СПОСОБ ПРИРАБОТКИ ПОДШИПНИКОВ В СОБРАННОМ ВИДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F16C33/64 B24B19/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подшипниковой промышленности для изготовления подшипников качения повышенной долговечности и надежности.

Известны устройства [1] и способы [2, 3] приработки подшипников качения в собранном виде, обеспечивающие повышение их работоспособности. Однако эти способы и устройства имеют малую производительность в результате того, что за одну установку обработке подвергается лишь один подшипник, и обладают низкой формообразующей способностью. Кроме того, ограничены их технологические возможности, т. к. они предназначены только для прикатки шариковых подшипников и не позволяют прирабатывать подшипники других типов, например роликовые.

За прототип взят известный способ обработки дорожек качения колец подшипников шариками [4], при котором во вращающееся наружное кольцо с набором шариков вводят вращающийся конус, создающий рабочее давление в зоне обработки и обеспечивающий проскальзывание на площадках контакта, шаров и дорожки качения. Данный способ позволяет осуществить приработку одного из колец, что обеспечивает лишь незначительное увеличение работоспособности подшипника. Кроме того, способ неприменим для обработки дорожек качения роликовых подшипников, что сужает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту заявляемому решению является устройство для прикатки шарикоподшипников [5], содержащее вертикальный вал, расположенный в корпусе на двух опорах, одна из которых технологическая, состоящая из двух установленных друг в друга подшипников, между которыми расположена эксцентричная втулка, другая - рабочая, служащая для установки прикатываемого подшипника и содержащая приспособление для осевого нагружения прикатываемого подшипника.

При низких скоростях вращения вала данное устройство обеспечивает прикатку дорожек качения колец шарикоподшипника, но при этом значительно снижается эффективность приработки и увеличивается время, необходимое для получения положительного эффекта. При повышенных скоростях вращения вала, обеспечивающих увеличение производительности прикатки, прикатываемый подшипник будет подвергаться воздействию вибраций, что приведет к отрицательному эффекту.

К числу недостатков данного решения следует отнести и следующие:
1. Использование для обработки технологической подшипниковой опоры приводит к снижению геометрической точности обрабатываемого подшипника, т.к. не исключается возможность передачи геометрических и иных погрешностей подшипников технологической опоры на рабочие поверхности обрабатываемого подшипника, что снижает качество приработки.

2. Произвольно выбранная величина эксцентриситета технологической опоры может оказаться недостаточной для обработки участков дорожки качения, контактирующих с шарами при работе подшипника в условиях максимального перекоса его колец. Эти участки дорожки качения останутся необработанными, что приведет к снижению долговечности подшипника.

3. Ограниченность области его применения, т.к. оно не предназначено для доработки роликовых подшипников.

4. Невозможность одновременной обработки нескольких подшипников, что способствует значительному уменьшению производительности работы устройства.

Задачей настоящего изобретения является увеличение долговечности подшипников и повышение качества их приработки, а также увеличение производительности процесса и расширение области его применения.

Поставленная задача решается тем, что в способе приработки подшипников в собранном виде, при котором кольца подвергают принудительному вращению, сообкатывая с собственным комплектом тел качения, создают перекос наружного кольца относительно внутреннего на угол, равный максимально возможной величине их перекоса в процессе эксплуатации при условии пересечения поперечных плоскостей симметрии колец в центре симметрии подшипника, а вращение наружного кольца осуществляют вокруг его наклоненной оси, описывающей конус с вершиной в центре симметрии подшипника.

Для осуществления способа приработки подшипников в собранном виде предлагается устройство, содержащее корпус, рабочий вал на опорах, в котором в качестве опор использованы прикатываемые подшипники, установленные в технологических подшипниках, смонтированных в корпусе с возможностью пересечения их осей в плоскости симметрии корпуса, в котором на соосных подшипниковых опорах установлен полый вал с расположенным внутри его рабочим валом, причем полый вал установлен с возможностью взаимодействия своими шлицевыми торцами со шлицевыми торцами внутренних колец технологических подшипников, кроме того, на резьбовом конце рабочего вала расположена гайка для фиксации прикатываемых подшипников в рабочем положении, а на внешней стороне полого вала выполнен клиновой ручей, в котором расположен приводной ремень.

Существенными признаками заявляемого технического решения, которые отличают его от прототипа и обуславливают соответствие этого решения критерию "новизна" являются:
1. Угол перекоса наружного кольца относительно внутреннего равен максимально возможному углу перекоса, возникающему в реальных условиях эксплуатации подшипников.

2. Перекос наружного кольца относительно внутреннего выполнен таким образом, что поперечные плоскости симметрии колец пересекаются в центре симметрии подшипника.

3. Вращение наружного кольца прикатываемого подшипника вокруг собственной оси, наклоненной по отношению к оси вращения внутреннего кольца.

4. Монтажные поверхности корпуса, предназначенные для установки технологических подшипников, выполнены таким образом, что их оси пересекаются в плоскости симметрии корпуса.

5. Рабочий вал расположен внутри полого вала с клиновым ручьем, установленного на соосных подшипниковых опорах в корпусе и взаимодействующего своими шлицевыми торцами со шлицевыми торцами внутреннего кольца технологического подшипника.

6. Создание рабочего давления только за счет перекоса колец обрабатываемого подшипника без применения дополнительных механизмов нагружения.

Среди известных технических решений не обнаружены решения со сходными признаками. Следовательно, заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.

Совокупность известных по прототипу и перечисленных новых существенных признаков обеспечивает достижение положительного эффекта при осуществлении изобретения:
1. Обеспечивает получение на рабочих поверхностях деталей прикатываемых подшипников профиля с оптимальной геометрической формой, что способствует снижению уровня максимальных контактных напряжений и благоприятному их распределению по площадке контакта в процессе эксплуатации подшипников [6]. Пересечение поперечных плоскостей симметрии наружного и внутреннего колец прикатываемых подшипников в центре симметрии подшипников обеспечивает в процессе приработки образование симметричного профиля рабочих поверхностей деталей прикатываемых подшипников. Угол перекоса колец, равный максимально возможному, обеспечивает в процессе приработки такую геометрическую форму дорожек и тел качения, которая позволяет подшипнику надежно и без возникновения критических напряжений работать в самом широком диапазоне условий эксплуатации, при различных углах перекоса колец, неизбежно возникающего при монтаже подшипников в узлы. Для обеспечения в процессе обработки заданного перекоса наружного кольца обрабатываемого подшипника относительно внутреннего посадочные поверхности корпуса, предназначенные для установки технологических подшипников корпуса, выполнены не соосно, а с наклоном, так что их оси пересекаются в плоскости симметрии корпуса. Это обеспечивает одинаковые условия одновременной обкатки двух подшипников, а также симметричность получаемого профиля рабочих поверхностей их деталей. Наличие технологических подшипников и полого вала, установленного соосно с рабочим валом и взаимодействующего в процессе вращения своими шлицевыми торцами с аналогичными торцами внутренних колец технологических подшипников, дает возможность осуществить вращение внутренних колец технологических подшипников, а вместе с ними и наружных колец обкатываемых подшипников вокруг наклонной оси, что обеспечивает приработку дорожки качения наружных колец по всей поверхности. Если не обеспечивать вращение наружных колец вокруг наклонной оси, то формирование профиля будет осуществляться только на рабочих поверхностях внутренних колец и роликов, а дорожки качения наружных колец не будут равномерно обрабатываться. Отсутствие в предлагаемом устройстве специального механизма для создания рабочего давления значительно упрощает его конструкцию и повышает точность обработки за счет исключения звеньев, являющихся дополнительными источниками вибраций и других нежелательных явлений. А повышение точности обкатки способствует увеличению долговечности подшипника. Кроме того, возможность одновременной приработки двух подшипников делает данное устройство более производительным по сравнению с известными аналогами.

2. При обработке роликовых подшипников, наиболее чувствительных к монтажным перекосам, происходит формирование профиля не только рабочих поверхностей дорожек и тел качения, но и профиля поверхностей направляющих бортов и торцов роликов, а это создает более благоприятные условия работы подшипника в узле, снижает опасность разрушения бортов и уменьшает энергетические потери при эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется сборочными чертежами устройства, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 - фрагмент сборочного чертежа устройства в плоскости перекоса колец прикатываемого подшипника.

Устройство для осуществления способа (вариант) состоит из рабочего вала 1, на котором расположены прикатываемые подшипники 2, установленные в технологические подшипники 3, содержащие наружное 18 и внутреннее 12 кольца, смонтированные в корпусе 4 таким образом, что их оси 5 вращения пересекаются в его плоскости симметрии 6, а также пересекаются с осью 15 вращения вала 1 и плоскостью симметрии 19 прикатываемого подшипника 2 в его центре симметрии O. Рабочий вал 1 расположен внутри полого вала 7, установленного в корпусе 4 на соосных подшипниковых опорах 8 и имеющего клиновой ручей 9 с приводным ремнем 16, выполненный напротив отверстия (не показано) в корпусе 4. Шлицевые торцы 10 полого вала 7 взаимодействуют со шлицевыми торцами 11 внутренних колец 12 технологических подшипников 3. На резьбовом конце рабочего вала 1 для фиксации подшипников 2, состоящих из наружного 17, внутреннего 14 колец и роликов 20, в рабочем положении, предусмотрена гайка 13.

Предложенный способ осуществляется следующим образом (фиг. 1, 2).

Обкатываемые подшипники 2, смонтированные на рабочем валу 1, устанавливают в отверстия внутренних колец 12 технологических подшипников 3 и фиксируют в требуемом положении гайкой 13. Валу 1 вместе с внутренними кольцами 14 прирабатываемых подшипников 2 придают вращение вокруг оси 15 с частотой n_в. Посредством клинового ремня 16, помещенного в клиновой ручей 9, сообщают вращение полому валу 7 с частотой n_п вокруг оси 15, который с помощью шлицов на своих торцах 10 и торцах 11 внутренних колец 12 технологических подшипников 3 передает вращение внутренним кольцам 12 технологических подшипников 3, вместе с которыми за счет сил трения, возникающих на поверхностях контакта, начинают вращаться наружные кольца 17 прикатываемых подшипников 2. В результате того, что наружные кольца 18 технологических подшипников 3 установлены в корпусе 4 с наклоном и остаются в процессе работы неподвижными, их внутренние кольца 12, а значит и наружные кольца 17 прикатываемых подшипников 2 будут вращаться вокруг осей 5 в плоскости 19 перекоса. При этом ролик 20, двигаясь вдоль дорожек качения, в результате перекоса колец 17 будет совершать качательные движения вокруг точки O. За один полный оборот ролик 20 сделает одно качание. В процессе своего движения каждый ролик 20, попадая в плоскость расположения осей 5, 15 (плоскость чертежа) и находясь в верхнем положении, будет контактировать крайними точками правой части своей рабочей поверхности 21 с крайними точками правой части рабочих поверхностей 22, 23 наружного 17 и внутреннего 14 колец. В этом положении удельное давление на контактной площадке очень высоко и достигает максимального значения. По мере качения ролика 20 площадки контакта его рабочей поверхности 21 и поверхностей дорожек качения 22, 23 наружного 17 и внутреннего 14 колец будут смещаться к центру с одновременным уменьшением давления в зонах контакта. При попадании ролика 20 в плоскость, перпендикулярную плоскости расположения осей 5, 15 (плоскость, перпендикулярную плоскости чертежа), он будет контактировать точками средней части своей рабочей поверхности 21 с точками середины рабочих поверхностей 22, 23 наружного 17 и внутреннего 14 колец. Удельное давление в зонах контакта снизится до минимального значения. По мере дальнейшего движения ролика 20 его площадка контакта будет перемещаться от центра рабочей поверхности 21 к ее левому краю с одновременным возрастанием удельного давления на ней. При прохождении роликом 20 плоскости расположения осей 5, 15 (плоскость чертежа) в нижней части подшипника 2 ролик 20 будет контактировать крайними точками левой части своей рабочей поверхности 21 с крайними точками левой части поверхностей 22, 23 роликовых дорожек наружного 17 и внутреннего 14 колец. Далее полуцикл повторяется.

В результате принудительного вращения наружного 17 и внутреннего 14 колец обрабатываемых подшипников 2 все точки рабочих поверхностей 21, 22, 23 их деталей будут периодически находиться во всех описанных положениях, произойдет обкатывание роликами 20 дорожек качения 22, 23 с проскальзыванием и переменным давлением вдоль образующих роликов 20 и роликовых дорожек 22, 23. В местах наибольшего удельного давления будет обеспечиваться максимальный износ контактных поверхностей, по мере уменьшения удельного давления износ также будет уменьшаться. Наличие абразивной среды в зоне контакта будет способствовать интенсификации процесса. В конце обработки, в результате образования выпуклого профиля на дорожках 22, 23 и телах качения 20, ролики 20 будут обкатывать дорожки качения 22, 23 с равномерным удельным давлением во всех точках профиля.

Таким образом, в условиях такой обкатки на рабочих поверхностях 21 роликов 20 и дорожек качения 22, 23 естественным путем формируется рациональный профиль, пригодный для работы подшипников 2 в условиях неизбежных перекосов их колец 14, 17.

Использование данного изобретения позволит столь простым методом получать оптимальную форму профиля деталей роликовых и шариковых подшипников, что значительно увеличит их надежность и долговечность, а значит и работоспособность огромного количества механизмов машин и приборов.

Используемые источники
1. Aвторское cвидетельство СССР N 893505. Стенд для обкатки подшипников качения. Опубл. БИ 48, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 408758. Способ приработки подшипников. Опубл. БИ 48, 1973.

3. Патент 29-148.4, N 3251117 (США). Реферативный журнал "Метрология", N 932227П, 1967.

4. Авторское свидетельство СССР N 1065156. Способ обработки дорожек качения колец подшипников шариками. Опубл. БИ 1,1984.

5. Авторское свидетельство СССР N 302517. Устройство для прикатки шарикоподшипников. Опубл. БИ 15, 1971.

6. Королев А. В. Выбор оптимальной геометрической формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов. - Саратов, СГУ, 1972. - 134 с.

Изобретение относится к процессам приработки подшипников в собранном виде. В процессе приработки подшипника создается перекос наружного кольца относительно внутреннего таким образом, что поперечные плоскости их симметрии пересекаются в центре симметрии подшипника. В результате принудительного вращения наружного и внутреннего колец вокруг своих осей осуществляется сообкатывание с собственным комплектом тел качения. Устройство для приработки подшипников содержит рабочий вал, расположенный в корпусе на двух опорах. Опоры состоят из прикатываемых подшипников, установленных в технологические подшипники. Последние смонтированы в корпусе так, что их оси вращения пересекаются в его плоскости симметрии. Рабочий вал расположен внутри полого вала, установленного в корпусе на соосных подшипниковых опорах, и содержит клиновой ручей для помещения в него приводного ремня. Шлицевые торцы полого вала взаимодействуют с шлицевыми торцами внутренних колец технологических подшипников. На резьбовом конце рабочего вала для фиксации подшипников в рабочем положении предусмотрена гайка. Технический результат - повышение долговечности подшипников различных типов, увеличение производительности приработки. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ приработки подшипников в собранном виде, при котором кольца подвергают принудительному вращению, сообкатывая с собственным комплектом тел качения, отличающийся тем, что в процессе приработки создают перекос наружного кольца относительно внутреннего на угол, равный максимально возможной величине их перекоса в процессе эксплуатации при условии пересечения поперечных плоскостей симметрии колец в центре симметрии подшипника, а вращение наружного кольца осуществляют вокруг его наклонной оси, описывающей конус с вершиной в центре симметрии подшипника. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее корпус, рабочий вал на опорах, в котором в качестве опор использованы прикатываемые подшипники, установленные в технологических подшипниках, смонтированных в корпусе с возможностью пересечения их осей в плоскости симметрии корпуса, в котором на соосных подшипниковых опорах установлен полый вал с расположенным внутри него рабочим валом, причем полый вал установлен с возможностью взаимодействия своими шлицевыми торцами с шлицевыми торцами внутренних колец технологических подшипников, кроме того, на резьбовом конце рабочего вала расположена гайка для фиксации прикатываемых подшипников в рабочем положении, а на внешней стороне вала выполнен клиновой ручей, в котором расположен приводной ремень.