Введение

Тип роликового подшипника, способный воспринимать осевые нагрузки.

Конические роликовые подшипники – это подшипники качения, которые могут воспринимать как осевые, так и радиальные нагрузки (то есть они хорошо подходят для работы как упорные подшипники).

Описание

Внутренние и внешние кольцевые дорожки являются сегментами конусов, а ролики имеют коническую форму, так что конические поверхности дорожек и оси роликов, если их спроецировать, сходятся в общей точке на главной оси подшипника. Такая геометрия обеспечивает коаксиальность движения конусов, исключая скольжение между дорожками и наружным диаметром роликов. Эта коническая геометрия формирует линейную контактную зону, позволяющую выдерживать более высокие нагрузки, чем сферические (шариковые) подшипники, имеющие точечный контакт. Благодаря этой геометрии тангенциальные скорости поверхностей каждого ролика совпадают со скоростями соответствующих дорожек по всей длине контактной зоны, что исключает дифференциальное трение. Ролики стабилизируются и удерживаются фланцем на внутреннем кольце, к которому прилегает их больший конец, предотвращая их выпадение из-за "эффекта семечка тыквы", обусловленного их конической формой. Чем больше полууглы этих конусов, тем большую осевую нагрузку может выдержать подшипник. Конические роликовые подшипники разбираются на конусный элемент и обойму. Неразборный конусный элемент состоит из внутреннего кольца, роликов и сепаратора, который удерживает и равномерно распределяет ролики. Обойма представляет собой просто внешнее кольцо. Внутренний зазор регулируется при монтаже путем изменения осевого положения конуса относительно обоймы, хотя часто используются предварительно нагруженные установки без зазора. Метрические конические роликовые подшипники соответствуют системе обозначений, определенной в ISO 355.

История

23 марта 1895 года Джон Линкольн Скотт, фермер и плотник из Уилмота, штат Индиана, подал в Патентное ведомство США заявку на патент на своё изобретение – роликовый подшипник, предназначенный для установки на "шпинделя и ступицы осей вагонов, экипажей или других колесных транспортных средств". Подшипник состоял из двух комплектов цилиндрических роликов, один из которых был больше в диаметре, чем другой, и устанавливался на плоские поверхности, обработанные на коническом шпинделе оси. В 1898 году Генри Тимкен получил патент на конический роликовый подшипник, в котором использовались конические ролики. В то время Тимкен был производителем экипажей в Сент-Луисе и владел тремя патентами на экипажные рессоры. Однако именно его патент на конический роликовый подшипник обеспечил успех его компании. Конические роликовые подшипники стали прорывом в конце XIX века, поскольку конструкция подшипников, используемых в колесных осях, практически не менялась с древних времен. Они состояли из цилиндрической посадочной поверхности на раме и части оси, заключенной в корпус или короб, содержащий смазочный материал. Эти подшипники назывались подшипниками скольжения и полагались на смазку для создания смазывающего слоя. При отсутствии достаточной смазки подшипники скольжения выходили из строя из-за чрезмерного нагрева, вызванного трением. Тимкену удалось значительно снизить трение в своих осевых подшипниках, добавив конические элементы, которые фактически катились, равномерно распределяя нагрузку от оси к раме через закаленные стальные внутренние и внешние кольца и ролики – его конический роликовый подшипник. Конический роликовый подшипник в сочетании с современными смазочными материалами отличается исключительной долговечностью и почти повсеместно используется в механизмах с вращающимися осями и валами трансмиссии. Долговечность подшипников настолько высока, что эти валы часто не требуют обслуживания на протяжении сотен тысяч километров эксплуатации.

Приложения

Во многих применениях конические роликовые подшипники используются парами, расположенными "спина к спине", чтобы обеспечить равномерную поддержку осевых нагрузок в обоих направлениях. Пары конических роликовых подшипников применяются в колесных подшипниках автомобилей и транспортных средств, где они должны одновременно выдерживать большие вертикальные (радиальные) и горизонтальные (осевые) нагрузки. Конические роликовые подшипники обычно используются в приложениях средней скорости и высокой нагрузки, где требуется повышенная долговечность. Типичные области применения включают сельскохозяйственную, строительную и горнодобывающую технику, спортивные роботы-бойцы, системы осей, коробки передач, двигатели и редукторы, карданные валы, буксы железнодорожных осей, дифференциалы, ветровые турбины и т.д. Конический роликовый подшипник представляет собой узел, состоящий из конических дорожек качения (внутреннего и внешнего колец) и конических роликов. Конструкция предназначена для восприятия комбинированных нагрузок, таких как двунаправленные осевые и радиальные нагрузки. Ось подшипника – это точка, в которой проекции дорожек качения сходятся, что улучшает качество качения и снижает трение. Грузоподъемность можно увеличить или уменьшить, изменяя угол контакта. Чем больше угол, тем больше угол контакта. Они часто используются парами для лучшего восприятия радиальных нагрузок, а в некоторых особо тяжелых условиях эксплуатации могут быть объединены в один узел с двумя или четырьмя рядами роликов.