СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО ДОПУСКА УГЛА КОНТАКТА В ДВУХРЯДНЫХ РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ ШАРИКОПОДШИПНИКАХ Российский патент 2005 года по МПК F16C43/04 G01M13/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников.

Подшипниковые заводы производят в наибольшем количестве из всех шариковых подшипников в настоящее время двухрядные радиально-упорные ступичные подшипники для переднеприводных автомобилей, в которых основным контролируемым параметром является осевой зазор у изготовителя при сборке подшипника и у потребителя перед установкой в ступицу колеса переднеприводного автомобиля, а угол контакта в

подшипниках не контролируют из-за отсутствия технологичного способа контроля.

Известен кинематический способ контроля угла контакта в радиально-упорных шарикоподшипниках (Черневский Л.В. Технологическое обеспечение точности сборки прецизионных изделий. М.: Машиностроение, 1984, стр.122... 132), основанный на зависимости угловых скоростей колец и сепаратора от угла контакта, который применяют в особых случаях или при исследовании подшипников.

Угол контакта в двухрядных радиально-упорных шарикоподшипниках без измерения при их сборке может быть обеспечен в пределах заданного допуска при сборке подшипников из колец со случайным сочетанием размеров диаметра и расстояния между дорожками качения при условии, что отклонения от номинальной величины размеров диаметра и расстояния между дорожками качения, заданные конструкторским чертежом в точках номинального угла контакта, не будут превышать определенной величины.

Но если изготовитель будет таким способом обеспечивать в подшипниках угол контакта в заданном допуске, то у него появится брак колец по параметру “недопустимое отклонение размеров дорожек качения” и возрастет себестоимость шарикоподшипников. Но так как на подшипниковых заводах не бракуют внутренние и наружные кольца шарикоподшипников, имеющие превышающие допустимые по конструкторскому чертежу отклонения от номинальной величины размеров дорожек качения из-за того, что всегда может быть собран шарикоподшипник с заданным радиальным или осевым зазором путем замены шариков или кольца в собираемом комплекте, то шарикоподшипники собирают из всех колец, и в двухрядных радиально-упорных шарикоподшипниках, собираемых из всех колец, отклонение угла контакта от номинальной величины превышает допустимое ±5° более чем в два раза.

Двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник, имеющий заданный осевой зазор и имеющий уменьшенный от номинальной величины более чем на 5° угол контакта и, следовательно, уменьшенный радиальный зазор, при запрессовке в ступицу колеса окажется в состоянии преднатяга, т.е. в подшипнике будут отсутствовать радиальный и осевой зазоры. А так как будет выполнено заданным усилием осевое сжатие внутреннего составного кольца, то подшипник из-за увеличенного внутреннего сопротивления вращению преждевременно выйдет из строя.

В подшипнике, имеющем увеличенный более чем на 5° угол контакта и, следовательно, имеющем увеличенный радиальный зазор, при запрессовке в ступицу колеса и заданного осевого сжатия составного внутреннего кольца не будет уменьшен до нуля осевой зазор и из-за люфта колеса в переднеприводном автомобиле подшипник преждевременно выйдет из строя. А если для выборки люфта колеса будет выполнено чрезмерное осевое сжатие составного внутреннего кольца, при котором будут деформированы в осевом направлении дорожки качения, то из-за ухудшения условий качения шариков подшипник преждевременно выйдет из строя.

Подтверждением преждевременного выхода из строя ступичных двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников является то, что для обеспечения сборки новых переднеприводных автомобилей производят ступичные подшипники два завода Вологодский и Саратовский, а для обеспечения замены ступичных подшипников в эксплуатируемых переднеприводных автомобилях производят ступичные двухрядные радиально-упорные подшипники еще шесть заводов: Курский, два Самарских ЗПОН и ЗСП, Волжский, Минский и Харьковский.

Известен способ обеспечения заданного угла контакта в однорядных радиально-упорных шарикоподшипниках (РТМ 37.006.364-82. Подшипники шариковые высокоскоростные типа 36000 и 46000 с диаметром отверстия до 220 мм. Расчет и конструирование), заключающийся в том, что контролируют при сборке подшипника из колец со случайным сочетанием размеров дорожек качения радиальный зазор Р, предельные значения которого определяют из выражений:

Р_mах=2(R_min+r_min-W_max)· (1-cosβ _max),

Р_min=2(R_maх+r_max-W_min)· (1-cosβ _min),

где R, r - радиус профиля желоба наружного, внутреннего колец W,β - диаметр шариков, угол контакта.

Известен способ обеспечения заданного угла контакта в однорядных радиально-упорных шарикоподшипниках (А.С. СССР №1320687, G 01 M 13/04. Бюл. №24, 1987 г.), заключающийся в том, что в подшипнике измеряют радиальный зазор Р, осевой зазор S и угол контакта β определяют из выражения:

Эти известные способы обеспечения заданного угла контакта не могут быть применены в производстве двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников.

Технической задачей изобретения является определение при случайном сочетании величин допустимых отклонений и возможных сочетаний, превышающих допустимые отклонения от номинальной величины размеров диаметра дорожек качения и расстояния между дорожками качения в кольцах, при выполнении которых в подшипнике будет угол контакта в заданном допуске, и определение угла контакта в собранном подшипнике по результатам измерения в подшипнике осевого и радиального зазоров.

Поставленная задача решается тем, что двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники:

1. Собирают из колец со случайным сочетанием допустимых отклонений размеров диаметра и расстояния между дорожками качения, предельные значения которых определяют из выражения:

где Δ D, Δ d - отклонения диаметров дорожки качения, измеренные в точках номинального угла контакта в наружном и во внутреннем кольцах.

Δ H, Δ h - отклонения расстояний между дорожками качения в точках номинального угла контакта в наружном, во внутреннем однорядном - между дорожкой качения и базовым торцом.

Δ β , β ₀- заданный допуск угла контакта и номинальный угол контакта в подшипнике.

W, R, r - номинальные диаметр шариков и радиусы профиля желоба дорожки качения наружного, внутреннего колец.

2. Собирают из колец со случайным сочетанием превышающих предельные значения отклонений размеров диаметра и расстояния между дорожками качения, максимальное значение которых в комплекте колец для собираемого шарикоподшипника определяют из выражения:

3. Что измеряют в собранном шарикоподшипнике осевой зазор S и радиальный зазор Р, причем радиальный зазор измеряют в каждом ряду шариков, в сечении, проходящем через номинальное положение центров шариков, и по измеренным значениям определяют угол контакта из выражения:

и сравнивают с допускаемым значением, а в шарикоподшипнике с отсутствием осевого зазора вводят между составными кольцами прокладку толщиной 0,03... 0,15 мм и измеряют осевой и радиальный зазоры.

4. Что контролирует в собранном шарикоподшипнике, имеющем заданный осевой зазор S, радиальный зазор Р, предельные значения которого определяют из выражений:

Для пояснения предлагаемого способа приведен чертеж, на котором в сечении изображена четвертая часть двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника, причем положение наружного кольца 1 и шарика 4 относительно положения составного внутреннего кольца 2 и 3 изображены сплошной линией при измерении в подшипнике осевого зазора и прерывистой линией при измерении радиального зазора.

На чертеже обозначены:

S - величина осевого зазора;

Р - величина радиального зазора;

β ,α - угол контакта шарика с дорожками качения колец при измерении осевого, радиального зазоров;

Δ β - допустимое отклонение угла контакта;

W - диаметр шарика;

R, r - радиус профиля желоба наружного, внутреннего колец;

D, Δ D, d, Δ d - диаметр, отклонение от номинальной величины диаметра дорожки качения в точках контакта с шариком в наружном, во внутреннем кольцах (диаметр, отклонение диаметра линии контакта);

Н, Δ Н, h/2, Δ h - расстояние, отклонение от номинальной величины расстояния между линиями контакта в наружном двухрядном кольце, во внутреннем однорядном -между линией контакта и базовым торцом;

С/2 - расстояние между линией, составляющей с перпендикуляром к оси подшипника номинальный угол контакта β ₀ и проходящей через номинально расположенные на дорожке качения наружного, внутреннего колец точки (T₁, Т₂) контакта с шариком, центр шарика и центры кривизны (точки А₁, E₁) профиля желобов наружного, внутреннего колец и точкой, в которой будет находиться центр кривизны профиля желоба при отклонении угла контакта в подшипнике от номинальной величины.

При измерении в подшипнике осевого зазора под воздействием знакопеременной осевой нагрузки, например, на наружное кольцо (см. рисунок), от воздействия которой в одном из крайних положений (детали подшипника изображены сплошной линией) будут находиться центр кривизны с радиусом R профиля желоба наружного кольца 1 в точке - Е₁ и центр кривизны с радиусом r профиля желоба внутреннего кольца 2 в точке А₁, а шарик 4 будет контактировать с дорожками качения колец в точках T₁ и F₁. В этом случае из прямоугольного треугольника A₁B₁E₁ получим:

Номинальный угол контакта:

где D₀, d₀, h₀, Н₀, S₀ - номинальные диаметры линии контакта на дорожках качения наружного, внутреннего колец при номинальном угле контакта, расстояния между линиями контакта в наружном и в составном внутреннем кольцах, номинальный осевой зазор.

Угол контакта в подшипнике в зависимости от размеров радиуса профиля желобов, диаметра дорожек качения, расстояния между дорожками качения и осевого зазора:

или в зависимости от отклонений размеров дорожек качения:

Из выражения (4) следует, что наибольшее изменение угла контакта будет при противоположных знаках отклонений размеров дорожек качения.

Из выражений (2) и (3) следует, что при верном задании размеров D₀, d₀, Н₀, h₀/2 конструкторским чертежом должно выполнять тождество:

Диаметр шариков в зависимости от размеров дорожек качения и осевого зазора:

Из выражения (6) получим выражение для осевого зазора в зависимости от размеров в деталях подшипника:

в котором при β =β ₀ получим:

Из выражения (7) следует, что при отклонении угла контакта до ±5° осевой зазор очень мало зависит от радиусов профиля желоба.

Выражение (8) показывает, что наибольшее влияние на величину осевого зазора оказывает диаметр шариков, и заданный осевой зазор в подшипнике может быть получен путем подбора диаметра шариков.

При измерении в подшипнике радиального зазора под воздействием знакопеременной радиальной нагрузки, например, на наружное кольцо (см. чертеж), воздействие которой в одном из крайних положений расположит наружное кольцо и шарики в положение, изображенное прерывистой линией.

Так как в этом положении центр кривизны с радиусом R профиля желоба наружного кольца будет находиться в точке F₄ и шарик будет контактировать с дорожками качения в точках F₄ и Т₄, то из прямоугольного треугольника А₁Е₄В₂ получим выражение для радиального зазора в двухрядном радиально-упорном шарикоподшипнике:

Так как: А₁Е₄=A₁E₁;B₂E₄=B₁V=B₁E₁-0,5· S;A₁B₁=A₁E₁·_{cosβ ,}

то получим выражение:

Из выражения (10) получим придельные значения радиального зазора в зависимости от предельных значений осевого зазора и угла контакта:

контроль которых в собранных шарикоподшипниках, имеющих заданный осевой зазор, даст возможность обеспечить заданный допуск угла контакта без измерения угла контакта в подшипнике.

Из прямоугольного треугольника E₁VE₄ (см. чертеж) следует:

так как A₁E₁=А₁Е₄,

что:

что:

и что угол между сторонами Е₁Е₄ и Е₁V равен величине:

и так как перпендикулярны линия E₁N к линии А₁Е₁ и линия Е₁B₁ к линии В₁А₁, то угол между линиями E₁N и E₁E₄ равен величине:

Так как угол между линиями AE₁ и АЕ₁ равен величине (β -α ), то из равностороннего треугольника Е₁A₁Е₄ следует, что:

или:

Так как:

то:

Выражение (20) дает возможность вычислить угол контакта по результатам измерения осевого и радиального зазоров в двухрядном радиально-упорном шарикоподшипнике.

На расчетной схеме шарикоподшипника (см. чертеж) изображены прямоугольники вокруг номинально расположенных на дорожках качения колец точек контакта T₁ и F₁ с шариком и точек А₁ и Е₁, площади которых являются множеством возможных отклонений от номинальной величины размеров Δ D/2, Δ H/2, Δ d/2, Δ h и пропорциональным изменениям радиусов R и r возможных изменений координат центров кривизны поверхности желобов наружного и внутреннего колец.

Максимальный угол контакта β _max в подшипнике будет при отклонениях размеров дорожек качения, соответствующих координатам точки T₂, которой пропорционально соответствует точка Е₂, и координатам точки F₂, которой пропорционально соответствует точка А₂.

Минимальный угол контакта β _min в подшипнике будет при отклонениях размеров дорожек качения, соответствующих координатам точки T₃, которой пропорционально соответствует точка Е₃, и точки F₃, которой пропорционально соответствует точка А₃.

Допускаемое отклонение от номинальной величины угла контакта Δ β в подшипнике определяет максимальное смещение от номинального положения центров кривизны поверхности желобов с радиусами R и r в направлении перпендикулярно линии, проходящей через точки T₁ и f₁ на расстоянии С/2, определяемое выражением:

или на основании координат, например, точек T₂ и F₂, характеризуемых величинами:

или:

и максимальное смещение относительно номинального положения точки контакта в направлении перпендикулярно линии, проходящей через точки T₁ и F₁ (см. чертеж) на дорожке качения

наружного кольца:

внутреннего кольца:

Из выражений (23) и (24) следует, что

если: Δ D=Δ H=Δ d=2Δ h=Δ _max

то: C_max=Δ _max(sinβ ₀+cosβ ₀)

и что двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник будет иметь угол контакта в пределах заданного допуска, который будет собран из колец со случайным сочетанием отклонением размеров дорожек качения:

которые не превышают величины, определяемой выражением:

которые превышают допустимые по выражению (25) отклонения размеров дорожек качения, в комплекте которых для собираемого шарикоподшипника выполняется условие, определяемое выражением:

Из выражения (25) следует, что величина допустимых отклонений размеров дорожек качения определяется радиусом профиля желоба дорожек качения, диаметром шариков, углом контакта и его допустимым отклонением, т.е. связана с определяющими динамическую грузоподъемность подшипника размерами конструктивных элементов подшипника.

Способ обеспечения заданного допуска угла контакта в двухрядных радиально-упорных шарикоподшипниках осуществляют следующим путем:

- собирают шарикоподшипники из колец со случайным сочетанием допустимых отклонений размеров дорожек качения, имеющих не превышающие предельные значения размеров диаметра и расстояния между дорожками качения, максимальные значения которых определяют из выражения (25);

- собирают шарикоподшипники из оставшихся колец со случайным сочетанием отклонений размеров дорожек качения, превышающие определяемые выражением (25) придельные значения, результаты измерения которых в точках номинального угла контакта преобразуют в параметры С_H и С_B по выражениям (23) и (24), и подбирают комплект колец для собираемого шарикоподшипника, в котором выполняется условие, заданное выражением (26);

- контролируют в собранном шарикоподшипнике, имеющем заданный осевой зазор S, радиальный зазор Р, предельные значения которого определяют из выражений (11) и (12);

- измеряют в собранном шарикоподшипнике осевой зазор S и радиальный Р, а в шарикоподшипнике с отсутствием осевого зазора вводят между составными кольцами прокладку толщиной 0,03... 0,15 мм и измеряют осевой и радиальный зазоры, радиальный зазор измеряют в каждом ряду шариков, в сечении, проходящем через номинальное положение центров шариков, и по измеренным значениям осевого и радиального зазоров определяют угол контакта из выражения (20) и сравнивают с допускаемым значением.

Таким образом, предлагаемое изобретение дает возможность изготовителю производить двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники с одинаковой и более высокой долговечностью.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, предназначенных для ступичных узлов переднеприводных автомобилей. Способ заключается в том, что двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники собирают из колец со случайным сочетанием допустимых отклонений размеров диаметра наружного кольца ΔD, внутреннего кольца Δd, расстояния между дорожками качения в наружном ΔH, во внутреннем Δh – между дорожкой качения и базовым торцом, измеренных в точках номинального угла контактов β_0. Собирают из колец со случайным сочетанием превышающих предельные значения отклонений размеров диаметра и расстояния между дорожками качения. Измеряют в собранном шарикоподшипнике осевой зазор S и радиальный зазор Р, причем радиальный зазор измеряют в каждом ряду шариков, в сечении, проходящем через номинальное положение центров шариков, и по измеренным значениям определяют угол контакта β и сравнивают с допускаемым значением, а в шарикоподшипнике с отсутствием осевого зазора вводят между составными кольцами прокладку толщиной 0, 03…0,15 мм и измеряют осевой и радиальный зазоры. Контролируют в собранном шарикоподшипнике, имеющем заданное предельное значение осевого зазора, радиальный зазор. Технический результат - обеспечение одинаковой заданной долговечности ступичным подшипникам. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обеспечения заданного допуска угла контакта в двухрядных радиально-упорных шарикоподшипниках, заключающийся в том, что собирают шарикоподшипники из колец со случайным сочетанием допустимых отклонений от номинальных размеров диаметра и расстояния между дорожками качения, имеющих непревышающие предельные значения, максимальное значение которых определяют из выражения

где ΔD, Δd - отклонения диаметров дорожки качения, измеренные в точках номинального угла контакта в наружном и во внутреннем кольцах;

ΔН, Δh - отклонения расстояний между дорожками качения в точках номинального угла контакта в наружном, во внутреннем однорядном - между дорожкой качения и базовым торцом;

Δβ, β₀ - заданный допуск угла контакта и номинальный угол контакта в подшипнике;

W, R, r - номинальные диаметр шариков и радиусы профиля желоба дорожки качения наружного, внутреннего колец.

где ΔD, Δd - отклонения диаметров дорожки качения, измеренные в точках номинального угла контакта в наружном и во внутреннем кольцах;

ΔН, Δh - отклонения расстояний между дорожками качения в точках номинального угла контакта в наружном, во внутреннем однорядном - между дорожкой качения и базовым торцом;

Δβ, β₀ - заданный допуск угла контакта и номинальный угол контакта в подшипнике;

W, R, r - номинальные диаметр шариков и радиусы профиля желоба дорожки качения наружного, внутреннего колец.

где W, R, r - номинальные диаметр шариков и радиусы профиля желоба дорожки качения наружного, внутреннего колец,

и сравнивают с допускаемым значением.

где β_max, β_min - максимальный и минимальный углы контакта шарика с дорожками качения колец;

S_mах, S_min - максимальная и минимальная величины осевого зазора.