WO2011139183A1 - Элемент качения и способ его изготовления - Google Patents

Элемент качения и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2011139183A1
WO2011139183A1 PCT/RU2011/000300 RU2011000300W WO2011139183A1 WO 2011139183 A1 WO2011139183 A1 WO 2011139183A1 RU 2011000300 W RU2011000300 W RU 2011000300W WO 2011139183 A1 WO2011139183 A1 WO 2011139183A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
rolling
rolling body
rolling element
rotation
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000300
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Евгений Николаевич ЗАХАРОВ
Original Assignee
Zakharov Evgeny Nikolaevich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zakharov Evgeny Nikolaevich filed Critical Zakharov Evgeny Nikolaevich
Publication of WO2011139183A1 publication Critical patent/WO2011139183A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/306—Means to synchronise movements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines

Definitions

  • the invention relates to the field of engineering, namely, to bearing assemblies and linear guides of machines operating in the conditions of maximum speed and load conditions.
  • a rolling element that contains a rolling body with a working surface of contact in contact with the supporting surfaces of the raceways, gears mounted coaxially with the rolling body and engaged with teeth of gear rims located equidistant to the raceways, while the gears are integral with rolling body.
  • the disadvantages of the known manufacturing method and element are the low accuracy of the angle of positioning of the teeth of the gears on opposite sides of one element due to the need for separate execution of the opposite teeth, and insufficient reliability of the bearing.
  • a known method of manufacturing a rolling element which consists in the fact that they produce a rolling body with a working surface in contact with the supporting surfaces of the raceways, and at least one synchronizing gear gear in contact with the teeth located equidistant to the supporting surfaces, mounted coaxially with the axis of rotation of the rolling body and associated with it (see Japan patent JP9100836 A, publ. 04/15/1997 and RF patent 2135851 C1, publ. 08/27/1999).
  • a rolling element contains a rolling body with a working surface of the race in contact with the supporting surfaces of the raceways, gears mounted coaxially with the rolling body and engaged with teeth located equidistant to the raceways, while the gears are fixed against rotation from the rolling body around their common axis of rotation due to their installation on the slots made on opposite sides of the rolling body.
  • the disadvantages of the known manufacturing method and the element are the low accuracy of the angle of positioning of the gear teeth on opposite sides of one element and the insufficient reliability of the bearing due to the need for separate execution of the opposite splines of the rolling body, and insufficient reliability of the bearing.
  • the technical result of the claimed inventions is to increase the reliability of bearing assemblies by increasing the accuracy of the manufacture of rolling elements with gears.
  • the gear is made in the form of a separate element with through a central recess, made at least from one of its end sides and forming a centering surface with a diameter smaller than the diameter of the tooth peaks and large diameter of the tooth depressions, while the gear is mounted on the end face of the rolling body, mating the centering surface of the gear with the surface of the rolling body, then fasten the gear to the rolling body, preventing at least rotation of the gear relative to the rolling body around their common axis of rotation.
  • the task in part of the method is also achieved by the fact that the centering surface of the gear is performed with a diameter equal to its pitch circle.
  • the task in part of the method is also achieved by the fact that in the gear a through hole is made with a diameter smaller than the diameter of the central recess, and it is attached to the rolling body by welding to its end surface, at least on the circumference of the through hole of the gear.
  • the task in part of the method is also achieved by the fact that in the through holes of the rolling body and gear set a common cylindrical axis, and fix the gear from rotation of the gear relative to the rolling body by displacing the cylindrical axis relative to the axis of the central recess of the gear.
  • the task in part of the method is also achieved by the fact that the rolling body and gear are mounted on a common cylindrical axis and the gear is fixed against rotation of the rolling body by means of longitudinal protrusions and grooves on the surface of the cylindrical axis and reciprocal protrusions and grooves in the openings of the rolling body and gear, in which is the cylindrical axis.
  • the task in part of the method is also achieved by the fact that the gear is fixed from disconnecting with the rolling body in the direction of the axis of their joint rotation.
  • the rolling element contains a rolling body with a working surface of the race in contact with the supporting surfaces of the raceways, at least one gear mounted coaxially with the rolling body and engaged with teeth located equidistant to the raceways, this gear is fixed against rotation relative to the rolling body around their common axis of rotation.
  • at least one of the end faces of the gear has a non-through recess in the form of a circle, coaxial to the diameter of the pitch circle of the gear, a rolling body is inserted into the recess with the possibility of centering for its coaxial installation with the gear, and the gear is fixed from being disconnected from the rolling body in direction of the axis of joint rotation of the gear and the rolling body.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the diameter of the recess of the gear is equal to the diameter of its pitch circle.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the rolling body is made in the form of a cylinder, and the diameter of the recess of the gear corresponds to the outer diameter of the rolling body.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the gears are installed on opposite ends of the rolling body, while the angular position of one gear of the rolling element is consistent with the position of the other gear of the latter.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the gear is connected to the rolling body by means of an integral connection, for example, by welding.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that a through hole is made on two opposite sides of the gear, and a rolling body is inserted into each gear hole.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that in the rolling bodies and the gear through holes are made with an offset relative to the axis of rotation, in which a common cylindrical axis is fixed, fixing the gear relative to the rolling body from rotation.
  • the cylindrical axis is made in the form of a fastening element, for example, rivets.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the rolling body is made in the form of a truncated cone.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the contact surface of the rolling body is made spherical or toroidal.
  • the rolling element is equipped with an axial displacement limiter made of annular flat surfaces and a disk protrusion constantly in contact with them.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the protrusion is located on the rolling element, and the annular flat surfaces are located on the supporting surface of at least one of the raceways.
  • the disk protrusion is made in the form of a ring worn on the rolling body and in contact with the end surfaces of the gear teeth.
  • the task in part of the device is also achieved by the fact that the disk protrusion is made integral with the gear.
  • FIG. 1 shows a rolling element with gears located on opposite sides of the rolling body
  • FIG. 4 an element assembled from two rolling bodies and one gear
  • FIG. 9 shows the assembly sequence of a bearing with rolling elements
  • FIG. 11 shows an assembled bearing with axial displacement stops made separately from the gear
  • FIG. 12 shows an embodiment of using a rolling element in a linear guide mechanism
  • FIG. 13 shows an embodiment of the use of a rolling element in a connecting rod mechanism.
  • the described element comprises a rolling body 1 with a rolling working surface 2 in contact, as shown in FIG. 9 and 10, with bearing surfaces 3 and 4 of the raceways, respectively, inner 5 and outer 6 cages.
  • gears 7 are mounted engaged with teeth, in this case, gears 8 and 9, located equidistant to the raceways.
  • gears 8 and 9 located equidistant to the raceways.
  • a non-through recess 10 is made in the form of a circle, coaxial to the diameter of the pitch circle of the gear 7.
  • a rolling body 1 is inserted into the recess 10, which is centered, ensuring its coaxial installation with gear 7.
  • the diameter of the recess 10 and the outer diameter of the rolling body 2 corresponds to the diameter of the pitch circle of the gear 7.
  • the centering essentially occurs along the portions of the recess 10 extending over the surface of the teeth of the gear 7.
  • a through hole 11 is made in it with a diameter smaller than the diameter of the recess 10, and the gear 7 is welded to the end surface of the rolling body 1, around the circumference of the hole 11 (Fig. 5).
  • a common cylindrical axis 12 is installed in the holes, which fixes the gear 7 from turning relative to the rolling body 1 by displacing the cylindrical axis 12 relative to the axis of the recess 10.
  • the cylindrical axis 12 is made in the form of a fastening element, for example, a rivet, it performs the functions of axial fixing , to prevent separation of the rolling body 1 and gear 7.
  • the rolling element can be performed with two gears 7 mounted on opposite ends of the rolling body 1.
  • the angular position of the gears should be consistent with each other to avoid distortion of the rolling body 1 relative to the generatrix of the line of the supporting surfaces 3 and 4.
  • the rolling element can be equipped with an axial displacement limiter made of flat annular surfaces 18 of the groove and the disk protrusion 19 that is constantly in contact with them.
  • the protrusions 19 can be made in the form of separate rings worn on the rolling body 1 (see Fig. 1 1). Or the protrusion 19 is made integral with the gear 7 (Fig. 3 and 7).
  • the groove with the surfaces 18 can be made in the form of an annular groove on the supporting surface 3 of the inner casing 5.
  • the cylindrical axis 12 can be installed coaxially with the gear and the rolling body 1, and in the axis 12 a keyway is made with a key 20 installed in it (see Fig. 11).
  • the described rolling element works as follows. In the case of using it as an element in a rolling bearing (see Fig. 10, 11), the radial load between the shaft and the housing or another link in the kinematic chain is transmitted by means of rotating inner rings 5 and outer 6 and located between their supporting surfaces 3 and 4 rotating bodies 1 rolling.
  • the rolling bodies 1 are synchronized with the supporting surfaces 3 and 4 by means of a planetary gearing, consisting of gear rims 8 and 9, respectively, of the inner 3 and outer 4 cages and gears 7 engaged with them fixed on the rolling bodies 1.
  • the effect of reducing torque keeps the tendency to decrease the ratio of the diameter of the rolling elements to the diameter of the cage, although this way leads to an increase in the bearing capacity of the bearing due to an increase in the rolling elements.
  • the decrease in the ratio of these diameters is also limited by the strength parameters of the separator. In the limit, such a separator degenerates into an elastic strip, which is not able to perform the force functions of pushing the rolling bodies into a reduced gap.
  • those rolling bodies 1 that are outside the load zone they move in an increased radial clearance between the supporting surfaces 3 and 4. Since the bodies 1 lack adhesion simultaneously with both supporting surfaces 3 and 4, the torque rolling the bodies 1 , absent. A centrifugal force presses the rolling bodies 1 against the outer cage 6, and the separator pushes the bodies 1 in the circumferential direction. Depending on the ratio of the friction forces in the vapor, the body - the separator and the body - the supporting surface 4, the body 1 will slip either relative to the supporting surface 4, or relative to the separator.
  • the rejection of the separator can reduce the ratio of the diameters of the rolling bodies 1 and the bearing race. This solution will improve the load and speed characteristics of the bearing with reduced dimensions.
  • the yoke 6 installed in the connecting rod 13 changes the direction of the angular oscillation about the axis of rotation two times per revolution of the crank 14. This means that rolling bodies 1 during a shaft revolution either accelerate or slow down, which is an additional factor intensifying the slip process.
  • the cage experiences alternating loads acting in the circumferential direction, which break it at higher shaft speeds.
  • FIG. 12 An embodiment of such a mechanism, for example, as a crank mechanism, is shown in FIG. 12, where 15 is the rocker or slider, and 16 is the contact surface of the rocker.
  • the manufacture of the rolling gear element from individual parts requires compliance with the extreme accuracy of their alignment with high process performance.
  • the manufacture of the rolling element described in the prototype involves the separate implementation of the seating surfaces under the gears with a change in the position of the part in the clamping device. At the same time, compliance with the condition for the accuracy of the angular positioning of the slots when they are performed is also required.
  • the axis 12 performs the functions of the lock, both from the angular and axial displacement of the gears 7 (when the axis 12 is in the form of a rivet).
  • recesses 10 are made on both sides into which the rolling bodies 1 are mounted. In this case, compliance with the requirements is required, both for the alignment of both recesses 10, performed in series, and for the parallelism of the planes to which the ends of the bodies 1 are adjacent after installing them in the recesses 10.
  • the described technical solutions can significantly increase the efficiency of circular and linear rolling bearings by increasing their load and speed characteristics while maintaining the required resource and reasonable cost of their manufacture.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Изобретения относятся к области машиностроения, а именно, к подшипниковым узлам машин, работающих в условиях предельных скоростных и нагрузочных режимов. Техническим результатом заявленных изобретений является повышение надежности работы и ресурса подшипника при использовании в условиях предельно возможных скоростных и нагрузочных режимов. Сущность изобретения заключается в том, что каждый элемент качения подшипника синхронизирован с наружной и внутренней обоймами при помощи зубчатого зацепления. С торцевой стороны каждой шестерни выполнено несквозное углубление в форме окружности, коаксиальной диаметру делительной окружности шестерни. В углубление вставлено тело качения, которое центрируется, обеспечивая соосную его установку с шестерней. При этом фиксация от проворота частей обойм осуществляется при помощи цилиндрической оси, установленной в сквозных отверстиях тела качения и шестерен и смещенной относительно оси вращения элемента качения. Фиксация может быть вьшолнена в виде шлицевого или шпоночного соединения цилиндрической оси, тела качения и шестерен. Отказ от сепаратора, используемого в известном уровне техники позволяет значительно повысить надежность работы шатунных подшипников, и увеличить удельные технические характеристики машин за счет повышения нагрузочной способности и расширения скоростного диапазона работы подшипников с гарантией требуемого ресурса. В наибольшей степени это касается газотурбинных и поршневых двигателей, установленных на объектах с предельными рабочими параметрами.

Description

Элемент качения и способ его изготовления
Область техники
Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к подшипниковым узлам и линейным направляющим машин, работающих в условиях предельных скоростных и нагрузочных режимов.
Предшествующий уровень техники
Известен способ изготовления элемента качения, заключающийся в том, что изготавливают тела качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, а на поверхности тела качения изготавливают зубья синхронизирующей шестерни, контактирующие с зубьями зубчатых венцов, расположенными эквидистантно опорным поверхностям дорожек качения (см. патент US 3938865 А, опубл.17.02.1976).
Из того же источника информации известен и элемент качения, содержащий тело качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, шестерни, установленные соосно с телом качения и зацепленные с зубьями зубчатых венцов, расположенными эквидистантно дорожкам качения, при этом шестерни выполнены заодно с телом качения.
Недостатками известного способа изготовления и элемента являются низкая точность угла позиционирования зубьев шестерен на противоположных сторонах одного элемента из-за необходимости раздельного выполнения противоположных зубьев, и недостаточная надежность работы подшипника.
Известен способ изготовления элемента качения, заключающийся в том, что изготавливают тела качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, а также изготавливают, по меньшей мере, одну синхронизирующую зубчатую шестерню, контактирующую с зубьями, расположенными эквидистантно опорным поверхностям, установленную соосно с осью вращения тела качения и связанную с ним (см. патент Японии JP9100836 А, опуб. 15.04.1997 и патент РФ 2135851 С1, опуб. 27.08.1999). Из этого же источника известен и элемент качения, содержащий тело качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, шестерни, установленные соосно с телом качения и зацепленные с зубьями, расположенными эквидистантно дорожкам качения, при этом шестерни зафиксированы от проворота относительно тела качения вокруг их общей оси вращения за счет их установки на шлицах, выполненных на противоположных сторнах тела качения.
Недостатками известного способа изготовления и элемента являются низкая точность угла позиционирования зубьев шестерен на противоположных сторонах одного элемента и недостаточная надежность работы подшипника из-за необходимости раздельного выполнения противоположных шлицов тела качения, и недостаточная надежность работы подшипника.
Раскрытие изобретений
Техническим результатом заявленных изобретений является повышение надежности подшипниковых узлов за счет повышения точности изготовления элементов качения с шестернями.
Поставленная задача достигается тем, что при изготовлении элемента качения, заключающемся в том, что изготавливают, по меньшей мере, одно тело качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, а также изготавливают, по меньшей мере, одну синхронизирующую зубчатую шестерню, контактирующую с зубьями, расположенными эквидистантно опорным поверхностям, установленную соосно с осью вращения тела качения и связанную с ним, согласно изобретению, шестерню изготавливают в виде отдельного элемента с несквозным центральным углублением, выполненным, по меньшей мере, с одной ее торцевой стороны и образующим центрирующую поверхность с диаметром, меньшим диаметра вершин зубьев и большим диаметра впадин зубьев, при этом шестерню насаживают на торец тела качения, сопрягая центрирующую поверхность шестерни с поверхностью тела качения, после чего скрепляют шестерню с телом качения, предотвращая, по меньшей мере, проворот шестерни относительно тела качения вокруг их общей оси вращения.
Поставленная задача в части способа достигается также тем, что центрирующую поверхность шестерни выполняют с диаметром, равным ее делительной окружности.
Поставленная задача в части способа достигается также тем, что в шестерне выполняют сквозное отверстие с диаметром, меньшим диаметра центрального углубления, а прикрепляют ее к телу качения путем приваривания к торцевой его поверхности, по меньшей мере, на части окружности сквозного отверстия шестерни. Поставленная задача в части способа достигается также тем, что в сквозных отверстиях тела качения и шестерни устанавливают общую цилиндрическую ось, и фиксируют от проворота шестерню относительно тела качения за счет смещения цилиндрической оси относительно оси центрального углубления шестерни.
Поставленная задача в части способа достигается также тем, что тело качения и шестерню устанавливают на общей цилиндрической оси и фиксируют от проворота шестерню относительно тела качения при помощи продольных выступов и пазов на поверхности цилиндрической оси и ответных выступов и пазов в отверстиях тела качения и шестерни, в которых расположена цилиндрическая ось.
Поставленная задача в части способа достигается также тем, что шестерню фиксируют от разъединения с телом качения в направлении оси их совместного вращения.
Поставленная задача в части устройства достигается тем, что элемент качения, содержит тело качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, по меньшей мере, одну шестерню, установленную соосно с телом качения и зацепленную с зубьями, расположенными эквидистантно дорожкам качения, при этом шестерня зафиксирована от проворота относительно тела качения вокруг их общей оси вращения. Согласно изобретению, по меньшей мере, с одной из торцевых сторон шестерни выполнено несквозное углубление в форме окружности, коаксиальной диаметру делительной окружности шестерни, в углубление вставлено тело качения с возможностью центрирования для соосной его установки с шестерней, и шестерня зафиксирована от разъединения от тела качения в направлении оси совместного вращения шестерни и тела качения.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что диаметр углубления шестерни равен диаметру ее делительной окружности.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что тело качения выполнено в виде цилиндра, а диаметр углубления шестерни соответствует наружному диаметру тела качения.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что шестерни установлены на противоположных торцах тела качения, при этом угловое положение одной шестерни элемента качения согласовано с положением другой шестерни последнего.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что шестерня соединена с телом качения при помощи неразъемного соединения, например, при помощи сварки. Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что несквозное углубление выполнено на двух противоположных сторонах шестерни, и в каждое углубление шестерни вставлено тело качения.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что в телах качения и шестерне вьшолнены сквозные отверстия со смещением относительно оси их вращения, в которых установлена общая цилиндрическая ось, фиксирующая от проворота шестерню относительно тела качения.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что цилиндрическая ось выполнена в виде крепежного элемента, например, заклепки.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что тело качения выполнено в виде усеченного конуса.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что контактная поверхность тела качения выполнена сферической или тороидальной.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что элемент качения снабжен ограничителем осевого смещения, выполненным из кольцевых плоских поверхностей и постоянно контактирующего с ними дискового выступа.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что выступ расположен на элементе качения, а кольцевые плоские поверхности расположены на опорной поверхности, по меньшей мере, одной из дорожек качения.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что дисковый выступ выполнен в виде кольца, надетого на тело качения и контактирующего с торцевыми поверхностями зубьев шестерни.
Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что дисковый выступ выполнен заодно с шестерней.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан элемент качения с расположенными на противоположных сторонах тела качения шестернями;
На фиг. 2 - то же, элемент с ограничителем осевого смещения, выполненным заодно с шестерней;
На фиг. 3 - то же, с утолщенным ограничителем осевого смещения;
На фиг. 4 - элемент, собранный из двух тел качения и одной шестерни;
На фиг. 5 - элемент качения с приваренными к телу качения шестернями;
На фиг. 6 - элемент качения в изометрии, подсборка;
На фиг. 7 - то же, элемент качения с ограничителем осевого смещения; На фиг. 8 - то же, элемент качения с одной шестерней;
На фиг. 9 показана последовательность сборки подшипника с элементами качения; На фиг. 10 - то же, собранный подшипник;
На фиг. 11 показан собранный подшипник с ограничителями осевого смещения, выполненными отдельно от шестерни;
На фиг. 12 показан вариант использования элемента качения в механизме с линейной направляющей;
На фиг. 13 показан вариант использования элемента качения в шатунном механизме. Лучшие варианты осуществления изобретений
Описываемый элемент содержит тело качения 1 с рабочей поверхностью 2 качения, контактирующей, как показано на фиг. 9 и 10, с опорными поверхностями 3 и 4 дорожек качения, соответственно, внутренней 5 и наружной 6 обойм. На противоположных сторонах тела 1 качения, соосно с ним, установлены шестерни 7, зацепленные с зубьями, в данном случае зубчатых венцов 8 и 9, расположенными эквидистантно дорожкам качения. С торцевой стороны каждой шестерни 7 выполнено несквозное углубление 10 в форме окружности, коаксиальной диаметру делительной окружности шестерни 7. В углубление 10 вставлено тело 1 качения, которое центрируется, обеспечивая соосную его установку с шестерней 7. Для корректной совместной работы зацепления и подшипника диаметр углубления 10 и наружный диаметр тела 2 качения соответствуют диаметру делительной окружности шестерни 7. Центрирование, по существу, происходит по участкам углубления 10, проходящим по поверхности зубьев шестерни 7.
Для фиксирования шестерни 7 от проворота относительно тела 1 качения, в ней выполняют сквозное отверстие 11 с диаметром, меньшим диаметра углубления 10, и приваривают шестерню 7 к торцевой поверхности тела 1 качения, по окружности отверстия 11 (фиг. 5).
Либо выполняют сквозные отверстия в теле 1 качения и шестерне 7. Причем отверстия смещены относительно оси совместного их вращения. В отверстия устанавливают общую цилиндрическую ось 12, которая фиксирует шестерню 7 от проворота относительно тела 1 качения за счет смещения цилиндрической оси 12 относительно оси углубления 10. При выполнении цилиндрической оси 12 в виде крепежного элемента, например, заклепки, она выполняет функции фиксации в осевом направлении, для предотвращения разъединения тела 1 качения и шестерни 7.
При выполнении элемента качения с одной шестерней 7, желательно ее устанавливать симметрично в средней его части. Для такой установки углубление 10 выполняют на двух противоположных торцевых сторонах шестерни 7, и в каждое углубление 10 устанавливают тело 1 качения (см. фиг. 4 и 8). Наиболее подходящим вариантом фиксации шестерни 7 и тела 1 от проворота является крепление с помощью цилиндрической оси 12, расположенной в сквозных отверстиях тел 1 и шестерни 7, смещенных относительно оси их совместного вращения.
Элемент качения может выполняться с двумя шестернями 7, установленными на противоположных торцах тела 1 качения. При таком выполнении угловое положение шестерен должно быть согласовано между собой для исключения перекоса тела 1 качения относительно образующей линии опорных поверхностей 3 и 4.
Элемент качения может быть снабжен ограничителем осевого смещения, выполненным из плоских кольцевых поверхностей 18 канавки и постоянно контактирующего с ними дискового выступа 19. Выступы 19 могут быть вьшолнены в виде отдельных колец, надеваемых на тело 1 качения (см. фиг. 1 1). Либо выступ 19 выполнен заодно с шестерней 7 (фиг. 3 и 7). Канавка с поверхностями 18 может быть выполнена в виде кольцевой проточки на опорной поверхности 3 внутренней обоймы 5.
Возможна фиксация шестерен 7 от проворота относительно тел 1 качения при помощи пшоночного или шлицевого соединения. При этом цилиндрическая ось 12 может быть установлена соосно с шестерней и телом 1 качения, а в оси 12 выполнен шпоночный паз с установленной в ней шпонкой 20 (см. фиг. 11).
Описываемый элемент качения работает следующим образом. В случае использования его в качестве элемента в подшипнике качения (см. фиг. 10, 11), радиальная нагрузка между валом и корпусом или другим звеном кинематической цепи передается посредством вращающихся друг относительно друга внутренней 5 и наружной 6 обойм и расположенных между их опорными поверхностями 3 и 4 вращающихся тел 1 качения. Тела 1 качения синхронизированы с опорными поверхностями 3 и 4 посредством планетарного зубчатого зацепления, состоящего из зубчатых венцов 8 и 9, соответственно, внутренней 3 и наружной 4 обойм и зацепленных с ними шестерен 7, зафиксированных на телах 1 качения.
Такая синхронизация позволяет исключить касание тел 1 между собой, что дает возможность отказаться от такого элемента подшипника, как сепаратор. В таком случае полностью исключается трение скольжения в подшипнике качения. Но основным фактором, определяющим выбор в пользу заявленного технического решения, является исключение проскальзывания тела 1 качения относительно опорных поверхностей 3 и 4 подшипника. Так, при входе тела 1 в уменьшенный под действием радиальной нагрузки рабочий зазор между опорными поверхностями 3 и 4, тело испытывает сопротивление. Для того чтобы вкатиться в уменьшенный зазор, тело 1 должно иметь достаточное сцепление с опорными поверхностями, определяемое силой трения скольжения. В сепараторных подшипниках входящее в рабочую зону тело 1 дополнительно толкается сепаратором. А сепаратор, в свою очередь, толкается телом 1, выходящим из зоны действия нагрузки. Окружная сила, толкающая как тело 1 качения, так и сепаратор, образуется в результате действия крутящего момента от сил трения скольжения между телом 1 качения и опорными поверхностями 3 и 4.
При повышении сопротивления входу тела 1 в зону действия нагрузки происходит проскальзывание опорных поверхностей 3 и 4 относительно рабочей поверхности 2 тела 1 , выходящего из зоны действия нагрузки. Значит, сепаратор не получает окружного усилия и не может помочь телу 1, входящему в зону действия нагрузки, который также проскальзывает относительно опорных поверхностей 3 и 4. Проскальзывание же под действием нагрузки, в свою очередь, вызывает приваривание вершин неровностей (при стальных деталях подшипника) или эрозионное изнашивание поверхностей.
При этом следует отметить, что стремление снизить коэффициент трения скольжения контактных поверхностей подшипника для минимизации последствий проскальзывания и снижения трения в сепараторе, приводит к снижению крутящего момента, ведущего тело 1 качения, что, в свою очередь, способствует интенсификации проскальзывания.
Эффект снижения крутящего момента удерживает тенденцию к снижению отношения диаметра тел качения к диаметру обойм, хотя такой путь ведет к увеличению нагрузочной способности подшипника за счет увеличения тел качения. Уменьшение отношения указанных диаметров ограничено также прочностными параметрами сепаратора. В пределе такой сепаратор вырождается в упругую полосу, которая не в состоянии совершать силовые функции вталкивания тел качения в уменьшенный зазор.
В связи с этим следует обратить внимание на то, что при снижении такого отношения уменьшается и расстояние между точками опор, являющихся телами 1 качения, что уменьшает величину деформации обоймы подшипника в зоне действия нагрузки. Значит, потребуются меньшие усилия по вводу тела 1 качения в зону нагрузки.
Что касается тех тел 1 качения, которые находятся вне зоны нагрузки, то они перемещаются в увеличенном радиальном зазоре между опорными поверхностями 3 и 4. Так как у тел 1 отсутствует сцепление одновременно с обеими опорными поверхностями 3 и 4, то крутящий момент, перекатывающий тела 1, отсутствует. Центробежная сила прижимает тела 1 качения к наружной обойме 6, а сепаратор толкает тела 1 в окружном направлении. В зависимости от соотношения сил трения в парах тело - сепаратор и тело - опорная поверхность 4, тело 1 будет проскальзывать либо относительно опорной поверхности 4, либо относительно сепаратора.
Таким образом, представляется, что основным разрушающим фактором подшипника качения является процесс проскальзывания контактных поверхностей.
Все перечисленные проблемы подшипников качения, а также линейных опор качения, решаются путем зубчатой синхронизации тел 1 качения и опорных поверхностей 3 и 4. На всем периметре зубчатого подшипника гарантировано сцепление тел 1 качения с обеими опорными поверхностями. Значит, отсутствует проскальзывание контактных поверхностей. Каждое тело 1, входящее в зону действия нагрузки, вкатывается в уменьшенный зазор с помощью собственных шестерен 7, а в ненагруженной зоне тела 1 перекатываются без проскальзывания. При этом отсутствие сепаратора позволяет сблизить тела 1, увеличив их число в нагруженной зоне и уменьшив деформации опорных поверхностей обойм.
Кроме того, отказ от сепаратора позволяет уменьшить отношение диаметров тел 1 качения и обойм подшипника. Такое решение позволит повысить нагрузочные и скоростные характеристики подшипника при уменьшенных габаритах.
Следует отметить, что наибольший эффект от использования зубчатых подшипников может быть получен при использовании их в механизмах с переменной скоростью за цикл и в линейных опорах качения.
Так, например, в паре шатун - кривошип (см. фиг. 13), обойма 6, установленная в шатуне 13, за оборот кривошипа 14 два раза меняет направление углового качания вокруг оси вращения. Значит, тела 1 качения за оборот вала то разгоняются, то тормозятся, что является дополнительным фактором, интенсифицирующим процесс проскальзывания.
Кроме того, в сепараторном подшипнике сепаратор испытывает переменные нагрузки, действующие в окружном направлении, которые разрьшают его на повышенных частотах вращения вала.
В механизмах с линейными опорами, как представляется, нет альтернативы зубчатым элементам качения. Пары скольжения требуют решения проблем гарантированного подвода смазки под давлением к контактным поверхностям, а в опорах качения без зубчатой синхронизации контактных поверхностей - проскальзывание неизбежно. Вариант выполнения такого механизма, например, в качестве кривошипно- кулисного, показан на фиг. 12, где 15 - кулисный камень или ползун, а 16 - контактные поверхности кулисы.
Главной проблемой при реализации зубчатых подшипников является их технологичность. При массовом производстве подшипников внецентровое шлифование тел качения является наиболее приемлемым процессом. Например, в известном подшипнике патента США такой вариант возможен из-за равенства диаметров тела качения и вершин зубьев шестерен. Однако выполнение зубьев на твердом теле качения возможно только с помощью электроэрозионной обработки, являющейся малопроизводительным процессом. При этом для обеспечения соосности контактной поверхности тела качения и делительного диаметра шестерни необходима центровка именно по готовой контактной поверхности тела качения.
Изготовление же зубчатого элемента качения из отдельных деталей требует соблюдения предельных точностей их центровки при высокой производительности процесса.
Изготовление элемента качения, описанное в прототипе, предполагает раздельное выполнение посадочных поверхностей под шестерни со сменой положения детали в зажимном приспособлении. При этом требуется и соблюдение условия точности углового позиционирования шлицев при их выполнении.
Представляется, что раздельное выполнение шестерен 7 с углублениями 10, центрированными по вершинам зубьев и надетыми на контактные поверхности тел 1 качения, более технологичный процесс. При этом современные достижения процесса сварки позволяют быстро и качественно скреплять легированные твердые сплавы без снижения твердости контактной поверхности за счет локального разогрева скрепляемых деталей. Сварка и другие способы крепления шестерен к телу качения производятся в оправках (на чертежах не показаны), обеспечивающих точное угловое позиционирование шестерен (в случае применения двух шестерен на торцах тела качения).
Крепление с помощью цилиндрической оси 12, смещенной от оси вращения элемента качения, предусматривает выполнение предварительных черновых отверстий как в теле 1 качения, так и в шестернях 7. Тела 1 собирают с шестернями 7, обеспечивая совпадение отверстий в пределах допуска. Сборку устанавливают в оправке, обеспечивающей необходимое угловое позиционирование шестерен 7, после чего выполняют чистовое эксцентричное отверстие, например, при помощи электроэрозионного оборудования, с минимальным съемом материала и приемлемой скоростью.
Ось 12 выполняет при этом функции фиксатора, как от углового, так и осевого смещения шестерен 7 (при выполнении оси 12 в виде заклепки).
При выполнении элемента качения с одной шестерней 7, в последней выполняют углубления 10 с обеих сторон, в которые устанавливают тела 1 качения. В этом случае требуется соблюдение требований, как к соосности обоих углублений 10, выполняемых последовательно, так и к параллельности плоскостей, к которым прилегают торцы тел 1 после установки их в углубления 10. Промышленная применимость
Таким образом, описываемые технические решения позволяют значительно повысить эффективность работы круговых и линейных подшипников качения за счет увеличения их нагрузочной и скоростной характеристик при сохранении требуемого ресурса и приемлемой стоимости их изготовления.

Claims

Формула изобретения
1. Способ изготовления элемента качения, заключающийся в том, что изготавливают, по меньшей мере, одно тело качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, а также изготавливают, по меньшей мере, одну синхронизирующую зубчатую шестерню, контактирующую с зубьями, расположенными эквидистантно опорным поверхностям, установленную соосно с осью вращения тела качения и связанную с ним, отличающийся тем, что шестерню изготавливают в виде отдельного элемента с несквозным центральным углублением, выполненным, по меньшей мере, с одной ее торцевой стороны и образующим центрирующую поверхность с диаметром, меньшим диаметра вершин зубьев и большим диаметра впадин зубьев, при этом шестерню насаживают на торец тела качения, сопрягая центрирующую поверхность шестерни с поверхностью тела качения, после чего скрепляют шестерню с телом качения, предотвращая, по меньшей мере, проворот шестерни относительно тела качения вокруг их общей оси вращения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что центрирующую поверхность шестерни выполняют с диаметром, равным ее делительной окружности.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в шестерне выполняют сквозное отверстие с диаметром, меньшим диаметра центрального углубления, а прикрепляют ее к телу качения путем приваривания к торцевой его поверхности, по меньшей мере, на части окружности сквозного отверстия шестерни.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в сквозных отверстиях тела качения и шестерни устанавливают общую цилиндрическую ось, и фиксируют от проворота шестерню относительно тела качения за счет смещения цилиндрической оси относительно оси центрального углубления шестерни.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что шестерню фиксируют от разъединения с телом качения в направлении оси их совместного вращения.
6. Элемент качения, содержащий тело качения с рабочей поверхностью качения, контактирующей с опорными поверхностями дорожек качения, по меньшей мере, одну шестерню, установленную соосно с телом качения и зацепленную с зубьями, расположенными эквидистантно дорожкам качения, при этом шестерня зафиксирована от проворота относительно тела качения вокруг их общей оси вращения, отличающийся тем, что, по меньшей мере, с одной из торцевых сторон шестерни выполнено несквозное углубление в форме окружности, коаксиальной диаметру делительной окружности шестерни, в углубление вставлено тело качения с возможностью центрирования для соосной его установки с шестерней, и шестерня зафиксирована от разъединения от тела качения в направлении оси совместного вращения шестерни и тела качения.
7. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что диаметр углубления шестерни равен диаметру ее делительной окружности.
8. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что тело качения выполнено в виде цилиндра, а диаметр углубления шестерни соответствует наружному диаметру тела качения.
9. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что шестерни установлены на противоположных торцах тела качения, при этом угловое положение одной шестерни элемента качения согласовано с положением другой шестерни последнего.
10. Элемент качения по п. 6 отличающийся тем, что шестерня соединена с телом качения при помощи неразъемного соединения, например, при помощи сварки.
11. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что несквозное углубление выполнено на двух противоположных сторонах шестерни, и в каждое углубление шестерни вставлено тело качения.
12. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что в телах качения и шестерне вьшолнены сквозные отверстия со смещением относительно оси их вращения, в которых установлена общая цилиндрическая ось, фиксирующая от проворота шестерню относительно тела качения.
13. Элемент качения по п. 12, отличающийся тем, что цилиндрическая ось выполнена в виде крепежного элемента, например, заклепки.
14. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что тело качения выполнено в виде усеченного конуса.
15. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что контактная поверхность тела качения выполнена сферической или тороидальной.
16. Элемент качения по п. 6, отличающийся тем, что он снабжен ограничителем осевого смещения элемента качения, выполненным из кольцевых плоских поверхностей и постоянно контактирующего с ними дискового выступа.
17. Элемент качения по п. 16, отличающийся тем, что выступ расположен на элементе качения, а кольцевые плоские поверхности расположены на опорной поверхности, по меньшей мере, одной из дорожек качения.
18. Элемент качения по п. 17, отличающийся тем, что дисковый выступ выполнен в виде кольца, надетого на тело качения и контактирующего с торцевыми поверхностями зубьев шестерни.
19. Элемент качения по п. 17, отличающийся тем, что дисковый выступ выполнен заодно с шестерней.
PCT/RU2011/000300 2010-05-04 2011-05-04 Элемент качения и способ его изготовления WO2011139183A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010117589/11A RU2425263C1 (ru) 2010-05-04 2010-05-04 Элемент качения и способ его изготовления
RU2010117589 2010-05-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011139183A1 true WO2011139183A1 (ru) 2011-11-10

Family

ID=44753616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000300 WO2011139183A1 (ru) 2010-05-04 2011-05-04 Элемент качения и способ его изготовления

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2425263C1 (ru)
WO (1) WO2011139183A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE149302C (de) * 1902-11-28 1904-04-02 Amos Clinton Stilson Rollenlager
JPH09100836A (ja) * 1995-10-02 1997-04-15 Thk Kk ころ軸受
RU2135851C1 (ru) * 1997-10-16 1999-08-27 Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева Подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный
RU2161740C2 (ru) * 1999-03-30 2001-01-10 Озерский технологический институт Московского инженерно-физического института ( технического университета) Роликовый подшипник
RU2387892C2 (ru) * 2008-03-24 2010-04-27 Анатолий Александрович Андросов Роторный подшипник качения

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE149302C (de) * 1902-11-28 1904-04-02 Amos Clinton Stilson Rollenlager
JPH09100836A (ja) * 1995-10-02 1997-04-15 Thk Kk ころ軸受
RU2135851C1 (ru) * 1997-10-16 1999-08-27 Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева Подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный
RU2161740C2 (ru) * 1999-03-30 2001-01-10 Озерский технологический институт Московского инженерно-физического института ( технического университета) Роликовый подшипник
RU2387892C2 (ru) * 2008-03-24 2010-04-27 Анатолий Александрович Андросов Роторный подшипник качения

Also Published As

Publication number Publication date
RU2425263C1 (ru) 2011-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8037606B2 (en) Method of producing mechanism for converting rotational motion into linear motion
US6261004B1 (en) Main shaft gear mechanism for automobile speed changers, and tapered roller bearing used therefor
US9127723B2 (en) One-way clutch and power generating apparatus
EP2706265B1 (en) Speed reducer
EP0003793B1 (en) Planetary-roller transmission with elastic roller or ring
US20160377125A1 (en) Assembly for a synchronization unit of a gear-changing transmission
CN111059244B (zh) 全机械式自适应自动变速器
WO2018086195A1 (zh) 谐波齿轮传动装置用新型柔轮和波发生器组件
WO2011139183A1 (ru) Элемент качения и способ его изготовления
JP6136390B2 (ja) 風力発電装置用の一方向クラッチ及び一方向クラッチユニット
US6902046B1 (en) High performance sprag clutch assembly
AU2018206286B2 (en) Synchronized free-wheel roller
US10330153B2 (en) Synchronized roller with free wheels
CN104565123A (zh) 带行星减速机构的单向离合器
CN110657173A (zh) 一种内星轮超越离合器
JP2006336771A (ja) プーリ装置及びその製造方法
RU2427734C1 (ru) Бессепараторный подшипник качения (варианты) и способ его сборки (варианты)
WO2011139184A1 (ru) Способ изготовления элемента качения и элемент качения
JP2014173698A (ja) クラッチユニットの組立方法
US20230383826A1 (en) Ball screw device and method for manufacturing same
US20200040945A1 (en) Radial roller bearing cage
EP2708769A1 (en) Pulley assembly, in particular for vehicle alternators
JP5982326B2 (ja) トロイダル型無段変速機
CN117739100A (zh) 一种便于组装的少齿差行星减速器
JP6064690B2 (ja) 風力発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11777635

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11777635

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1