Роликовий безсепараторний підшипник кочення

Реферат: Винахід належить до машинобудування. Роликовий безсепараторний підшипник кочення містить зовнішнє кільце, внутрішнє кільце, два ряди тіл кочення у вигляді роликів та запірні елементи. Кількість роликів кожного ряду однакова. Розмір роликів у кожному ряду відрізняється за діаметром. Зовнішня поверхня внутрішнього кільця та внутрішня поверхня зовнішнього кільця мають циліндричну гладку поверхню. Тіла кочення виконані у вигляді циліндрів з гладкою поверхнею та торцями, що мають форму поверхні обертання. Запірні елементи виконані у вигляді торцевих кришок підшипників з гладкою поверхнею або з двома радіальними конічними канавками для спрямування роликів. Технічним результатом є підвищення жорсткості у осьовому напрямі; забезпечення більш високої частоти обертання при одночасному спрощенні конструкції. UA 105718 C2 (12) UA 105718 C2 UA 105718 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі машинобудування, зокрема до підшипників кочення, які можуть бути використані у будь-якій області промисловості. Фахівцям добре відомі загальні істотні недоліки стандартних роликових підшипників кочення. До них слід віднести відносно малу частоту їх обертання, наявність тертя кочення з прослизанням тіл обертання, підвищений шум, низьку довговічність, високу температура нагріву, наприклад, за 100 °C. Тому винахідники постійно їх вдосконалюють, пропонуючи різні рішення існуючих проблем. Так, наприклад, відомий однорядний роликовий безсепараторний підшипник кочення, що містить зовнішнє кільце, внутрішнє кільце, два бортових кільця, які з'єднані з внутрішнім кільцем за допомогою запірних кілець, тіла кочення у вигляді роликів, два бортових кільця, які з'єднані з зовнішнім кільцем за допомогою запірних кілець, які встановлені в радіусних проточках внутрішньої циліндричної поверхні зовнішнього кільця, причому запірні кільця мають контакт зі скосами торцевих поверхонь бортових кілець [див. пат. Росії № 43608 з класу F16C 19/22 опублікований 27.01.2005 року]. Основним недоліком відомого підшипника є його низька вантажопідйомність, яка обумовлена однорядністю конструкції блока тіл кочення, через який передається тиск від тіл кочення на зовнішнє кільце. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, та який приймається за прототип, є роликовий безсепараторний підшипник кочення, що містить зовнішнє кільце, внутрішнє кільце, три ряди тіл кочення у вигляді роликів, причому другий ряд роликів має запірні елементи, які з'єднані з роликами по торцевих поверхнях, а внутрішнє кільце містить канавку на зовнішній поверхні, в якій розташовано перший ряд роликів, а зовнішнє кільце має канавку на внутрішній поверхні, в якій розміщено третій ряд роликів, причому ролики першого ряду знаходяться напроти роликів третього ряду, а ролики другого ряду знаходяться між ними зі зміщенням, а також діаметр роликів другого ряду більший за діаметр роликів першого ряду, а діаметр роликів третього ряду більший за діаметр роликів другого ряду, причому кількість роликів кожного ряду однакова [див. пат. України № 76174 з класу F16C 19/22, 19/28 опублікований 25.12.2012 року в Бюл. № 24]. Збільшення кількості рядів тіл кочення до трьох дійсно дозволяє збільшити вантажопідйомність підшипника через розкладання сил тиску на зовнішнє кільце. Зрозуміло, що використання чотирирядного підшипника ще в більшій мірі дозволяє розкласти сили та саме так збільшити його вантажопідйомність, а десятирядного - ще в більшій мірі. Проте, враховуючи наявність допусків, нехай й мінімальних, між запірними елементами роликів середнього ряду та роликами суміжних рядів, підшипник автоматично втрачає осьову жорсткість. І саме з цього приводу підшипник швидко зруйнується при наявності осьового биття вала, яке штовхатиме внутрішнє кільце. Тому відому конструкцію слід вважати ненадійну, як не здатну витримувати осьові навантаження. Другим, проте, не менш суттєвим недоліком відомого підшипника є складність його конструкції, що обумовлено необхідністю виконання внутрішніх канавок на зовнішньому та внутрішньому кільцях для розташування в них крайніх рядів тіл кочення, а середній ряд тіл кочення обов'язково повинен мати запірні елементи, які утримують цей рядок тіл кочення між іншими рядами. Вказане ускладнення конструкції автоматично технологію виготовлення та обробки підшипника, а також технологію його збирання, яка потребує застосування певних інструментів та обладнання. В основу винаходу поставлена задача суттєвого спрощення конструкції підшипника кочення з одночасним підвищенням його жорсткості у осьовому напрямі за рахунок принципової зміни міста розташування запірних елементів шляхом внесення відповідних конструктивних змін у тіла кочення та запірних елементів. Рішення поставленої задачі досягається тим, що роликовий безсепараторний підшипник кочення, що містить зовнішнє кільце, внутрішнє кільце, ряди тіл кочення у вигляді роликів та запірні елементи, причому кількість роликів кожного ряду однакова, а розмір роликів у кожному ряду відрізняється за діаметром, згідно пропозиції, зовнішня поверхня внутрішнього кільця та внутрішня поверхня зовнішнього кільця мають циліндричну гладку поверхню, а тіла кочення розташовані у два ряди та виконані у вигляді циліндрів з гладкою поверхнею та сферичними торцями, а запірні елементи виконані у вигляді торцевих кришок підшипників з гладкою поверхнею чи з двома радіальними конічними канавками для спрямування роликів. Зрозуміло, що торці тіл кочення можуть бути виконані у вигляді зрізаних конусів чи мати іншу поверхню тіла обертання, проте сферична має мінімальний контакт з запірними елементами, а отже забезпечують мінімальне тертя при осьовому навантаженні на підшипник. 1 UA 105718 C2 5 10 15 20 25 30 35 Гладкі поверхні кілець та тіл кочення мають мінімальний контакт між собою, а отже мінімальне тертя, та разом з торцевими кришками утворюють надійний силовий замкнутий дворядний досить жорсткий комплект, здатний витримувати значні навантаження, як у радіальному, так і осьовому напрямах. Безумовно, використання всіх елементів підшипника з гладкими поверхнями значно спрощує технологію виготовлення та збирання підшипника. Подальша суть запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображене наступне: фіг. 1 - вигляд збоку на запропонований підшипник, переріз; фіг. 2 - вигляд в плані на запропонований підшипник без запірного елемента; фіг. 3 - переріз запірного елемента у вигляді торцевої кришки з гладкою поверхнею; фіг. 4 - те ж саме, з радіальними канавками; фіг. 5 - конструкція тіл обертання з сферичними торцями; фіг. 6 - те ж саме, з конічними торцями. Запропонований роликовий безсепараторний підшипник кочення містить зовнішнє кільце 1, внутрішнє кільце 2. На внутрішньому кільці 2 розташований перший ряд тіл кочення у вигляді роликів 3. Над першим рядом роликів 3 розташований другий ряд роликів 4. По торцях підшипника розташовані запірні елементи 5. Кількість роликів 3 та роликів 4 у кожному ряді однакова. Діаметр роликів 3 менший за діаметр роликів 4. Зовнішня поверхня внутрішнього кільця 2 та внутрішня поверхня зовнішнього кільця 1 мають циліндричну гладку поверхню, а ролики 3 і 4 виконані у вигляді циліндрів з гладкою поверхнею та сферичними торцями 6. Запірні елементи 5 виконані у вигляді торцевих кришок підшипників з гладкою поверхнею, що звернута до роликів 3 і 4, чи з двома радіальними конічними канавками 7 для спрямування роликів 3 і 4. Торці роликів 3 і 4 можуть бути виконані у вигляді зрізаних конусів 8 чи мати іншу поверхню тіла обертання, наприклад, параболоїдну, проте сферична має мінімальний контакт з запірними елементами, а отже забезпечують мінімальне тертя при осьовому навантаженні на підшипник. Запропонований роликовий підшипник працює наступним чином. Обертовий рух від внутрішнього кільця 2 передається першому (внутрішньому) ряду роликів 3, які обертаються навколо своєї осі, наприклад, за годинною стрілкою. Водночас в рух приводиться другий ряд роликів 4, які обертаються навколо своєї осі проти годинної стрілки. При виникненні осьового навантаження на підшипник ролики 3 і 4 спираються своїми сферичними торцями 6 у запірні елементи 5, які не перешкоджають обертанню роликів 3 і 4, враховуючи, що площа контакту лише крапкова та не може викликати, навіть, помітне тертя торців 6 роликів 3 і 4 о запірний елемент 5. Розрахунок основних розмірів підшипника ведеться за наступними формулами: R1  R0  r1 , R2  r1  r2  2  R1 sin 2    R1 cos , 2 2 Rн  R2  r2 , 360  , n1 де R0 - внутрішній радіус внутрішнього кільця,  40 45 50 R1 - величина радіуса кола від центру підшипника до центру першого ряду роликів, R 2 - величина радіуса кола від центру підшипника до центру другого ряду роликів, Rн - зовнішній радіус зовнішнього кільця, r1 - радіус першого ряду роликів, r2 - радіус другого ряду роликів, n1 - кількість роликів радіуса r1 ,  - кут між суміжними роликами радіуса r1 . Кут γ вибирається таким чином, щоб виключити заклинювання, тобто його значення повинно бути меншим за кут сухого тертя. Запропонований роликовий підшипник кочення відрізняється від аналогічних конструкцій підвищеною вантажопідйомністю щонайменше у два рази. Завдяки тому, що ролики 3 і 4 обертаються з постійною частотою обертання та без проковзування у протилежних напрямах, коливання у протифазах, як відомо, шум взаємознищується. Таким чином, запропонований підшипник працює на 20-60 % тихіше. Робота підшипника в умовах чистого кочення без 2 UA 105718 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ковзання та проковзання тіл роликів 3 і 4 забезпечує більш високу частоту обертання, без перегріву та додаткового змащування. Запропонований роликовий підшипник кочення може бути застосований у галузі важкого машинобудування. Запропонований роликовий підшипник кочення може бути використаний і без внутрішнього кільця 2. Для цього його збирають з фальш кільцем, яке випресовують в процесі установки його на вал. Заявлене технічне рішення перевірено на практиці. Запропонований роликовий підшипник кочення не містить у своєму складі жодних конструктивних елементів які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, у галузі конструювання підшипників, а отже є придатним для промислового застосування, має технічні та інші переваги перед відомими аналогами, що підтверджує можливість досягнення технічного результату об'єктом, що заявляється. У відомих джерелах патентної та іншої науково-технічної інформації не виявлено конструкцій роликових підшипників кочення з вказаною в пропозиції сукупністю суттєвих ознак, тому запропоноване технічне рішення вважається таким, що може отримати правовий захист. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення, у порівнянні з раніше відомими, полягає в тому, що кільця підшипника та тіла обертання мають гладку поверхню, а запірні елементи виконані у вигляді торцевих кришок. Вказані відмінності, у сукупності, дозволяють гранично спростити технологію виготовлення та процедуру збирання підшипника з одночасним суттєвим підвищенням його техніко-функціональних можливостей за рахунок зменшення тертя. Жодний з відомих підшипників кочення не може володіти вказаними відмінностями, оскільки не мають у своєму складі всіх суттєвих ознак, притаманних запропонованому технічному рішенню. Оскільки для фахівців в даній галузі знань суттєві ознаки не виникають та взагалі не можуть виникати з існуючого рівня техніки, можна зробити впевнений висновок про відповідність запропонованого технічного рішення критерію "винахідницький рівень". До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: - граничне спрощення конструкції роликового підшипника кочення за рахунок того, що його деталі не мають гладкі поверхні; - підвищення жорсткості підшипнику у осьовому напрямі за рахунок того, що запірні елементи виконані у вигляді торцевих кришок; - забезпечення більш високої частоти обертання підшипника за рахунок перекочування без проковзання тіл обертання; - зниження шуму при роботі підшипника з тієї ж причини; - різке зменшення зносу підшипника з тієї ж причини; - збільшення довговічності підшипника з тієї ж причини; - збільшення вантажопідйомності підшипника через перерозподіл навантаження у радіальному напрямі. Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок одержання зниження вартості підшипника внаслідок спрощення його конструкції, та збільшення терміну функціонування, зменшення використання мастил змащування. Соціальний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок зменшення техногенних катастроф на 3040 %, що виникли внаслідок руйнування підшипників у багато вантажній техніці. Після опису запропонованого роликового підшипника кочення, фахівцям у даній галузі знань повинно бути зрозумілим, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Вище описана пропозиція лише у загальних рисах. Численні можливі варіанти практичної реалізації вказаного технічного рішення, що стосуються, наприклад, розмірів роликів, форми їх торців, конструкції торцевих кришок тощо, можуть змінюватися залежно від умов експлуатації підшипників, та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованих технічних рішень. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що ролики та робочі поверхні кілець виконані гладкими, а запірні елементи виконані у вигляді торцевих кришок підшипника, і саме ці обставини, у сукупності, дозволяють надбати запропонованому технічному рішенню вищезгадані й інші переваги. Використання окремих конструктивних елементів роликового підшипника кочення із всієї сукупності заявлених, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технологічними рішеннями в даній області 3 UA 105718 C2 знань, оскільки інші технологічні та конструктивні схеми, подібні описаним, вже не вимагатимуть будь-якого творчого підходу від конструкторів та інженерів, і не можуть вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 1. Роликовий безсепараторний підшипник кочення, що містить зовнішнє кільце, внутрішнє кільце, розташовані одні над одними ряди тіл кочення у вигляді роликів та запірні елементи, причому кількість роликів кожного ряду однакова, а розмір роликів у кожному ряду відрізняється за діаметром, який відрізняється тим, що зовнішня поверхня внутрішнього кільця та внутрішня поверхня зовнішнього кільця мають циліндричну гладку поверхню, а тіла кочення розташовані у два ряди та виконані у вигляді циліндрів з гладкою поверхнею та торцями, що мають форму поверхні обертання, а запірні елементи виконані у вигляді торцевих кришок підшипників з гладкою поверхнею чи з двома радіальними конічними канавками для спрямування роликів. 2. Роликовий безсепараторний підшипник кочення за п. 1, який відрізняється тим, що торці тіл кочення виконані сферичними або у вигляді зрізаних конусів. 4 UA 105718 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5