RU2345256C1 - Eccentric frictionless bearing - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention is related to machine building, namely to frictionless bearings, and may be used in mechanisms that transform rotary motion into oscillating one. Eccentric frictionless bearing comprises external ring that is eccentric to shaft, three rolling elements of different diameter that interact with shaft and external ring, two separating rollers installed between rolling elements, and additional ring that embraces separating rollers. Besides separating rollers on both sides are adjacent to the largest rolling element. Additional ring rests on shaft and separating rollers. At that shaft, external ring and rolling elements or one of them are equipped with gear rims that are engaged.

EFFECT: simplification of drive design and manufacture technology, expansion of bearing kinematic resources.

7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам качения, и может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в колебательное.The invention relates to mechanical engineering, namely to rolling bearings, and can be used in mechanisms that convert rotational motion to oscillatory.

Известны эксцентриковые подшипники качения с гладкими рабочими поверхностями (например, а.с. 314048 СССР). Такой подшипник содержит наружное и внутреннее кольца, тела качения разного диаметра и сепаратор. Он работает следующим образом. При движении внутреннего кольца, вращающегося с угловой скоростью ω₁, тела качения, увлекаемые силами трения, катятся по наружному кольцу. При этом водило - сепаратор вращается относительно наружного кольца с угловой скоростью ω_h. Передаточное число U механизма: U=ω₁/ω_h=1+d₂/d₁, где d₁ и d₂ - рабочие диаметры внутреннего кольца 1 и наружного кольца 2. Особенностью эксцентрикового подшипника является то, что в кинематических парах, образуемых телами качения и сепаратором, действуют значительные усилия. В результате, тела качения смещаются в окружном направлении, и в подшипнике возникает люфт. Кроме того, существует ограничение по величине эксцентриситета, обусловленное значением коэффициента трения между телами качения и кольцами. Недостатком данного вида подшипников является также непостоянное передаточное число механизма, свойственное всем фрикционным передачам.Eccentric rolling bearings with smooth working surfaces are known (for example, AS 314048 USSR). Such a bearing contains an outer and inner ring, rolling elements of different diameters and a cage. It works as follows. During the movement of the inner ring rotating with an angular velocity ω ₁ , the rolling bodies, carried away by the forces of friction, roll along the outer ring. In this case, the carrier - separator rotates relative to the outer ring with an angular velocity ω _h . Gear ratio U of the mechanism: U = ω ₁ / ω _h = 1 + d ₂ / d ₁ , where d ₁ and d ₂ are the working diameters of the inner ring 1 and outer ring 2. A peculiarity of the eccentric bearing is that in the kinematic pairs formed significant rolling forces act as rolling elements and a separator. As a result, the rolling bodies are displaced in the circumferential direction, and play occurs in the bearing. In addition, there is a limitation in the amount of eccentricity due to the value of the coefficient of friction between the rolling bodies and the rings. The disadvantage of this type of bearings is also the variable gear ratio of the mechanism, characteristic of all friction gears.

Известен эксцентриковый подшипник с зубчатыми телами качения (полезная модель 63476 РФ), содержащий наружное кольцо, снабженное зубчатым венцом с внутренними зубьями и гладкой беговой дорожкой, шестерню, снабженную цилиндрической беговой дорожкой, посаженную на вал, тела качения разного диаметра, выполненные в виде зубчатых колес с внешними зубьями и гладкими беговыми дорожками. Диаметры цилиндрических беговых дорожек и диаметры начальных поверхностей зубчатых венцов равны или близки между собой. Такой подшипник сохраняет все функции подшипника с гладкими телами качения, но имеет постоянное передаточное число и несколько увеличенный эксцентриситет. Недостаток данного подшипника состоит в том, что его эксцентриситет остается ограниченным. Этот недостаток обусловлен особенностью его конструкции: внутреннее кольцо со всех сторон должно быть охвачено телами качения.A known eccentric bearing with gear rolling bodies (utility model 63476 RF), comprising an outer ring equipped with a gear rim with internal teeth and a smooth treadmill, a gear equipped with a cylindrical treadmill, mounted on a shaft, rolling elements of different diameters made in the form of gears with external teeth and smooth treadmills. The diameters of the cylindrical treadmills and the diameters of the initial surfaces of the ring gears are equal or close to each other. Such a bearing retains all the functions of a bearing with smooth rolling elements, but has a constant gear ratio and slightly increased eccentricity. The disadvantage of this bearing is that its eccentricity remains limited. This drawback is due to the peculiarity of its design: the inner ring from all sides should be covered by rolling elements.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по конструкции является эксцентриковый подшипник (Крохмаль Н.Н. Элементы структурного синтеза, критерии функционирования и расчет основных параметров фрикционных передач с замкнутой системой тел качения. -Дис... канд. техн. наук. - Курган: КМИ, 1989 г.- с.90, рис.2.17 и с.161, рис.5.2), содержащий ведущий вал, эксцентричное ему наружное кольцо, четыре тела качения разного диаметра, взаимодействующие с валом и наружным кольцом, четыре разделительных ролика, помещенные между телами качения, а также дополнительное кольцо, охватывающее разделительные ролики.Closest to the proposed device in design is an eccentric bearing (Krokhmal N.N. Elements of structural synthesis, functioning criteria and calculation of the main parameters of friction gears with a closed system of rolling elements. -Dis ... candidate of technical sciences. - Kurgan: KMI, 1989, p. 90, fig. 2.17 and p. 161, fig. 5.2), containing a drive shaft, an outer ring eccentric to it, four rolling elements of different diameters interacting with the shaft and the outer ring, four separation rollers placed between the bodies rolling, as well as additional th ring covering spacer rollers.

Его недостатком является склонность к потере устойчивости системы, то есть выпадению разделительных тел качения. Кроме того, такой подшипник имеет малый эксцентриситет, ограничиваемый величиной коэффициента трения и характеризуется непостоянством передаточного числа, связанным с упругим скольжением.Its disadvantage is the tendency to loss of stability of the system, that is, the loss of the dividing rolling elements. In addition, such a bearing has a small eccentricity, limited by the value of the coefficient of friction and is characterized by the variability of the gear ratio associated with elastic sliding.

Сам по себе этот механизм несет все недостатки, свойственные фрикционным передачам, но его усовершенствование позволяет получить конструкцию, превосходящую по своим кинематическим возможностям, эксцентриковый подшипник (ПМ 63476 РФ) с зубчатыми телами качения.By itself, this mechanism carries all the disadvantages inherent in friction gears, but its improvement allows you to get a design that is superior in its kinematic capabilities, an eccentric bearing (PM 63476 RF) with gear rolling bodies.

Предлагается в эксцентриковом подшипнике качения, содержащем эксцентричное валу наружное кольцо, тела качения разного диаметра, взаимодействующие с валом и наружным кольцом, разделительные ролики, помещенные между телами качения, а также дополнительное кольцо, охватывающее разделительные ролики, применить три тела качения и два разделительных ролика, с двух сторон примыкающих к наибольшему телу качения, при этом дополнительное кольцо, помимо разделительных роликов, опирается на вал. В предлагаемой конструкции вал, наружное кольцо и тела или одно из тел качения снабжены зубчатыми венцами, находящимися в зацеплении.It is proposed in an eccentric rolling bearing containing an outer ring that is eccentric to the shaft, rolling elements of different diameters interacting with the shaft and the outer ring, separation rollers placed between the rolling bodies, as well as an additional ring covering the separation rollers, use three rolling bodies and two separation rollers, on both sides adjacent to the largest rolling body, while the additional ring, in addition to the separation rollers, rests on the shaft. In the proposed design, the shaft, the outer ring and the bodies or one of the rolling bodies are equipped with gears that are engaged.

Такая конструкция подшипника обеспечивает максимальный эксцентриситет наружного кольца относительно вала, возможный по условию расположения ведущей шестерни внутри зубчатого венца. При этом гарантируется постоянство передаточного числа механизма, обеспечиваемое зубчатыми зацеплениями.This bearing design provides maximum eccentricity of the outer ring relative to the shaft, possible by the condition of the location of the pinion gear inside the ring gear. In this case, the constancy of the gear ratio of the mechanism, provided by gears, is guaranteed.

В наиболее технологичном варианте исполнения звенья, имеющие зубчатые венцы, имеют также беговые дорожки с диаметром, равным или близким начальному диаметру соответствующего венца, что позволяет использовать стандартное эвольвентное зубчатое зацепление.In the most technologically advanced embodiment, links having gear rims also have treadmills with a diameter equal to or close to the initial diameter of the corresponding rim, which allows the use of standard involute gear engagement.

В простейшем случае зубчатым венцом снабжено только одно наибольшее тело качения, а два других тела качения выполнены гладкими.In the simplest case, only one largest rolling body is provided with a ring gear, and the other two rolling bodies are made smooth.

По расположению дополнительного кольца возможны конструктивные варианты. В одном варианте предлагаемое устройство содержит два дополнительных кольца, расположенных по двум сторонам подшипника. В другом варианте для улучшения компактности подшипник содержит одно дополнительное кольцо, расположенное по центру подшипника, внутри наружного кольца, причем наружный диаметр дополнительного кольца меньше диаметра вершин зубчатого венца наружного кольца.By the location of the additional ring, structural options are possible. In one embodiment, the proposed device contains two additional rings located on two sides of the bearing. In another embodiment, to improve compactness, the bearing comprises one additional ring located in the center of the bearing inside the outer ring, the outer diameter of the additional ring being smaller than the diameter of the tops of the ring gear of the outer ring.

По относительному расположению цилиндрических беговых дорожек и зубчатых венцов также возможны варианты. В одной конструкции подшипника цилиндрические беговые дорожки качения вала, наружного кольца и тел качения расположены между их зубчатыми венцами. В другой конструкции зубчатые венцы наружного кольца и тел качения расположены между их цилиндрическими беговыми дорожками.By the relative arrangement of the cylindrical treadmills and gear rims, options are also possible. In one design of the bearing, the cylindrical racetracks of the shaft, outer ring and rolling elements are located between their gear rims. In another design, the gear rims of the outer ring and rolling elements are located between their cylindrical treadmills.

На фиг.1 показан эксцентриковый подшипник с двумя дополнительными кольцами, расположенными по двум сторонам подшипника в разрезе Б-Б и В-В; на фиг.2 - его разрез по А-А; на фиг.З показан его разрез по Г-Г. На фиг.4 показан эксцентриковый подшипник с одним дополнительным кольцом, расположенным по центру, внутри наружного кольца в разрезе по Ж-Ж и К-К; на фиг.5 - его разрез по Д-Д; на фиг.6 - его разрез по Е-Е.Figure 1 shows an eccentric bearing with two additional rings located on two sides of the bearing in the context of BB and BB; figure 2 is a section along aa; Fig. 3 shows a section along G-G. Figure 4 shows an eccentric bearing with one additional ring located in the center, inside the outer ring in a section along Zh-Zh and KK; figure 5 is a section along DD; figure 6 is a section along EE.

Подшипник, изображенный на фиг.1, 2, 3, содержит наружное кольцо 1, расположенное эксцентрично относительно вала 3, два одинаковых дополнительных кольца 2, расположенных по краям подшипника, опирающиеся на вал 3, три тела качения разного диаметра 4, 6, 8, взаимодействующие с валом 3 и наружным кольцом 1, разделительные ролики 5, 7, помещенные между телами качения 4, 6, 8, с двух сторон примыкающие к наибольшему 6 из них, и охваченные дополнительными кольцами 2. В данном подшипнике вал 3, наружное кольцо 1 и тела качения 4, 6, 8 снабжены зубчатыми венцами, находящимися в зацеплении, а также цилиндрическими беговыми дорожками. При этом зубчатые венцы вала 3, наружного кольца 1 и тел качения 4, 6, 8 имеют диаметры начальных окружностей, равные или близкие начальным диаметрам цилиндрических беговых дорожек соответствующих звеньев. Зубчатые венцы вала 3, наружного кольца 1 и тел качения 4, 6, 8 расположены между их цилиндрическими беговыми дорожками. Каждое тело качения 4, 6, 8 содержит зубчатое колесо 9 и пристыкованные к нему с двух сторон кольца 10, фиксируемые от выпадения на осях 11 стопором 12. Наружное кольцо 1 подшипника жестко связано с кронштейном 13, образуя совместно с ним шатун, который шарнирно связан с ползуном 14, взаимодействующим со стойкой 15.The bearing shown in figures 1, 2, 3, contains an outer ring 1 located eccentrically relative to the shaft 3, two identical additional rings 2 located on the edges of the bearing, resting on the shaft 3, three rolling elements of different diameters 4, 6, 8, interacting with the shaft 3 and the outer ring 1, dividing rollers 5, 7, placed between the rolling bodies 4, 6, 8, adjacent on the two sides to the largest 6 of them, and covered by additional rings 2. In this bearing, the shaft 3, the outer ring 1 and rolling bodies 4, 6, 8 are equipped with gear rims, finding schimisya engaged, as well as cylindrical treadmills. In this case, the gear rims of the shaft 3, the outer ring 1 and the rolling elements 4, 6, 8 have diameters of the initial circles equal to or close to the initial diameters of the cylindrical treadmills of the respective links. The gear crowns of the shaft 3, the outer ring 1 and the rolling elements 4, 6, 8 are located between their cylindrical treadmills. Each rolling body 4, 6, 8 contains a gear wheel 9 and rings 10 joined to it from two sides, fixed against falling out on the axles 11 by the stopper 12. The outer ring 1 of the bearing is rigidly connected to the bracket 13, forming together with it a connecting rod that is pivotally connected with the slider 14 interacting with the rack 15.

В примере, показанном на фиг.1, 2, 3, диаметры цилиндрических беговых дорожек вала 3, наружного кольца 1 и тел качения 4, 6, 8 несколько отличается от делительных диаметров соответствующих зубчатых венцов, что существенно не сказывается на показателях работы механизма. Диаметры цилиндрических беговых дорожек роликов 5, 7, взаимодействующих с дополнительным кольцом 2, могут не совпадать с диаметрами цилиндрических беговых дорожек, взаимодействующих с телами качения 4, 6, 8.In the example shown in figures 1, 2, 3, the diameters of the cylindrical treadmills of the shaft 3, the outer ring 1 and the rolling elements 4, 6, 8 are slightly different from the pitch diameters of the respective gear rims, which does not significantly affect the performance of the mechanism. The diameters of the cylindrical treadmills of the rollers 5, 7 interacting with the additional ring 2 may not coincide with the diameters of the cylindrical treadmills interacting with the rolling bodies 4, 6, 8.

Эксцентриковый подшипник работает следующим образом. При движении вала 3, вращающегося с угловой скоростью ω₁, тела качения 4, 6, 8 катятся по наружному кольцу 1. Система тел качения совершает совместное переносное вращение так же, как если бы они были связаны единым водилом. Передаточное число механизма U=ω₁/ω_h=1+(z₂/z₁), где z₁ и z₂ - соответственно числа зубьев вала и наружного кольца. Для механизма, изображенного на фиг.1, 2, 3, U=3. Ползун 14 совершает возвратно-поступательное движение с частотой ν=ω₁/2π·U. Дополнительные кольца 2, опирающиеся на разделительные ролики 5,7, служат для того, чтобы ни при каком направлении приложения сил вал 3 не сместился относительно наружного кольца 1 в радиальном направлении.The eccentric bearing operates as follows. When the shaft 3 rotates at an angular speed of ω ₁ , the rolling elements 4, 6, 8 roll along the outer ring 1. The system of rolling bodies performs joint, portable rotation as if they were connected by a single carrier. The gear ratio of the mechanism is U = ω ₁ / ω _h = 1 + (z ₂ / z ₁ ), where z ₁ and z ₂ are the number of teeth of the shaft and the outer ring, respectively. For the mechanism depicted in figures 1, 2, 3, U = 3. The slider 14 makes a reciprocating motion with a frequency ν = ω ₁ / 2π · U. Additional rings 2, supported by dividing rollers 5,7, serve to ensure that, in no direction of application of force, the shaft 3 does not shift relative to the outer ring 1 in the radial direction.

Подшипник, изображенный на фиг.4, 5, 6, отличается от предыдущего тем, что содержит одно дополнительное кольцо 2, расположенное по центру подшипника, внутри наружного кольца 1, причем наружный диаметр дополнительного кольца 2 меньше диаметра вершин зубчатого венца наружного кольца 1. Тела качения 4, 8 выполнены гладкими в виде дисков, соединенных межу собой перемычками 16, а тело качения 6 имеет зубчатые венцы. При этом цилиндрические беговые дорожки вала 3, наружного кольца 1 и тела качения 6 расположены между их зубчатыми венцами. Наибольшее тело качения 6 содержит зубчатые колеса 9 и примыкающие к ним кольца 10, которые крепятся на осях 11 с помощью гаек 17. Данный подшипник работает аналогично предыдущему.The bearing shown in figures 4, 5, 6, differs from the previous one in that it contains one additional ring 2 located in the center of the bearing, inside the outer ring 1, and the outer diameter of the additional ring 2 is less than the diameter of the tops of the ring gear of the outer ring 1. Bodies rolling elements 4, 8 are made smooth in the form of disks interconnected by jumpers 16, and rolling body 6 has gear rims. In this case, cylindrical treadmills of the shaft 3, the outer ring 1 and the rolling body 6 are located between their gear rims. The largest rolling body 6 contains gears 9 and adjacent rings 10, which are mounted on the axles 11 with nuts 17. This bearing works similarly to the previous one.

Предложенный эксцентриковый подшипник выполняет функции опоры качения, редуктора и эксцентрика одновременно, что существенно упрощает конструкцию и технологию изготовления привода. При этом предлагаемая конструкция имеет увеличенный эксцентриситет, что расширяет ее кинематические возможности по сравнению с известными фрикционными и зубчатыми эксцентриковыми подшипниками качения.The proposed eccentric bearing acts as a rolling support, gearbox and eccentric at the same time, which greatly simplifies the design and manufacturing technology of the drive. Moreover, the proposed design has an increased eccentricity, which expands its kinematic capabilities in comparison with the known friction and gear eccentric rolling bearings.

Данный подшипник может применяться в приводах насосов, в различных механизмах сельскохозяйственной техники, а также в любых других механизмах для получения возвратно-поступательного движения. Основной эффект от его применения заключается в том, что в приводе не нужен редуктор.This bearing can be used in pump drives, in various mechanisms of agricultural machinery, as well as in any other mechanisms for receiving reciprocating motion. The main effect of its use is that the gearbox is not needed in the drive.

Claims (7)

1. Эксцентриковый подшипник качения, содержащий эксцентричное валу наружное кольцо, тела качения разного диаметра, взаимодействующие с валом и наружным кольцом, разделительные ролики, помещенные между телами качения, а также дополнительное кольцо, охватывающее разделительные ролики, отличающийся тем, что содержит три тела качения и два разделительных ролика, с двух сторон примыкающих к наибольшему телу качения, дополнительное кольцо помимо разделительных роликов опирается на вал, причем вал, наружное кольцо и тела или одно из тел качения снабжены зубчатыми венцами, находящимися в зацеплении.1. An eccentric rolling bearing comprising an outer ring eccentric to the shaft, rolling elements of different diameters interacting with the shaft and the outer ring, spacer rollers placed between the rolling bodies, and an additional ring spanning the spacer rollers, characterized in that it contains three rolling bodies and two dividing rollers adjacent to the largest rolling body on two sides, the additional ring in addition to the dividing rollers rests on the shaft, and the shaft, outer ring and bodies or one of the rolling bodies I am equipped with gears that are meshed. 2. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что звенья, имеющие зубчатые венцы, имеют также цилиндрические беговые дорожки с диаметром, равным или близким начальному диаметру соответствующего венца.2. The eccentric rolling bearing according to claim 1, characterized in that the links having gear rims also have cylindrical treadmills with a diameter equal to or close to the initial diameter of the corresponding rim. 3. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что зубчатым венцом снабжено только одно наибольшее тело качения, а два других тела качения выполнены гладкими.3. The eccentric rolling bearing according to claim 1, characterized in that only one largest rolling body is provided with a ring gear, and the other two rolling bodies are made smooth. 4. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что содержит два дополнительных кольца, расположенных по двум сторонам подшипника.4. The eccentric rolling bearing according to claim 1, characterized in that it contains two additional rings located on two sides of the bearing. 5. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что содержит одно дополнительное кольцо, расположенное по центру подшипника, внутри наружного кольца, причем наружный диаметр дополнительного кольца меньше диаметра вершин зубчатого венца наружного кольца.5. The eccentric rolling bearing according to claim 1, characterized in that it contains one additional ring located in the center of the bearing, inside the outer ring, the outer diameter of the additional ring being smaller than the diameter of the tops of the ring gear of the outer ring. 6. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что цилиндрические беговые дорожки вала, наружного кольца и тел качения расположены между их зубчатыми венцами.6. The eccentric rolling bearing according to claim 1, characterized in that the cylindrical treadmills of the shaft, outer ring and rolling elements are located between their gear rims. 7. Эксцентриковый подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что зубчатые венцы вала, наружного кольца и тел качения расположены между их цилиндрическими беговыми дорожками. 7. The eccentric rolling bearing according to claim 1, characterized in that the gear rims of the shaft, outer ring and rolling elements are located between their cylindrical treadmills.

Images