Сферические подшипники качения

Такие подшипники часто применяют при конструировании самоустанавливающихся механизмов. Среди них шариковые двухрядные имеют широкий диапазон размеров, но применимы далеко не всегда, так как их нагрузочная способность относительно невелика.

Чаще используют роликовые сферические подшипники, и здесь встречается странная ситуация. Есть два отечественных стандарта на такие подшипники: ГОСТ 24696-81 «Подшипники роликовые сферические с симметричными роликами» и ГОСТ 5721-75 «Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные» (есть еще ГОСТ 5731-75 на подшипники особо легких серий с диапазоном внутренних диаметров от 120 до 480 мм). Оба стандарта действуют и оба типа подшипников присутствуют на рынке. В этом-то и странность.

Два типа этих подшипников, отличаются внутренним устройством:

Два подшипника

У одного из них на внутреннем кольце по обеим сторонам беговых дорожек имеются буртики, между которыми установлены несимметричные ролики.

Установочные размеры у них одинаковы и практически одинакова их рыночная цена. Расчетные формулы и предельные скорости вращения также идентичны. Используемые для расчета эквивалентной нагрузки справочные коэффициенты почти одинаковы, а вот нагрузочная способность существенно различается. У первого динамическая грузоподъемность почти на 30%, а статическая более чем на 40% выше, чем у второго. Видимо это объясняется меньшей площадью фактического контакта несимметричных роликов с беговыми дорожками.

Спрашивается, зачем делать и продавать за ту же цену подшипники второго вида, если они заведомо более дорогие в изготовлении и хуже по основным характеристикам?

Возможно, у них все-таки есть какие-то преимущества, например меньшие потери на трение. Хотелось бы узнать мнение специалистов на этот счет.

Для случаев, когда для обеспечения самоустанавливаемости промежуточных (паразитных) зубчатых колес рядовых и сателлитов планетарных передач требуется большой угол перекоса (более 0,5º), Л.Н.Решетов рекомендует ставить в них подшипник с вогнутыми роликами и сферой на внутреннем кольце:

Вогнутые ролики

При этом сказано, что в таком подшипнике силы трения не влияют на его самоустанавливаемость и, к сожалению, не разъясняется почему. Найти такой подшипник в сети не удалось. Однако, приведенное в книге Л.Н.Решетова его изображение явно не «самодельное», и, видимо, взято из какого-то старого каталога или справочника.

Зато нашелся интересный тип подшипника со сферическим внутренним и цилиндрическим наружным кольцом. В справочнике «Подшипники качения» от 1984 г. таких подшипников два: №303048 (внутренний диаметр 8 мм) и №303400 (10 мм). Подшипники нестандартные, но реально присутствуют на рынке.

Вот их конструкция:

Razrez1

Для наружного кольца ролик цилиндрический, а для внутреннего он же является сферическим вогнутым. Поскольку подшипники нестандартные, ни грузоподъемность, ни предельные обороты в справочнике не приведены, и оценить их недостатки или преимущества по этим характеристикам не получается.

Не берусь судить, есть ли здесь какое-то преимущество по технологичности. Но, видимо, есть преимущество по потерям на трение. На контакте ролика с наружным концом геометрического скольжения практически нет, оно есть только на контакте  с внутренним кольцом, тогда как у обычного бочкообразного или вогнутого ролика это скольжение есть на контактах с обоими кольцами. Явные недостатки – изгибная нагрузка на ролик и неспособность нести осевую нагрузку.

Коль скоро такие подшипники существуют, вполне возможно, что существуют или существовал и подшипник, рекомендованный Л.Н.Решетовым.

Если в сфере на внутреннем кольце есть какая-то существенная выгода, то, по аналогии с приведенным выше рисунком, нетрудно «изобрести» и вот такой подшипник:

Razrez

Как и обычный сферический, он может нести существенную осевую нагрузку.

 

Интересно было бы узнать мнение специалистов по механике подшипников. Может быть, кто-то подскажет соответствующую литературу? Только не слишком заумную.