Роликовий підшипник

Реферат: Даний винахід належить до машинобудування і може бути використаний у виробництві, експлуатації та ремонті підшипників як з циліндричними, так і з конічними, і з бочкоподібними роликами. Заявлений роликовий підшипник містить щонайменше одне зовнішнє і одне внутрішнє кільця, що має щонайменше один борт зі скошеною під кутом (  0 ) робочою поверхнею, технологічну канавку, що сполучає робочу поверхню борту з доріжкою кочення, і ролики, розташовані між кільцями. Робоча поверхня кожного борту плавно сполучена з поверхнею дна технологічної канавки. Робочі поверхні опорних торців роликів виконані сферичними. Робочі поверхні опорних торців роликів та робочі поверхні бортів dH  2eR характеризуються наступною залежністю: L  , де L - відстань точки контакту робочої 2H опорної поверхні торця ролика з робочою поверхнею борту до утворюючої доріжки кочення кільця, мм; d - зовнішній діаметр ролика з боку його опорної торцевої поверхні, мм; H розрахункова висота борту кільця, мм; e - величина скошеності робочої поверхні борту, при розрахунковій висоті борту, рівній H , мм; R - радіус кривизни опорної торцевої поверхні ролика, мм;  0 - кут скошеності робочої поверхні борту, град. Винахід полягає у зменшенні тертя ковзання в зоні контакту торців роликів з бортами кілець, що зменшить, тим самим, роботу сил тертя, нагрівання підшипників і підвищить їх ресурс. UA 113325 C2 (12) UA 113325 C2 UA 113325 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до машинобудування і може бути використаний у виробництві, експлуатації та ремонті підшипників як з циліндричними, так і з конічними, і з бочкоподібними роликами. Відомі роликові підшипники, що містять зовнішнє і внутрішні кільця з бортами, що сполучені з доріжками кочення і розміщені між ними роликами. Однак, у відомих роликових підшипниках, тертя ковзання досягає значних величин, що призводить до значного нагрівання підшипників, інтенсивного зносу деталей підшипників, що труться, і в кінцевому підсумку, до зменшення їх ресурсу (див. Шибер Р.А. і Круглий Г.Т. "Пристрій і ремонт вагонів", 1974 p., cтop. 245, рис. 214 б, а також Роликопідшипники за патентом Російської Федерації № RU2011048, авт. Ізосімов М.Є., опубліковано 15.04.1994 p.). Ці недоліки містить і "Роликовий підшипник" (патент № ЕР 1347185, опублікований 24.09.2003 р. МПК F16C 19/26), прийнятий за прототип, що містить щонайменше одне зовнішнє і одне внутрішнє кільця, що має щонайменше один борт зі скошеною під кутом (  0 ) робочою поверхнею, технологічну канавку, що сполучає робочу поверхню борту з доріжкою кочення, і ролики, розташовані між кільцями. Задачею винаходу є зменшення тертя ковзання в зоні контакту торців роликів з бортами кілець, що зменшить, тим самим, роботу сил тертя, нагрівання підшипників і підвищить їх ресурс. Також задачею винаходу є підвищення ресурсу підшипників за рахунок зменшення контактних напружень на робочих поверхнях кілець і роликів. Відомий роликовий підшипник містить щонайменше одне зовнішнє і одне внутрішнє кільця, що має щонайменше один борт зі скошеною під кутом (  0 ) робочою поверхнею, технологічну канавку, що сполучає робочу поверхню борту з доріжкою кочення, і ролики, розташовані між кільцями, згідно з заявленим винаходом, робоча поверхня борту плавно сполучена з поверхнею дна технологічної канавки, робочі поверхні опорних торців роликів виконані сферичними, а положення точки контакту робочих поверхонь опорних торців роликів з робочою поверхнею бортів визначається наступною залежністю: dH  2eR , L 2H де L - відстань точки контакту робочої опорної поверхні торця ролика з робочою поверхнею борту до утворюючої доріжки кочення кільця, мм; d - зовнішній діаметр ролика з боку його опорної торцевої поверхні, мм; H - розрахункова висота борту кільця, мм; e - величина скошеності робочої поверхні борту, при розрахунковій висоті борту, рівній H, мм; R - радіус кривизни опорної торцевої поверхні ролика, мм;  0 - кут скошеності робочої поверхні борту, град. У результаті використання запропонованого винаходу робоча поверхня борту плавно з'єднується з поверхнею дна технологічної канавки, забезпечуючи можливість розміщення точки контакту згідно зі співвідношення L  dH  2eR , як завгодно близько до утворюючої доріжки 2H кочення кільця, зменшуючи, тим самим, величину плеча L моменту тертя до можливого мінімуму, залежно від технологічного рівня. Також, відповідно до запропонованого винаходу, скошена під кутом (  0 ) робоча поверхня 45 50 55 борту знаходиться переважно в діапазоні 0 012'  0  50 , це забезпечує оптимальну пляму контакту в залежності від конкретних умов експлуатації підшипників. Також, відповідно до запропонованого винаходу, фаска у ролика з боку опорного торця ролика виконана у вигляді притуплення гострої кромки з мінімальним радіусом заокруглення в межах технологічно можливого. Це забезпечує зменшення фасок роликів в кілька разів, до величини притуплення гострих кромок, утворених на перетині поверхонь обертання роликів з торцевими сферичними поверхнями, забезпечує можливість збільшення площі контакту доріжок кочення кілець і поверхонь обертання роликів за рахунок зменшення ширини технологічних канавок, розташованих на доріжках кочення кілець, що підвищує вантажопідйомність підшипників орієнтовно на 10 % або, відповідно, при тій же вантажопідйомності, відповідно підвищуючи їх ресурс. 1 UA 113325 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 На кресленні показано частковий зріз роликового підшипника. Ролик 1 своєю сферичною поверхнею 2 торкається торцевої скошеної робочої поверхні 3 кільця 4 у точці G. Ширина технологічної канавки на доріжці кочення 5 позначена буквою S, радіус притуплення гострої кромки на перетинанні утворюючої поверхні кочення ролика 1 і сферичної торцевої поверхні 2 позначений буквою r, при цьому S значно більше r, наприклад S> 5r. Положення точки G контакту сферичної торцевої поверхні 2 зі скошеною поверхнею 3 борта 4, тобто відстань її L від утворюючої доріжки кочення 5 визначається з умови, що кут 0  5 , тобто в цьому випадку sin 0 ~ tg0 з точністю до третього знака. Цього цілком достатньо для виробничих розрахунків. З подоби трикутників ABC і ODG ("Два трикутники є подібними, якщо сторони одного відповідно паралельні або перпендикулярні сторонам іншого" Довідник з елементарної математики. Видання "Наукова думка", Київ, 1972 р. Стор. 342, III) маємо BC  DG , e  tg 0 (1) і d / 2  L  sin 0 (2) AB R H R при sin 0  tg0 ; e  d / 2  L (3) переутворюючи, визначаємо L  dH  2eR (4), H R 2H де L - відстань точки контакту робочої опорної поверхні торця ролика з робочою поверхнею борту до утворюючої доріжки кочення кільця, мм; d - зовнішній діаметр ролика з боку його опорної торцевої поверхні, мм; H - розрахункова висота борту кільця, мм; e - величина скошеності робочої поверхні борту, при розрахунковій висоті борту, рівній H , мм; R - радіус кривизни опорної торцевої поверхні ролика, мм;  0 - кут скошеності робочої поверхні борту, град. Так як у виробництві підшипників зручніше робити вимірювання величини "е" скошеності борта, а не кута  0 , то зручніше користуватися для цього e  Hd  2L  рівнянням (5). 2R Приклад 1: Розрахувати величину радіуса сферичної торцевої поверхні ролика для буксового 0 підшипника типу 42726 при скошеності робочої поверхні борту під кутом φ =0°12' (перше крайнє значення кута  0 ), у якому d=32 мм, Н=6 мм, при L=1,5 мм (оптимальне значення L при 0 використанні підшипників для вантажних вагонів). При цьому tgφ =tg0°12-0,0035. Із рівняння (3) e  d / 2  L переутворюючи, визначаємо H R Hd / 2  L  Hd / 2  L  d / 2  L  14,5 R     4143 мм . 0 0 e 0,0035 Htg  tg Приклад 2: При тих же значеннях d, H і L, що наведені у прикладі 1, але при скошеності робочої поверхні борту під кутом 0  5 (друге крайнє значення кута  0 ) при цьому TG50=0,0875 отримуємо R  d / 2  L   14,5  165,7 мм . 0,0875 tg0 З таким радіусом сферичної торцевої поверхні роликів в підшипниках можна використовувати в легконавантажених вагонах при експлуатації на високошвидкісних залізницях з великими радіусами повороту доріг, тобто з мінімальними осьовими навантаженнями на підшипники. Величину L в цьому випадку можна прийняти навіть рівною 0,81 мм, зменшивши плече тертя ковзання в 3-4 рази порівняно з діючими підшипниками, наприклад підшипниками типу 42726. Приклад 3: Розрахувати величину "e" при Н=6 мм; d=32 мм; L=1,5 мм; R=1000 мм. е=6(32-2 × 1,5)/2 × 1000=0,087 мм. 0 0 При цьому tgφ =е/Н=0087/6=0,0145; φ =0°49'. Приклад 4: При тих же значеннях R, d і L, що наведені у прикладі 3, але при R=3000 мм 2 UA 113325 C2 0 5 10 0 e=6(32-2 × 1,5)/2 × 3000=0,029 мм; tgφ =0029/6=0,0048; φ =0°17'. На підставі вищевикладеного видно, що використання запропонованого винаходу, дозволяє максимально можливо, зменшити тертя ковзання в зоні контакту торців роликів з бортами кілець, що, тим самим, дозволяє зменшити роботу сил тертя і нагрівання підшипників, що забезпечить підвищення довговічності підшипників. Крім того збільшення контактної площі доріжок кочення кілець шляхом звуження технологічних канавок на доріжках кочення кілець і одночасно робочих поверхонь кочення роликів дозволяє зменшити контактні напруги на робочих поверхнях кілець і роликів, і підвищить, тим самим довговічність (ресурс) підшипників. Технічним результатом запропонованого винаходу є зменшення тертя ковзання в зоні контакту торців роликів з бортами кілець, що зменшить, тим самим, роботу сил тертя, нагрівання підшипників і підвищить їх ресурс. Також технічним результатом запропонованого винаходу є зменшення контактних напружень на робочих поверхнях кілець і роликів, що також підвищить їх ресурс. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Роликовий підшипник, що містить щонайменше одне зовнішнє і одне внутрішнє кільця, що 20 25 30 має щонайменше один борт зі скошеною під кутом (  0 ) робочою поверхнею, технологічну канавку, що сполучає робочу поверхню борту з доріжкою кочення, і ролики, розташовані між кільцями, який відрізняється тим, що робоча поверхня кожного борту плавно сполучена з поверхнею дна технологічної канавки, робочі поверхні опорних торців роликів виконані сферичними, при цьому робочі поверхні опорних торців роликів та робочі поверхні бортів характеризуються наступною залежністю: dH  2eR L , 2H де L - відстань від точки контакту робочої опорної поверхні торця ролика з робочою поверхнею борту до твірної доріжки кочення кільця, мм; d - зовнішній діаметр ролика з боку його опорної торцевої поверхні, мм; H - розрахункова висота борту кільця, мм; e - величина скошеності робочої поверхні борту, при розрахунковій висоті борту, рівній H, мм; R - радіус кривизни опорної торцевої поверхні ролика, мм;  0 - кут скошеності робочої поверхні борту, град. 2. Підшипник за п. 1, в якому кут скошеності робочої поверхні борту вибраний в межах 35 0 012'  0  5 0 . 3. Підшипник за п. 1, в якому фаска у ролика з боку опорного торця виконана у вигляді притуплення гострої кромки з мінімальним радіусом заокруглення в межах технологічно можливого. 3 UA 113325 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4