Конические роликоподшипники — это подшипники качения , которые могут воспринимать как осевые силы (т. е. они являются хорошими упорными подшипниками ), так и радиальные силы.
Внутренние и внешние дорожки качения кольца представляют собой сегменты конусов , а ролики сужаются таким образом, что конические поверхности дорожек качения и оси роликов, если их спроецировать, встречаются в общей точке на главной оси подшипника. Такая геометрия позволяет конусам двигаться соосно, без скользящего движения между дорожками качения и наружным диаметром роликов.
Эта коническая геометрия создает линейное пятно контакта, которое позволяет переносить большие нагрузки, чем сферические (шариковые) подшипники, которые имеют точечный контакт. Геометрия означает, что тангенциальные скорости поверхностей каждого из роликов такие же, как и их дорожек качения по всей длине пятна контакта , и не происходит дифференциального трения.
Ролики стабилизируются и удерживаются фланцем на внутреннем кольце, по которому скользит их большой конец, что предотвращает выскакивание роликов из-за «эффекта тыквенного семечка» их конической формы.
Чем больше половинные углы этих конусов, тем большую осевую силу может выдержать подшипник.
Конические роликовые подшипники разделяются на узел конуса и чашку. Неразделяемый узел конуса состоит из внутреннего кольца, роликов и сепаратора, который удерживает и равномерно распределяет ролики. Чашка — это просто наружное кольцо. Внутренний зазор устанавливается во время монтажа осевым положением конуса относительно чашки, хотя преднагруженные установки без зазора являются обычным явлением.
Метрические конические роликовые подшипники соответствуют системе обозначений, определенной стандартом ISO 355.
23 марта 1895 года Джон Линкольн Скотт, фермер и плотник из Уилмота, штат Индиана, подал заявку на патент в Патентное ведомство США на свое изобретение роликового подшипника, который устанавливался на «осевые мотки и ступицы повозок, повозок или других колесных транспортных средств». [1] Подшипник состоял из двух наборов цилиндрических роликов, один из которых был больше в диаметре, чем другой, которые устанавливались на плоскости, обработанные на конической оси-мотке. В 1898 году Генри Тимкен получил патент [2] на конический роликовый подшипник, в котором использовались конические ролики. В то время Тимкен был изготовителем карет в Сент-Луисе и имел три патента на рессоры для кареток. Однако именно его патент на конические роликовые подшипники позволил его компании добиться успеха.
Конические роликовые подшипники стали прорывом в конце 19-го века, поскольку подшипники, используемые в осях колес, не сильно изменились с древних времен. Они состояли из цилиндрического седла на раме и части оси, заключенной в корпус или коробку , в которой содержалась смазка. Они назывались подшипниками скольжения и полагались на смазку для образования жидкого подшипника . Без достаточной смазки [3] подшипники скольжения выходили из строя из-за чрезмерного нагрева, вызванного трением. Тимкен смог значительно уменьшить трение в своих подшипниках оси, добавив конические элементы, которые фактически катились, равномерно передавая 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 смазками чрезвычайно долговечен и используется практически повсеместно в приложениях, связанных с вращающимися осями и трансмиссионными валами. Долговечность подшипника такова, что эти валы часто не требуют обслуживания в течение сотен тысяч километров эксплуатации.
Во многих случаях конические роликовые подшипники используются парами «спина к спине», что позволяет равномерно воспринимать осевые силы в обоих направлениях.
Пары конических роликовых подшипников используются в подшипниках колес автомобилей и транспортных средств, где они должны одновременно справляться с большими вертикальными (радиальными) и горизонтальными (осевыми) силами. Конические роликовые подшипники обычно используются для умеренной скорости, тяжелых условий эксплуатации, где требуется долговечность. Обычные реальные применения - в сельском хозяйстве, строительстве и горнодобывающем оборудовании, боевых спортивных роботах , системах осей, коробках передач, двигателях и редукторах, карданных валах, железнодорожных буксах, дифференциалах, ветряных турбинах и т. д. Конический роликовый подшипник - это узел, который состоит как из конических дорожек качения (внутренних и внешних колец), так и из конических роликов. Конструкция предназначена для комбинированных нагрузок, таких как осевые и радиальные нагрузки двойного действия. Ось подшипника - это место, где проецируемые линии дорожки качения объединяются в общем месте для улучшения качения, одновременно уменьшая трение. Грузоподъемность может быть увеличена или уменьшена в зависимости от увеличения или уменьшения угла контакта. Чем больше градус угла, тем больше угол контакта. Обычно они используются парами для лучшей радиальной нагрузки, а в некоторых тяжелых условиях эксплуатации могут быть объединены в два или четыре ряда в одном блоке.