Бессепараторный подшипник качения с зубчатым зацеплением

Богданов Д.А., Черемискина М.С., Пашков Е.Н.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск

Ключевые слова: подшипник качения, зубчатое зацепление, планетарная передача, вибрационные характеристики, аддитивное производство, 3D-печать.

Аннотация. В статье представлены результаты экспериментального исследования бессепараторного подшипника качения с зубчатым зацеплением, в котором синхронизация движения роликов обеспечивается за счёт интеграции планетарной зубчатой передачи. Рассматриваемая конструкция направлена на устранение характерных недостатков традиционных подшипников качения, связанных с проскальзыванием элементов качения и износом сепаратора, что особенно актуально для высокоточных и малошумных механических систем. Целью работы является оценка работоспособности и сравнительный анализ вибрационных характеристик разработанного подшипника по отношению к традиционному роликовому подшипнику аналогичных габаритных размеров. Экспериментальные образцы изготовлены методом аддитивных технологий (FDM-печать) из полимера PETG, что позволило оперативно реализовать прототипы сложной конструкции. Испытания проведены на стенде входного контроля подшипников качения в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52545.1-2006 при заданных радиальных и осевых нагрузках и фиксированной частоте вращения. В ходе исследований выполнено измерение уровней виброскорости в низко-, средне- и высокочастотных диапазонах, а также анализ спектров вибрации. Полученные результаты показали, что подшипник с зубчатым зацеплением характеризуется снижением вибрационных показателей в средне- и высокочастотных полосах по сравнению с традиционной конструкцией, что указывает на изменение характера вибрационного возбуждения вследствие принудительной кинематической синхронизации роликов. Сделан вывод о перспективности дальнейшего развития и оптимизации данной конструкции для применения в мехатронике, робототехнике и прецизионном машиностроении.

Non-cage rolling bearing with gear engagement

Bogdanov D.A., Cheremiskina M.S., Pashkov E.N.

National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk

Keywords: rolling bearing, gear engagement, planetary transmission, vibration characteristics, additive manufacturing, 3D printing.

Abstract. The paper presents the results of an experimental study of a cageless rolling bearing with geared engagement, in which the synchronization of roller motion is achieved through an integrated planetary gear mechanism. The proposed design is intended to eliminate the typical drawbacks of conventional rolling bearings associated with rolling element slippage and cage wear, which are especially critical for high-precision and low-noise mechanical systems. The aim of the study is to evaluate the operability and to perform a comparative analysis of the vibration characteristics of the developed bearing in comparison with a conventional roller bearing of identical overall dimensions. Experimental bearing samples were manufactured using additive manufacturing technologies (FDM printing) from PETG polymer, enabling rapid prototyping of a complex mechanical structure. The tests were carried out on a bearing inspection test rig in accordance with GOST R 52545.1-2006 under specified radial and axial loads and a fixed rotational speed. During the experiments, vibration velocity levels were measured in low-, medium-, and high-frequency ranges, and vibration spectra were analyzed. The results demonstrate that the bearing with geared engagement exhibits reduced vibration levels in the medium- and high-frequency bands compared to the conventional design. This behavior indicates a change in the nature of vibration excitation due to the forced kinematic synchronization of the rolling elements. The obtained findings confirm the prospects of further development and optimization of cageless geared rolling bearings for applications in mechatronics, robotics, and precision mechanical engineering.