 C 19/18/2. DE 3822961 A 1 dated 1/11/1990, IPC: F 16 C 19/18 /

3. US 2,650,864 от 01.09.1953, U.S. C 1. 308-174 (прототип).3. US 2,650,864 dated 09/01/1953, U.S. C 1. 308-174 (prototype).

Claims

A multi-row ball bearing comprising a detachable block of outer and inner rings with spherical toroidal raceways and ball rolling bodies located therein, characterized in that the support block is made of solid outer and inner rings with a connector along the end planes of the latter, at the lateral corners of the inner cylindrical the surface of the outer rings and the outer cylindrical surface of the inner rings selected annular grooves with the possibility of forming the Assembly of spherical toroidal raceways, and the ratio of the radius of the raceway R _w to the radius of the ball rolling body r _w is R _w / r _w = 1.35-1.40, the contact angle of the rolling bodies is α = 52-57 °, while the inner diameter of the outer rings is larger and the outer the diameter of the inner rings is less than the diameter of the circle passing through the center of rotation of the ball rolling bodies.