Роликопідшипник конічний дворядний замкнений

Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам качения. Роликоподшипник конический двухрядный замкнутый предназначен для восприятия радиальной и двусторонней осевой нагрузок и применения, преимущественно, в качестве скоростного, прецизионного, шпиндельного. Известен роликоподшипник конический двухрядный [Патент Германии Ns 331651, кл. 47b, группа 12, фиг. 4, 7, 8, 10], характеризующийся тем, что двусторонний борт с направляющими поверхностями на торцах, выполнен на наружном кольце. Конструктивно роликоподшипник наиболее близок к заявляемому по настоящей заявке и принят в качестве прототипа. Основной недостаток такого роликоподшипника - низкая быстроходность, повышенный нагрев. Общей характерной особенностью работы конических роликоподшипников, в том числе и прототипа, является качение конических роликов по дорожкам и скольжение их больших торцев роликов по направляющим бортам. При этом следует иметь в виду, что потери на трение скольжения больших торцев по бортам превышают потери на трение качения роликов по дорожкам и, фактически, являются главной причиной низкой быстроходности конических роликоподшипников и повышенного тепловыделения в них. В основу изобретения по настоящей заявке поставлена задача создать роликоподшипник конический двухрядный, в котором путем наложения дополнительных условий на размеры, форму, количество и взаимное расположение тел и дорожек качения и увеличения степени подвижности направляющих бортов обеспечивается снижение потерь на трение в роликоподшипнике и за счет этого повышается быстроходность, долговечность и осевая нагрузочная способность роликоподшипника, снижается тепловыделение в нем. Поставленная задача решается тем, что в роликоподшипнике коническом двухрядном по п. 1 формулы изобретения, содержащем внутреннее и наружное кольца, конические ролики, обращенные друг к другу большими торцами, направляющие борты на наружном кольце, жестко с ним связанные и прилежащие к большим торцам роликов обоих рядов, согласно изобретению отличающийся тем, что количество роликов в рядах одинаково, ролики размещены попарно в общих осевых плоскостях, их большие торцы сопряжены, направляющие борты находятся на некотором расстоянии от прилежащих к ним больших торцев роликов, а углы конусов, образующих дорожки качения на наружном и внутреннем кольцах одного ряда роликовой a 1 и b 1 соответственно и углы конусов, образующих дорожки качения на наружном и внутреннем кольцах другого ряда роликов a 2 и b 2 соответственно, связаны соотношением Другое отличие роликоподшипника конического двухрядного согласно п. 2 формулы изобретения заключается в том, что последний содержит отдельное промежуточное кольцо, установленное свободно между дорожками качения наружного кольца, внутренняя поверхность промежуточного кольца выполнена цилиндрической; расположена соосно к оси роликоподшипника, прилежит к большим торцам роликов обоих рядов и находится на некотором расстоянии or указанных больших торцев роликов. Снижение потерь на трение в роликоподшипнике по настоящей заявке обусловлено следующим: во-первых, одинаковое количество роликов в рядах и их попарное размещение в общих осевых плоскостях позволяет путем осевого сближения рядов осуществить постоянный междурядный попарный контакт больших торцев роликов; во-вторых, наличие некоторого наперед заданного расстояния между направляющими бортами и прилежащими к ним большими торцами роликов исключает возможность одновременного контакта обоих торцев роликовой пары с прилежащими к ним бортами; в-третьих, возможность свободного вращения направляющих бортов вокруг оси роликоподшипника снижает скорость скольжения в их контакте с большими торцами роликов и, соответственно, снижаются потери на трение в роликоподшипнике от действия осевой нагрузки. Реализация в конструкции роликоподшипника по п. 1 формулы изобретения первого и второго условий обеспечивает независимость взаимодействия больших торцев роликов друг с другом от их взаимодействия с направляющими бортами. В результате, составляющие нагрузок -радиальной, предварительного натяга и инерционной, направленные вдоль осей роликов и действующие на оба ряда роликов одновременно, - уравновешиваются во взаимном обкатывании больших торцев роликов друг по другу и бортами не воспринимаются. Нагрузка в контакте больших торцев роликов с одним из направляющих бортов появляется только при действии осевой нагрузки на роликоподшипник и исчезает при прекращении ее действия. Выполнение соотношения (1) согласно п. 1 формулы изобретения обеспечивает равенство угловых скоростей рядов роликов, возможность их совместного окружного движения, например в общем сепараторе, что позволяет реализовать конструкцию роликоподшипника с учетом первого и второго условий. Конструкции роликоподшипников конических двухрядных по пп. 1 и 2 формулы изобретения изображены на фиг. 1 и 2 соответственно. Роликоподшипник по фиг. 1 состоит из внутреннего кольца 1, наружного кольца 2, двух рядов конических роликов 3 и 4, размещенных попарно в общих осевых плоскостях и сопряженных взаимно большими торцами 5 и 6 соответственно. Направляющие борты 7 и 8 на наружном кольце 2 находятся на некоторых расстояниях D1 и D2 соответственно от больших торцев роликов прилежащих рядов. Углы конусов дорожек качения на кольцах удовлетворяют соотношению (1), которое обеспечивает равенство угловых скоростей рядов роликов, возможность размещения последних в общем сепараторе (на чертеже не показан), Сумма расстояний D1 + D2 между большими торцами роликов и направляющими бортами, к ним прилежащими, должна быть достаточной, чтобы обеспечить постоянный взаимный контакт больших торцев роликов - с одной стороны, и минимальную осевую "игру" наружного и внутреннего колец при изменении направления действия осевой нагрузки - с другой. Роликоподшипник по фиг. 2 состоит из внутреннего кольца 9, наружного кольца 10, двух рядов конических роликов 11 и 12, сопряженных друг с другом большими торцами 13 и 14 соответственно, отдельного промежуточного кольца 15, установленного между дорожками качения наружного кольца 10 подвижно в радиальном, осевом и круговом направлениях. Внутренняя поверхность 16 промежуточного кольца 15 цилиндрическая, соосна оси роликоподшипника, расположена на некотором расстоянии D3 от больших торцев роликов прилежащих рядов. Углы конусов дорожек качения на кольцах удовлетворяют соотношению (1). Расстояние D3 должно быть достаточным, чтобы обеспечить, в первую очередь, взаимный контакт больших торцев 13 и 14 -с одной стороны, и минимальную осевую "игру" наружного и внутреннего колец при изменении направления действия осевой нагрузки - с другой. Основные особенности работы роликоподшипника по п. 1 формулы изобретения поясняются путем сравнения потерь на трение в нем относительно прототипа при действии в указанных роликоподшипниках одинаковых по величине составляющих радиальной нагрузки R, осевой нагрузки А, предварительного натяга N и инерционной нагрузки U, представленных в прилагаемой таблице. При равенстве углов дорожек качения нагрузки в контакте роликов с дорожками качения для обоих типов роликоподшипников примерно одинаковы: а потери на трение качения роликов по дорожкам практически равны между собой (см. таблицу). С достаточной точностью потери на трение P1 скольжения в контакте торцев роликов с направляющими поверхностями двустороннего борта в роликоподшипнике по патенту Германии №331651 определяются выражением где V1 - средняя скорость скольжения в контакте торцев роликов с бортами; f 1 - коэффициент трения скольжения в контакте торцев роликов с бортами. Аналогично, потери на трение Р2 скольжения в контакте торцев роликов с направляющей поверхностью двустороннего борта и во взаимном обкатывании торцев роликов в роликоподшипнике по п. 1 формулы изобретения определяются выражением где V2 - средняя скорость взаимного обкатывания торцев роликов; f 2 ~ коэффициент трения качения во взаимном контакте торцев роликов. Если принять то потери на трение по выражениям (2) и (3) отличаются только вторыми членами, для сравнения которых можно принять: - из конструктивных соображений; - закаленные сталь по стали. Тогда В шпиндельных узлах скоростных прецизионных станков доля осевой нагрузки в подшипниках качения не превышает 25% от общей, а основную долю в подшипниках качения составляют предварительный натяг N и инерционная нагрузка U. С учетом потерь на трение торцев роликов по направляющим бортам от действия осевой нагрузки А, общие потери на трение торцев роликов по бортам в роликоподшипнике по п. 1 формулы изобретения в 7-8 раз меньше, чем в роликоподшипнике ио патенту Германии №331651. В роликоподшипнике по п. 2 формулы изобретения: с одной стороны, реакции в контакте больших торцев роликов цилиндрической поверхностью 16 направлены перпендикулярно к последней и не могут смещать промежуточное кольцо 15 в осевом направлении; с другой стороны, наличие взаимного контакта больших торцев роликов не позволяет сместить промежуточное кольцо 15 в радиальном направлении на величину, большую D3. Таким образом, промежуточное кольцо 15 посредством цилиндрической поверхности 16, прилежащей к большим торцам роликов обоих рядов может выполнить роль подвижного направляющего борта. В результате снижаются в 2-5 раз потери на трение скольжения в контакте больших торцев роликов с направляющими бортами от собственно осевой нагрузки, действующей на роликоподшипник, так как снижается скорость скольжения в контакте - борт вращается. Итак, роликоподшипник по п. 1 формулы изобретения может быть рекомендован для больших радиальных, малых и средних осевых нагрузок при высоких и особо высоких частотах вращения, роликоподшипник по п. 2 формулы изобретения - для больших осевых нагрузок при высоких и особо высоких частотах вращения. Роликоподшипник конический двухрядный замкнутый может найти применение в энергетическом, транспортном и общем машиностроении и других областях техники.