Подшипник роликовый радиальный

Полезная модель относится к конструкциям подшипников роликовых радиальных, которые могут быть использованы для монтажа узлов опор роторов газотурбинных двигателей.

Подшипник роликовый радиальный содержит наружное и внутреннее кольца и расположенные между ними тела качения, а на наружном кольце имеется груз, причем груз выполнен в виде штырей, установленных на соосно торцах кольца или в виде выступов, выполненных соосно на торцах кольца.

2 з п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к конструкциям подшипников роликовых радиальных, которые могут быть использованы для монтажа узлов опор роторов газотурбинных двигателей.

Подшипник может быть установлен на базовые поверхности опор и эффективно работать как при вращении одного из колец (при вращении одного вала и при посадке второго кольца на неподвижную опору), так и при вращении двух колец одновременно (когда он расположен между двух валов и является межвальным).

Необходимо отметить, что межвальные подшипники, которые находятся между двух валов газотурбинного двигателя, в процессе работы двигателя бывают недозагружены. В данной ситуации ролики «зависают», то есть, они не контактируют с двумя кольцами одновременно, а прижимаются к внешнему кольцу и частота их вращения относительно оси подшипника стремится к частоте вращения внешнего кольца. Однако при изменении режимов работы двигателя при перегрузках и эволюциях самолета нагрузки на подшипники могут увеличиваться. В момент контакта тел качения с двумя кольцами подшипника ролики начинают вращаться с частотой, равной половине суммы частот роторов и частота их вращения должна снизиться (если частота вращения внешнего кольца больше чем внутреннего) и в этот момент их начинает тащить сепаратор, который вместе с роликами в период их зависания получил большую скорость.

Отмеченное выше обуславливает большие динамические нагрузки и проскальзывание роликов относительно дорожек качения колец подшипников, что снижает срок их службы за счет износа роликов, колец и сепаратора и вызывает ударные нагрузки.

Поэтому весьма актуальной задачей является разработка конструкции роликового радиального подшипника, обеспечивающей при его недозагруженности на всех режимах эксплуатации постоянный контакт части роликов с кольцами, что позволит исключить проскальзывание роликов относительно колец в период повышения нагрузки.

Известен подшипник качения, содержащий наружное и внутреннее кольца и размещенные между ними тела качения. На торце колец выполнены резьбовые отверстия для крепления шайбы, фиксирующей подшипник в подшипниковом узле

При монтаже подшипника качения в подшипниковом узле, наружное кольцо устанавливают в посадочное место корпуса, а внутреннее - на посадочное место вала, причем кольца подшипника устанавливают на посадочных местах без натяга, в кольцах выполняют резьбовые отверстия, при помощи которых к подшипнику крепят шайбу.

(см. патент РФ 2006709, кл. F16С 35/06, 1994 г.)

В результате анализа выполнения данного подшипника необходимо отметить, что его конструкция при динамических нагрузках не обеспечивает постоянного контакта части тел качения с дорожками колец, что вызывает повышенный износ тел качения и дорожек колец.

Известен подшипник радиальный роликовый, содержащий внутреннее и наружное кольца, между которыми размещены собранные в сепараторе элементы качения - ролики. Наружное кольцо подшипника выполнено с овальным посадочным диаметром, величина которого определяется как разность диаметров наружного кольца в двух сечениях по формуле

=D_max-D_min

где D _max - максимальная величина овального посадочного диаметра наружного кольца;

D_min - минимальная величина овального посадочного диаметра наружного кольца.

Для обеспечения овальности беговой дорожки наружного кольца оно устанавливается в цилиндрическое отверстие корпуса опоры, диаметр которого определяется выражением:

D_отв=2D_maxE(k)/ где D_отв, - диаметр цилиндрического отверстия корпуса опоры;

D_max - максимальная величина овального посадочного диаметра наружного кольца;

Е(к] - эллиптический интеграл 2-го рода.

При этом модуль эллиптического интеграла определяется выражением:

k²=1-(D_min/D_max) ².

При установке наружного кольца в посадочное отверстие опоры его ориентируют относительно направления действия радиальной нагрузки на опору, при этом, больший диаметр кольца (D_max) располагают перпендикулярно линии действия радиальной нагрузки. При этом происходит деформация наружного кольца - увеличение диаметра по направлению линии действия радиальной нагрузки и уменьшение в направлении, перпендикулярном линии действия. Сумма деформаций в двух направлениях обеспечивает овализацию беговой дорожки с величиной овальности . При этом минимальное значение радиального зазора в подшипнике с овальным наружным кольцом будет равно:

g_min=g₀-(D_max-D_отв )

где. g_min - минимальное значение радиального зазора в подшипнике;

g₀ - величин овальности наружного кольца подшипника.

Максимальное значение зазора будет равно: g_max=9 _min+.

Изменение радиального зазора в зоне нагружения от g_max до g_min обеспечит увеличение количества роликов, воспринимающих радиальную нагрузку, и, тем самым, снижение контактных напряжений. Вследствие этого уменьшается опасность возникновения проскальзывания роликов и увеличивается долговечность подшипника. Оптимальное значение овальности устанавливается по зависимости долговечности от величины овальности кольца.

(см. патент РФ на полезную модель 101120 кл. F16C 19/22, 2011 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа выполнения данного подшипника необходимо отметить, что его конструкция обеспечивает контакт с наружным и внутренним кольцами определенного количества роликов, что уменьшает проскальзывание и увеличивает долговечность подшипника. Однако, для данной конструкции подшипника характерны сложность его изготовления и монтажа, а также невозможность полного предотвращения проскальзывания роликов на всех режимах эксплуатации для случая вращения внешнего кольца или двух колец одновременно (межвальный), когда зазор подшипника существенно увеличивается за счет действия центробежных сил и нет механизма, обеспечивающего постоянный контакт роликов с двумя кольцами одновременно.

Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение долговечности подшипника и эффективности его работы на динамических режимах за счет обеспечения гарантированного контакта определенного количества роликов с дорожками колец подшипника и устранения проскальзывания роликов относительно дорожек колец.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в подшипнике роликовом радиальном, содержащем наружное и внутреннее кольца и расположенные между ними тела качения, новым является то, что на одном из колец, имеющем возможность вращения при смонтированном подшипнике, имеется груз, причем груз выполнен в виде штырей, соосно установленных на торцах данного кольца или в виде выступов, выполненных соосно на торцах данного кольца.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:

- на фиг.1 - подшипник, общий вид;

- на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1;

- на фиг.3 - вид Б по фиг.1;

Подшипник роликовый радиальный содержит наружное 1 и внутреннее 2 кольца, между которыми расположены тела качения (ролики) 3.

На одном из колец подшипника, которое имеет возможность вращения при смонтированном на опорах подшипнике, например, наружном кольце 1 навешена масса в виде груза. Данная масса может быть выполнены в виде двух грузов - штырей (не показаны), зафиксированных в соосных отверстиях, выполненных в торцах наружного кольца подшипника.

При серийном изготовлении подшипников, грузы могут быть выполнены в виде соосных выступов 4 на торцах кольца.

Данные грузы при вращении кольца являются неуравновешенной массой. Наличие неуравновешенной массы (грузов) на наружном (или внутреннем, если оно является вращающемся при установленном на опорах подшипнике) кольце подшипника приводит к тому, что при вращении кольца происходит его смещение, направленное в сторону центробежной силы от неуравновешенной массы кольца, что приводит к устранению зазора с противоположной стороны кольца, а также происходит овализация кольца и на малой оси овала, перпендикулярной направлению действия центробежной силы, где диаметр кольца уменьшается, люфт подшипника будет также устранен и ролики будут контактировать одновременно с двумя кольцами на трех участках кольца (практически на половине кольца), т.е. будет образовываться натяг между кольцами 1 и 2 и телами качения 3, что обеспечивает гарантированный контакт тел качения с дорожками колец на половине кольца.

Для реализации возможности перемещения и овализации вращающегося кольца его установка на посадочное место должна производиться с зазором, позволяющим обеспечить натяг роликов при смещении кольца и увеличение диаметра кольца по большой оси овала, причем кольцо в осевом направлении должно быть свободным.

С одной или двух сторон подшипника размещают стопорные кольца.

Для устранения проворота кольца подшипника относительно вала, на котором он установлен, до достижения максимальной частоты его вращения, штыри или выступы 4 могут входить в пазы, выполненные на вращающейся опоре.

Минимальный зазор между кольцом подшипника и посадочным местом (опорой - валом) должен быть равен зазору подшипника. В случае, если он будет больше то будет реализовываться овализация кольца, что повысит эффективность мероприятия по созданию натяга роликов, так как она будет в этом случае реализовываться на трех участках кольца и устранит возможность проскальзывания роликов.

Расчет массы грузов осуществляется по известным методикам и может быть проведен специалистами в данной области техники.

Так при массе грузов на внешнем кольце, равной 0.89 г подшипника типоразмера 95×130×18 мм при частоте вращения кольца 13300 об/мин. центробежная сила от неуравновешенной массы составляет 107 Н или 10.9 кг.

При такой центробежной при радиальном перемещении наружного кольца произойдет зажим роликов с противоположной его стороны и с этого момента начинается овализация кольца. Овализация кольца в этом случае составляет 130 мкм. Это позволяет обеспечить гарантированный контакт части роликов с дорожками колец.

Кроме этого, при вращении двух колец подшипника неуравновешенная масса может быть создана и на внутреннем кольце, при обеспечении зазора между внутренним кольцом и посадочным местом.

Применение данного подшипника при овализации одного вращающегося кольца подшипника под действием центробежных сил за счет использования неуравновешенной массы на вращающемся кольце позволяет обеспечить повышение долговечности подшипника и эффективность его работы на динамических режимах за счет обеспечения гарантированного контакта определенного количества роликов с дорожками колец подшипника и устранения проскальзывания роликов относительно дорожек колец.

1. Подшипник роликовый радиальный, содержащий наружное и внутреннее кольца и расположенные между ними тела качения, отличающийся тем, что на одном из колец, имеющем возможность вращения при смонтированном подшипнике, имеется груз.

2. Подшипник роликовый радиальный по п.1, отличающийся тем, что груз выполнен в виде штырей, установленных соосно на торцах кольца.

3. Подшипник роликовый радиальный по п.1, отличающийся тем, что груз выполнен в виде выступов, выполненных соосно на торцах кольца.