RU2536560C2 - Method for increasing durability of bearing assembly having at least one local loading zone of variable stiffness - Google Patents
Method for increasing durability of bearing assembly having at least one local loading zone of variable stiffness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536560C2 RU2536560C2 RU2012121669/11A RU2012121669A RU2536560C2 RU 2536560 C2 RU2536560 C2 RU 2536560C2 RU 2012121669/11 A RU2012121669/11 A RU 2012121669/11A RU 2012121669 A RU2012121669 A RU 2012121669A RU 2536560 C2 RU2536560 C2 RU 2536560C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- bearing assembly
- housing
- loading zone
- load distribution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в конструкциях машин, механизмов и, в частности, в подшипниковых узлах (ПУ).The present invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in the construction of machines, mechanisms and, in particular, in bearing units (PU).
Основная проблема, с которой сталкиваются при эксплуатации подшипников качения (ПК), является их небольшой срок службы из-за очень большой неравномерности распределения нагрузки между телами качения, а основная причина потери работоспособности ПК - усталостное разрушение его деталей. Известно, что нагрузка между телами качения в обычных ПК распределена очень неравномерно (см., например, книгу: Решетов Д.И. Детали машин. М.: Машиностроение, 1974, с.504-505). Основная нагрузка приходится на центральный ролик, а остальные ролики получают незначительное нагружение. Поэтому необходимо исправить этот недостаток путем перераспределения нагрузки между телами качения по оптимальному закону.The main problem encountered in the operation of rolling bearings (PC) is their short service life due to the very large uneven distribution of the load between the rolling bodies, and the main reason for the loss of PC performance is the fatigue failure of its parts. It is known that the load between the rolling bodies in ordinary PCs is distributed very unevenly (see, for example, the book: DI Reshetov. Machine Details. M .: Mashinostroenie, 1974, p. 504-505). The main load falls on the central roller, and the remaining rollers get a slight load. Therefore, it is necessary to correct this drawback by redistributing the load between the rolling bodies according to the optimal law.
Известен ПУ, в котором для улучшения распределения нагрузки между телами качения на некоторой части посадочной поверхности в пределах зоны нагружения формируют микрорельеф (патент RU 218897, кл. F16C 35/00, F16C 35/067, 2000 г.). Недостатки данного способа:Known PU, in which to improve the distribution of the load between the rolling elements on a certain part of the landing surface within the loading zone form a microrelief (patent RU 218897, CL F16C 35/00, F16C 35/067, 2000). The disadvantages of this method:
1) сложность изготовления рельефа;1) the complexity of manufacturing the relief;
2) отсутствует методика и точные параметры микрорельефа;2) there is no methodology and exact parameters of the microrelief;
3) в данном способе не говорится о том, как должна распределяться нагрузка между телами качения;3) this method does not say how the load should be distributed between the rolling bodies;
4) в деталях ПК возникает пониженная усталостная прочность из-за повышенной концентрации напряжений, вызванной микрорельефом;4) in the details of the PC there is a reduced fatigue strength due to the increased stress concentration caused by the microrelief;
5) невозможность изменения углового положения зоны микрорельефа при изменении направления внешней нагрузки, например, в редукторе при реверсировании вращения валов.5) the impossibility of changing the angular position of the microrelief zone when changing the direction of the external load, for example, in the gearbox when reversing the rotation of the shafts.
Наиболее близким к предлагаемому решению, принятому за прототип, является способ выравнивания нагрузки, при котором, по меньшей мере, одно из колец подшипника снабжено средством разгрузки тел качения от рабочей нагрузки в виде локального изменения кривизны посадочной поверхности кольца (патент RU 1771253, кл. F16C 35/04, 1989).Closest to the proposed solution adopted as a prototype is a load balancing method in which at least one of the bearing rings is equipped with a means of unloading the rolling elements from the working load in the form of a local change in the curvature of the seating surface of the ring (patent RU 1771253, class F16C 35/04, 1989).
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
1) образование местного, а не циркуляционного режима нагружения (как в обычном подшипнике) из-за того, что наружное кольцо ПК устанавливается с натягом в корпусе ПУ и не вращается, что приводит к значительному увеличению числа циклов нагружения местной зоны контакта и соответственно к уменьшению долговечности ПК;1) the formation of a local, rather than circulating, loading mode (as in a regular bearing) due to the fact that the outer ring of the PC is fitted with an interference fit in the PU housing and does not rotate, which leads to a significant increase in the number of loading cycles of the local contact zone and, accordingly, to a decrease PC durability;
2) невозможность поворота зоны локального изменения кривизны посадочной поверхности кольца при изменении направления внешней нагрузки, что приводит к снижению долговечности ПК;2) the inability to rotate the zone of local changes in the curvature of the seating surface of the ring when changing the direction of the external load, which leads to a decrease in the durability of the PC;
3) значительное уменьшение прочности тонких колец ПК вследствие удаления из них металла (снятия слоя материала) для изготовления локальной зоны;3) a significant decrease in the strength of thin rings of PCs due to the removal of metal from them (removal of a layer of material) for the manufacture of a local zone;
4) отсутствует методика определения размеров и способ изготовления кольца;4) there is no methodology for determining the size and method of manufacturing the ring;
5) нет данных об оптимизации распределения нагрузки на тела качения.5) there is no data on optimizing the distribution of the load on the rolling elements.
Задача увеличения долговечности ПУ решена в устройстве на основе патента RU 2386870 С1 (опубликовано: 20.04.2010, Бюл. №11) за счет достижения оптимального распределения нагрузки между телами качения путем установки кольца, имеющего локальную зону переменной жесткости и установленного с зазором с наружным кольцом подшипника и натягом с корпусом. Кольцо можно поворачивать, а затем фиксировать в корпусе таким образом, чтобы плоскость минимальной жесткости локальной зоны совпала с вектором радиальной нагрузки, действующей на подшипник качения, а форма локальной зоны задавала нужный закон распределения нагрузки между телами качения для повышения долговечности подшипника.The problem of increasing the durability of PU was solved in a device based on patent RU 2386870 C1 (published: 04/20/2010, Bull. No. 11) by achieving optimal load distribution between rolling bodies by installing a ring having a local zone of variable stiffness and installed with a gap with an outer ring bearing and interference fit with housing. The ring can be rotated and then fixed in the housing so that the plane of minimum rigidity of the local zone coincides with the radial load vector acting on the rolling bearing, and the shape of the local zone sets the desired law of load distribution between the rolling bodies to increase bearing life.
Предлагаемым изобретением решается задача увеличения долговечности ПУ за счет создания оптимального распределения нагрузки между телами качения в ПК.The present invention solves the problem of increasing the durability of PU by creating the optimal load distribution between the rolling bodies in the PC.
Для увеличения долговечности подшипников нужно найти оптимальное распределение усилий, действующих на тела качения (см., например, Лукин И.П., Шемякин Э.В., Костина Ю.В. Расчет оптимального распределения нагрузки между телами качения подшипника: Межвузовский сборник научных трудов / СПбГТУРП. - СПб., 2010. - С.35-38). Опыты и расчеты показывают, что закон распределения нагрузки на тела качения можно представить в виде параболы и описать его уравнением:To increase the durability of bearings, it is necessary to find the optimal distribution of forces acting on rolling elements (see, for example, Lukin I.P., Shemyakin E.V., Kostina Yu.V. Calculation of the optimal load distribution between rolling elements of a bearing: Interuniversity collection of scientific papers / SPbGTURP. - SPb., 2010 .-- P.35-38). Experiments and calculations show that the law of load distribution on rolling elements can be represented as a parabola and described by the equation:
где а, n, c - коэффициенты уравнения; Q - нагрузка на тело качения;where a, n, c are the coefficients of the equation; Q - load on the rolling body;
φ - угловое смещение центра тела качения.φ is the angular displacement of the center of the rolling body.
Данные коэффициенты рассчитываются из условия получения максимальной долговечности подшипника при усталостных разрушениях, например, определяются расчетом такие значения a, n, c, при которых достигается максимальное число оборотов внутреннего кольца при выполнении условия (2). Для расчета коэффициентов a, n, c была составлена программа на языке Turbobasic. В программе методом спирального координатного спуска вычисляются коэффициенты a, n, c, при которых выполняется условие:These coefficients are calculated from the condition of obtaining maximum bearing life under fatigue fractures, for example, the values a, n, c are determined by calculation at which the maximum number of revolutions of the inner ring is achieved when condition (2) is fulfilled. To calculate the coefficients a, n, c, a program was compiled in the Turbobasic language. In the program by the method of spiral coordinate descent, the coefficients a, n, c are calculated, under which the condition is satisfied:
где Ni - число циклов при напряжении σi,where N i is the number of cycles at a voltage σ i ,
NLi - долговечность подшипника (число циклов до появления усталостного разрушения) при напряжении σi.N Li - bearing life (number of cycles before the appearance of fatigue failure) at a stress σ i .
Так как максимальная нагрузка, на самый нагруженный ролик или шарик достигает половины и более от всей внешней радиальной нагрузки на подшипник (это приводит к резкому снижению времени работы подшипника), предлагается исправить этот недостаток, зная оптимальный закон распределения нагрузки между телами качения (см., например, статья Чижик Н.А., Шемякин Э.В., Костина Ю.В. Новая конструкция подшипникового узла качения. Межвузовский сборник научных трудов / СПбГТУРП. - СПб., 2008. - С.55-58). Для этого необходимо установить профилированное кольцо переменной жесткости, имеющее зазор с наружным кольцом подшипника и натяг с его корпусом. Переменная жесткость профилированного кольца достигается путем незначительного уменьшения толщины кольца (несколько десятков микрон) в локальной зоне по заданному закону в пределах действия внешней радиальной нагрузки. Профиль кольца с внешним радиусом RO образуется путем обточки и шлифования его по двум дугам окружностей с радиусами R1, R2; с центрами в точках O1, O2 и эксцентриситетами е1, е2 соответственно. Для определения этих размеров предлагается рассчитать реальный подшипниковый узел методом конечных элементов и найти эти параметры при условии, что закон распределения нагрузки между телами качения был бы оптимальным. Только методом конечных элементов можно рассчитать сложную сборку. На рис.1 показано профилированное кольцо переменной жесткости.Since the maximum load on the most loaded roller or ball reaches half or more of the entire external radial load on the bearing (this leads to a sharp decrease in the operating time of the bearing), it is proposed to correct this drawback, knowing the optimal law of load distribution between the rolling bodies (see, for example, article Chizhik N.A., Shemyakin E.V., Kostina Yu.V. New design of the rolling bearing assembly. Interuniversity collection of scientific works / SPbGTURP. - SPb., 2008. - S.55-58). To do this, it is necessary to install a profiled ring of variable stiffness, having a gap with the outer ring of the bearing and interference with its housing. The variable stiffness of the profiled ring is achieved by slightly reducing the thickness of the ring (several tens of microns) in the local zone according to a given law within the limits of the external radial load. A profile of a ring with an external radius RO is formed by turning and grinding it along two arcs of circles with radii R1, R2; with centers at points O1, O2 and eccentricities e1, e2, respectively. To determine these dimensions, it is proposed to calculate the actual bearing assembly by the finite element method and find these parameters, provided that the law of load distribution between the rolling bodies would be optimal. Only the finite element method can calculate a complex assembly. Fig. 1 shows a profiled ring of variable stiffness.
На рис.2 представлены две кривые распределения нагрузки по телам качения подшипника: а) при отсутствии профилированного кольца (реальное распределение нагрузки), б) при установке профилированного кольца между наружным кольцом и корпусом подшипника (распределение нагрузки при использовании профилированного кольца). На оси ординат отложена нагрузка в кН, на оси абсцисс - номер шарика. При этом долговечность подшипника увеличивается в 2 раза.Figure 2 shows two load distribution curves for the rolling elements of the bearing: a) in the absence of a profiled ring (actual load distribution), b) when installing a profiled ring between the outer ring and the bearing housing (load distribution when using a profiled ring). The load in kN is plotted on the ordinate axis, and the ball number on the abscissa axis. In this case, the durability of the bearing is increased by 2 times.
На заключительном этапе удаляется путем обтачивания и (или) шлифования металл с внутренней поверхности корпуса подшипника или с наружной поверхности внешнего кольца подшипника, или с наружной, или с внутренней поверхности профилированного кольца, вставленного между корпусом и наружным кольцом подшипника.At the final stage, metal is removed by grinding and (or) grinding from the inner surface of the bearing housing or from the outer surface of the outer bearing ring, or from the outer or inner surface of the profiled ring inserted between the housing and the outer ring of the bearing.
Claims (1)
сначала в зависимости от типа-размера подшипника и действующей на него внешней нагрузки рассчитывают оптимальное распределение нагрузки между телами качения, для достижения максимальной долговечности;
затем методом конечных элементов рассчитывают весь подшипниковый узел с целью определения формы и размеров зоны нагружения, ограниченной двумя дугами окружностей соответствующих радиусов и эксцентриситетов, обеспечивающей оптимальное распределение нагрузки;
потом удаляют путем обтачивания и (или) шлифования металл с внутренней поверхности корпуса подшипника или с наружной поверхности внешнего кольца подшипника, или с наружной, или с внутренней поверхности кольца переменной жесткости, вставленного между корпусом и наружным кольцом подшипника. A method of increasing the durability of a bearing assembly having at least one local loading zone of variable stiffness, comprising a shaft pin, a housing and a rolling bearing, characterized in that the formation of these zones is carried out in the following sequence:
first, depending on the type-size of the bearing and the external load acting on it, the optimal load distribution between the rolling bodies is calculated in order to achieve maximum durability;
then, the entire bearing assembly is calculated by the finite element method to determine the shape and size of the loading zone bounded by two arcs of circles of the corresponding radii and eccentricities, ensuring optimal load distribution;
then metal is removed by grinding and (or) grinding from the inner surface of the bearing housing or from the outer surface of the outer ring of the bearing, or from the outer or inner surface of the ring of variable rigidity inserted between the housing and the outer ring of the bearing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012121669/11A RU2536560C2 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Method for increasing durability of bearing assembly having at least one local loading zone of variable stiffness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012121669/11A RU2536560C2 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Method for increasing durability of bearing assembly having at least one local loading zone of variable stiffness |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012121669A RU2012121669A (en) | 2013-11-27 |
| RU2536560C2 true RU2536560C2 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=49625117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012121669/11A RU2536560C2 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Method for increasing durability of bearing assembly having at least one local loading zone of variable stiffness |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2536560C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1334869A (en) * | 1969-12-09 | 1973-10-24 | Nippon Seiko Kk | Anticreep assembly for a rolling bearing |
| RU2128298C1 (en) * | 1996-05-05 | 1999-03-27 | Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия | Rolling-contact bearing |
| RU2229041C1 (en) * | 2002-09-27 | 2004-05-20 | Захаров Евгений Николаевич | Combination bearing manufacturing method |
| RU2278999C1 (en) * | 2004-12-01 | 2006-06-27 | Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия | Bearing unit |
| RU2303718C1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Antifriction bearing |
| RU2386870C1 (en) * | 2008-07-23 | 2010-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров" | Device to increase life of bearing assembly |
-
2012
- 2012-05-25 RU RU2012121669/11A patent/RU2536560C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1334869A (en) * | 1969-12-09 | 1973-10-24 | Nippon Seiko Kk | Anticreep assembly for a rolling bearing |
| RU2128298C1 (en) * | 1996-05-05 | 1999-03-27 | Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия | Rolling-contact bearing |
| RU2229041C1 (en) * | 2002-09-27 | 2004-05-20 | Захаров Евгений Николаевич | Combination bearing manufacturing method |
| RU2278999C1 (en) * | 2004-12-01 | 2006-06-27 | Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия | Bearing unit |
| RU2303718C1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Antifriction bearing |
| RU2386870C1 (en) * | 2008-07-23 | 2010-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров" | Device to increase life of bearing assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012121669A (en) | 2013-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | An analytical calculation method of the load distribution and stiffness of an angular contact ball bearing | |
| US8858088B2 (en) | Tapered roller bearing and method of designing the same | |
| JP5444642B2 (en) | Combination bearing | |
| US10288114B2 (en) | Tapered roller bearing | |
| CN105605096B (en) | Angular contact self-aligning toroidal rolling element bearing | |
| EP2952763A1 (en) | Multipoint contact ball bearing | |
| RU2386870C1 (en) | Device to increase life of bearing assembly | |
| WO2013080824A1 (en) | Roller bearing | |
| US10458461B2 (en) | Bearing shaft and bearing | |
| RU2536560C2 (en) | Method for increasing durability of bearing assembly having at least one local loading zone of variable stiffness | |
| CN103115070B (en) | A kind of brass entity aligning roller bearing retainer and forming method | |
| CN103807287B (en) | Monoblock type lasso four-point contact ball geometric design method | |
| CN104302447A (en) | Method and tool for increasing the strength of shafts, in particular of crankshafts | |
| CN107013557A (en) | Improved bearing arrangement | |
| CN105715676B (en) | Double row spherical roller bearing, method of manufacturing and wind turbine bearing structure | |
| US10060479B2 (en) | Bearing and method of forming a bearing | |
| Yin et al. | Analysis of non-uniform abrasion evolution for cylindrical roller bearings | |
| CN104791380B (en) | self-aligning roller bearing | |
| JP5659724B2 (en) | Roller bearing | |
| US20150308495A1 (en) | Improved four point contact ball bearing in two races and an improved dresser to manufacture the same | |
| US11143233B2 (en) | Rolling bearing and method for manufacturing rolling bearing | |
| CN114029713A (en) | High-precision bearing casting machining method | |
| RU2464459C2 (en) | Method for improvement of service life of bearing assembly at changing load vector direction | |
| Goryacheva et al. | Simulation of combined wearing of the shaft and bush in a heavily loaded sliding bearing | |
| RU143254U1 (en) | ROLLER BEARING |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140917 |