RU2425263C1

RU2425263C1 - Rolling element and procedure for its fabrication

Info

Publication number: RU2425263C1
Application number: RU2010117589/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Захаров (RU); Евгений Николаевич Захаров; Юрий Вячеславович Богачев (RU); Юрий Вячеславович Богачев; Алексей Сергеевич Харчев (RU); Алексей Сергеевич Харчев
Original assignee: Евгений Николаевич Захаров
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2011-07-27
Also published as: WO2011139183A1

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: rolling element consists of rolling body (1) with working surface of rolling contacting bearing surfaces of raceways, and of at least one gear (7) installed coaxially with body (1) and engaging teeth arranged equidistantly to raceways. Also, gear (7) is fixed from rotation relative to the rolling body around their common rotation axis. At least on one end side of gear (7) there is made a blind hole in form of circumference coaxial to dividing circumference of gear (7). Rolling body (1) is inserted in the blind hole. It is centred for its coaxial installation with gear (7) which is fixed against disconnection with rolling body (1) in the direction of axis of mutual rotation of gear (7) and rolling body (1). Here is also disclosed procedure for fabrication of the above described rolling body. The procedure consists in fabrication of gear (7) as a separate element with a blind central recess made at least on its one end side and forming centring surface of diameter less, than diameter of teeth top and bigger, than diameter of teeth gash. Also, gear (7) is set on the end of rolling body (1) conjugating centring surface of gear (7) with surface of rolling body (1), where upon gear (7) is coupled with rolling body (1) thus preventing at least gear (7) slipping relative to rolling body (1) around their common rotation axis.

EFFECT: raised reliability of operation and resource of bearing under maximal possible speed and load modes.

19 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подшипниковым узлам и линейным направляющим машин, работающих в условиях предельных скоростных и нагрузочных режимов.The invention relates to the field of engineering, namely to bearing assemblies and linear guides of machines operating in the conditions of extreme speed and load conditions.

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).A known method of manufacturing a rolling element, which consists in the manufacture of rolling elements with a working surface in contact with the supporting surfaces of the raceways, and on the surface of the rolling body make teeth of the synchronizing gears in contact with the teeth of the ring gears located equidistant to the supporting surfaces of the raceways (see US Pat. No. 3,938,865 A, publ. 02.17.1976).

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.From the same source of information, a rolling element is known 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.

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.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.

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 JP 9100836 А, опубл. 15.04.1997, и патент РФ 2135851 С1, опубл. 27.08.1999).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 patent JP 9100836 A, publ. 04/15/1997, and RF patent 2135851 C1, publ. 08/27/1999).

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.From the same source, a rolling element is known that 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 from rotation relative to the rolling body around their common axis of rotation due to their installation on the slots made on opposite sides of the rolling body.

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.The disadvantages of the known manufacturing method and 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 the insufficient reliability of the bearing.

Техническим результатом заявленных изобретений является повышение надежности подшипниковых узлов за счет повышения точности изготовления элементов качения с шестернями.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.

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.This object is achieved in that in the manufacture of a rolling element, which consists in the fact that at least one rolling body is manufactured with a working surface in contact with the supporting surfaces of the raceways, and at least one synchronizing gear wheel is manufactured, 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, according to the invention, 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.

Поставленная задача в части способа достигается также тем, что центрирующую поверхность шестерни выполняют с диаметром, равным ее делительной окружности.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.

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.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.

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.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 rolling body by rotating the cylindrical axis relative to the axis of the central recess of the gear.

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.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.

Поставленная задача в части способа достигается также тем, что шестерню фиксируют от разъединения с телом качения в направлении оси их совместного вращения.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.

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.The task in part of the device is achieved by the fact that 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. According to the invention, 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.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что диаметр углубления шестерни равен диаметру ее делительной окружности.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.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что тело качения выполнено в виде цилиндра, а диаметр углубления шестерни соответствует наружному диаметру тела качения.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.

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.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.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что шестерня соединена с телом качения при помощи неразъемного соединения, например при помощи сварки.The task in part of the device is also achieved by the fact that the gear is connected to the rolling body using a permanent connection, for example by welding.

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.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.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что в телах качения и шестерне выполнены сквозные отверстия со смещением относительно оси их вращения, в которых установлена общая цилиндрическая ось, фиксирующая от проворота шестерню относительно тела качения.The task in part of the device is also achieved by the fact that in the rolling bodies and gear there are through holes 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.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что цилиндрическая ось выполнена в виде крепежного элемента, например заклепки.The task in part of the device is also achieved by the fact that the cylindrical axis is made in the form of a fastening element, such as rivets.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что тело качения выполнено в виде усеченного конуса.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.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что контактная поверхность тела качения выполнена сферической или тороидальной.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.

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.The task in part of the device is also achieved by the fact that the rolling element is equipped with an axial displacement limiter made of annular flat surfaces and a disk protrusion constantly in contact with them.

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.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.

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.The task in part of the device is also achieved by the fact that 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.

Поставленная задача в части устройства достигается также тем, что дисковый выступ выполнен заодно с шестерней.The task in part of the device is also achieved by the fact that the disk protrusion is made integral with the gear.

Изобретения поясняются при помощи чертежей.The invention is illustrated using the drawings.

На фиг.1 показан элемент качения с расположенными на противоположных сторонах тела качения шестернями.1 shows a rolling element with gears located on opposite sides of the rolling body.

На фиг.2 - то же, элемент с ограничителем осевого смещения, выполненным заодно с шестерней.In Fig.2 - the same element with an axial displacement limiter, made integral with the gear.

На фиг.3 - то же, с утолщенным ограничителем осевого смещения.Figure 3 is the same with a thickened axial displacement limiter.

На фиг.4 - элемент, собранный из двух тел качения и одной шестерни.In Fig.4 - an element assembled from two rolling elements and one gear.

На фиг.5 - элемент качения с приваренными к телу качения шестернями.In Fig.5 - a rolling element with gears welded to the rolling body.

На фиг.6 - элемент качения в изометрии, подсборка.Figure 6 - isometric rolling element, subassembly.

На фиг.7 - то же, элемент качения с ограничителем осевого смещения.In Fig.7 - the same rolling element with an axial displacement limiter.

На фиг.8 - то же, элемент качения с одной шестерней.On Fig - the same rolling element with one gear.

На фиг.9 показана последовательность сборки подшипника с элементами качения.Figure 9 shows the assembly sequence of the bearing with rolling elements.

На фиг.10 - то же, собранный подшипник.Figure 10 is the same assembled bearing.

На фиг.11 показан собранный подшипник с ограничителями осевого смещения, выполненными отдельно от шестерни.Figure 11 shows the assembled bearing with axial displacement stops, made separately from the gear.

На фиг.12 показан вариант использования элемента качения в механизме с линейной направляющей.12 shows an embodiment of the use of a rolling element in a linear guide mechanism.

На фиг.13 показан вариант использования элемента качения в шатунном механизме.On Fig shows a variant of the use of the rolling element in the connecting rod mechanism.

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.The described element contains a rolling body 1 with a working surface 2 of the rolling contact in contact, as shown in Fig.9 and 10, with the supporting surfaces 3 and 4 of the raceways, respectively, the inner 5 and outer 6 of the cage. On opposite sides of the rolling body 1, coaxially with it, gears 7 are mounted engaged with teeth, in this case, gears 8 and 9, located equidistant to the raceways. On the front side of each gear 7, 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. For the correct joint operation of the gear and bearing, 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.

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).To fix the gear 7 from the rotation relative to the rolling body 1, 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).

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.Or perform through holes in the rolling body 1 and gear 7. Moreover, the holes are offset relative to the axis of their joint rotation. A common cylindrical axis 12 is installed in the holes, which fixes the gear 7 from rotation relative to the rolling body 1 by displacing the cylindrical axis 12 relative to the axis of the recess 10. When the cylindrical axis 12 is made in the form of a fastening element, for example, a rivet, it performs the functions of fixing in the axial direction, to prevent separation of the rolling body 1 and gear 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.When performing a rolling element with one gear 7, it is desirable to install it symmetrically in its middle part. For such an installation, the recess 10 is performed on two opposite end faces of the gear 7, and a rolling body 1 is installed in each recess 10 (see FIGS. 4 and 8). The most suitable option for fixing the gear 7 and the body 1 from the rotation is fastening with the help of a cylindrical axis 12 located in the through holes of the bodies 1 and the gear 7 displaced relative to the axis of their joint rotation.

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.The rolling element can be performed with two gears 7 mounted on opposite ends of the rolling body 1. With this embodiment, 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.

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 выполнены в виде отдельных колец, надеваемых на тело 1 качения (см. фиг.11). 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.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. 11). 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.

Возможна фиксация шестерен 7 от проворота относительно тел 1 качения при помощи шпоночного 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).It is possible to fix the gears 7 from turning relative to the rolling bodies 1 by means of a key or splined connection. In this case, 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).

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.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 of the kinematic chain is transmitted by means of rotating inner 5 and outer 6 cages 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.

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.Such synchronization eliminates the contact of bodies 1 with each other, which makes it possible to refuse such a bearing element as a separator. In this case, sliding friction in the rolling bearing is completely eliminated. But the main factor determining the choice in favor of the claimed technical solution is the exclusion of slipping of the rolling body 1 relative to the bearing surfaces 3 and 4 of the bearing. So, when the body 1 enters the working gap between the supporting surfaces 3 and 4, reduced under the action of radial load, the body experiences resistance. In order to roll into the reduced gap, the body 1 must have sufficient adhesion to the supporting surfaces, determined by the sliding friction force. In the cage bearings, the body 1 entering the working area is further pushed by the cage. And the separator, in turn, is pushed by the body 1, leaving the load zone. The circumferential force pushing both the rolling body 1 and the separator is formed as a result of the action of the torque from the sliding friction forces between the rolling body 1 and the supporting surfaces 3 and 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.When the resistance to the entrance of the body 1 into the load zone increases, the supporting surfaces 3 and 4 slip relative to the working surface 2 of the body 1, which leaves the load zone. This means that the separator does not receive a circumferential force and cannot help the body 1, which enters the load zone, which also slides relative to the supporting surfaces 3 and 4. Slipping under the influence of the load, in turn, causes the welding of the uneven tops (with steel parts of the bearing) or erosive wear of surfaces.

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.It should be noted that the desire to reduce the sliding friction coefficient of the contact surfaces of the bearing to minimize the effects of slippage and reduce friction in the separator leads to a decrease in the torque leading to the rolling body 1, which, in turn, contributes to an increase in slip.

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.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.

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.In this regard, you should pay attention to the fact that with a decrease in this ratio, the distance between the bearing points, which are rolling bodies 1, also decreases, which reduces the magnitude of the deformation of the bearing race in the load zone. This means that less effort will be required to introduce the rolling body 1 into the load zone.

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.As for 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 pairs, 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.

Таким образом, представляется, что основным разрушающим фактором подшипника качения является процесс проскальзывания контактных поверхностей.Thus, it seems that the main destructive factor of a rolling bearing is the process of slipping of contact surfaces.

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.All of the listed problems of rolling bearings, as well as linear rolling bearings, are solved by gear synchronization of rolling bodies 1 and bearing surfaces 3 and 4. Adhesion of rolling bodies 1 to both bearing surfaces is guaranteed on the entire perimeter of the gear bearing. This means that there is no slipping of the contact surfaces. Each body 1 included in the load zone is rolled into the reduced gap using its own gears 7, and in the unloaded zone of the body 1 are rolled without slipping. Moreover, the absence of a separator makes it possible to bring bodies 1 closer together, increasing their number in the loaded zone and reducing the deformation of the bearing surfaces of the clips.

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.In addition, 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.

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.It should be noted that the greatest effect from the use of gear bearings can be obtained by using them in mechanisms with variable speed per cycle and in linear rolling bearings.

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 разрывают его на повышенных частотах вращения вала.So, for example, in a connecting rod - crank pair (see Fig. 13), 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. In addition, in the cage bearing, the cage experiences alternating loads acting in the circumferential direction, which break it at higher shaft speeds.

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.In mechanisms with linear bearings, there seems to be no alternative to gear rolling elements. Sliding pairs require solving the problems of guaranteed supply of lubricant under pressure to contact surfaces, and slipping is inevitable in rolling bearings without gear synchronization of contact surfaces. An embodiment of such a mechanism, for example as a crank-rocker, is shown in FIG. 12, where 15 is the rocker or slider, and 16 is the contact surface of the rocker.

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.The main problem in the implementation of gear bearings is their manufacturability. In the mass production of bearings, off-center grinding of rolling elements is the most acceptable process. For example, in the well-known US patent bearing, this option is possible due to the equality of the diameters of the rolling body and the tops of the gear teeth. However, the implementation of the teeth on a solid rolling element is possible only with the help of EDM, which is a low-productivity process. In this case, to ensure alignment of the contact surface of the rolling body and the pitch diameter of the gear, alignment is necessary precisely on the finished contact surface of the rolling body.

Изготовление же зубчатого элемента качения из отдельных деталей требует соблюдения предельных точностей их центровки при высокой производительности процесса.The manufacture of the rolling gear element from individual parts requires compliance with the extreme accuracy of their alignment with high process performance.

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.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.

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).It seems that the separate execution of gears 7 with recesses 10 centered on the tops of the teeth and worn on the contact surfaces of the rolling bodies 1 is a more technological process. At the same time, modern advances in the welding process allow fast and high-quality bonding of alloyed hard alloys without reducing the hardness of the contact surface due to local heating of the fastened parts. Welding and other methods of fastening gears to the rolling body are carried out in mandrels (not shown in the drawings), providing accurate angular positioning of the gears (in the case of using two gears at the ends of the rolling body).

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.Fastening with the help of a cylindrical axis 12, offset from the axis of rotation of the rolling element, provides for preliminary rough holes both in the rolling body 1 and in the gears 7. The bodies 1 are assembled with gears 7, ensuring the coincidence of the holes within the tolerance. The assembly is installed in a mandrel that provides the necessary angular positioning of the gears 7, after which a fine eccentric hole is made, for example, using EDM equipment, with minimal material removal and acceptable speed.

Ось 12 выполняет при этом функции фиксатора как от углового, так и осевого смещения шестерен 7 (при выполнении оси 12 в виде заклепки).The axis 12 performs the function of the latch both from the angular and axial displacement of the gears 7 (when the axis 12 is in the form of a rivet).

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.When performing a rolling element with one gear 7, in the latter, 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.

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.Thus, 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.

Claims

1. A method of manufacturing a rolling element, which consists in the manufacture of at least one rolling body with a working surface in contact with the bearing surfaces of the raceways, and at least one synchronizing gear gear in contact with the teeth, located equidistantly supporting surfaces mounted coaxially with the axis of rotation of the rolling body and associated with it, characterized in that the gear is made in the form of a separate element with a through central recess, made at least from one of its end faces and forming a centering surface with a diameter smaller than the diameter of the tooth tips and large diameter of the tooth depressions, while the gear is mounted on the end face of the rolling body, matching the centering surface of the gear with the surface of the rolling body, and then fasten the gear with the rolling body, preventing at least rotation of the gear relative to the rolling body about their common axis of rotation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the centering surface of the gear is performed with a diameter equal to its pitch circle.

3. The method according to claim 1, characterized in 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.

4. The method according to claim 1, characterized in that a common cylindrical axis is installed in the through holes of the rolling body and gear, and the gear is fixed against rotation of the rolling body by turning the cylindrical axis relative to the axis of the central recess of the gear.

5. The method according to claim 4, characterized in that the gear is fixed from disconnecting with the rolling body in the direction of the axis of their joint rotation.

6. A rolling element comprising 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, while the gear is fixed against rotation about the body rolling around their common axis of rotation, characterized in that at least one of the end faces of the gear is made through hole in the form of a circle, a coaxial pitch circle Turney, inserted in the recess body rolling with the possibility for centering the coaxial installation with the pinion, and the pinion is secured against disengagement from the body in the rolling direction of common rotation axis gear and rolling elements.

7. The rolling element according to claim 6, characterized in that the diameter of the recess of the gear is equal to the diameter of its pitch circle.

8. The rolling element according to claim 6, characterized in 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.

9. The rolling element according to claim 6, characterized in that the gears are mounted 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.

10. The rolling element according to claim 6, characterized in that the gear is connected to the rolling body by means of an integral connection, for example by welding.

11. The rolling element according to claim 6, characterized in that the through hole is made on two opposite sides of the gear, and a rolling body is inserted into each depression of the gear.

12. The rolling element according to claim 6, characterized in that the rolling bodies and the gear have through holes with an offset relative to the axis of their rotation, in which a common cylindrical axis is fixed, fixing the gear relative to the rolling body from rotation.

13. The rolling element according to item 12, wherein the cylindrical axis is made in the form of a fastening element, such as rivets.

14. The rolling element according to claim 6, characterized in that the rolling body is made in the form of a truncated cone.

15. The rolling element according to claim 6, characterized in that the contact surface of the rolling body is made spherical or toroidal.

16. The rolling element according to claim 6, characterized in that it is equipped with a limiter of axial displacement of the rolling element made of annular flat surfaces and a disk protrusion constantly in contact with them.

17. The rolling element according to clause 16, wherein the disk 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.

18. The rolling element according to 17, characterized in that 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.

19. The rolling element according to 17, characterized in that the disk protrusion is made integral with the gear.