Способ обеспечения предварительного натяга конических подшипников качения в корпусе редуктора и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01M13/04 

1

Изобретение относится к Мсшино- строению и может быть использовано для обеспечения предварительного натяга конических подиипников в процессе сборки редуктора на .стенде в условиях завода-изготовителя, а также на ремонтных предприятиях.

Цель изобретения - повышение производительности процесса сборки редуктора и повышение точности обеспечения предварительного натяга конических подшипников качения ведущего вала редуктора.I

На фиг, 1 и 2 приведен график .зависимости момента сопротивления проворачивания от осевого усилия; на фиг. 3 - график зависимости момента сопротивления проворачиванию от угла поворота гайки; на фиг. 4 - график зависимости осевого усилия от угла поворота гайки; на фиг, 5 - график зависимости между крутизной момента сопротивления проворачиванию от осевого усилия и крутизной момента сопротивления проворачиванию от угла поворота гайки; на фиг, 6 - структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 7 - временные диаграммы работы устройства,

Устройство содержит сборочную установку 1, электропривод 2 шпиндель-, ной сборочной установки 1, пульт 3 управления, последовательно соединенные преобразователь 4 угла поворота, формирователь 5 импульсов, аналого- цифровой преобразователь 6, измерительно-вычислительный комплекс 7, а также преобразователь 8 момента сопротивления проворачиванию, дифференциальный усилитель 9, В состав сборочной установки 1 входит шпинд,ель 10 вращения вала, шпиндель 11 вращения гайки на резьбовом хвостовике вала, система управляемых опорных центров для базирования вала собира- leMoro редуктора, вход пульта 3 управления является входом устройства, а выход соединен с упрайляющим входом электропривода 2 шпинделей,вход преобразователя 4 подключен к сбороч ной установке 1, к шпинделю 10 вращения вала, вход преобразователя 8 момента сопротивления проворачиванию соединен с корпусом собираемого редуктора, а выход через дифференци альный усилитель 9 - с вторым входом АЦП 6, второй выход формировагб ля 5 импульсов подключен к второму

1350523

входу измерительно-вычислительного комплекса 7, третий вход которого является входом ввода исходных данных.

измерительно-вычислительный комплекс 7 содержит первый блок 12 сопряжения, блок 13 управления, канал 14 связи, микропроцессор 15, блок 16 ОЗУ, блок 17 ППЗУ, второй блок 18 сопряжения , ЦАП 19, индикатор 20.

Устройство работает следующим образом,

Цодготавливая ИВК 7 к работе с помощью связи с третьим входом ИВК

через его блок 13 упрявления вводят следующие исходные данные: значение натяга Г„, характеризующие свойства

10

15

20

30

35

Р, характеризующие

данного типа подшипников, используемых в редукторе; значение предварительного натяга F,,, которое необходимо обеспечить при сборке редукторов; значение коэффициента К; программа, обеспечивающая в процессе ра- 25 боты всего устройства выполнение следующих операций: измерение угла поворота гайки на резьбовом хвостовике вала, определение угла поворота гайки, соответствующего началу сжатия подршпников; определение крутизны зависимости момента сопротивления проворачиванию от угла поворота гайки; расчет соответствующего пррого- вого значения момента сопротивления проворачиванию для данного редуктора; сравнение текущего значения момента сопротивления проворачиванию с найденным пороговым значением для данного редуктора; принятие решения о результате сравнения, вьщаче управляю-

щего сигнала с помощью ЦАП ИВК 7 в пульт 3 управления сборочной установкой 1, визуальной информации оператору с выхода индикатора ИВК 7 и управляющих сигналов внутри ИВК 7 для

45 его подготовки к следующему циклу для сборки другого редуктора.

Такая подготовка ИВК 7 осуществляется только один раз для данного типа редуктора с помощью блока управ50 ления. При сборке каждого редуктора ИВК 7 включается и функционирует автоматически,Преобразователь 4 угла поворота устанавливают на шпинделе 10 привода

55 вала так, чтобы за один оборот вала на выходе преобразо.вателя 4 появлялось, например, Zg импульсов. Это достигается путем считьшания бесконтактным методом (индуктивным, индукчерез его блок 13 упрявления вводят следующие исходные данные: значение натяга Г„, характеризующие свойства

0

0

5

Р, характеризующие

данного типа подшипников, используемых в редукторе; значение предварительного натяга F,,, которое необходимо обеспечить при сборке редукторов; значение коэффициента К; программа, обеспечивающая в процессе ра- 5 боты всего устройства выполнение следующих операций: измерение угла поворота гайки на резьбовом хвостовике вала, определение угла поворота гайки, соответствующего началу сжатия подршпников; определение крутизны зависимости момента сопротивления проворачиванию от угла поворота гайки; расчет соответствующего пррого- вого значения момента сопротивления проворачиванию для данного редуктора; сравнение текущего значения момента сопротивления проворачиванию с найденным пороговым значением для данного редуктора; принятие решения о результате сравнения, вьщаче управляю-

0 щего сигнала с помощью ЦАП ИВК 7 в пульт 3 управления сборочной установкой 1, визуальной информации оператору с выхода индикатора ИВК 7 и управляющих сигналов внутри ИВК 7 для

5 его подготовки к следующему циклу для сборки другого редуктора.

Такая подготовка ИВК 7 осуществляется только один раз для данного типа редуктора с помощью блока управ0 ления. При сборке каждого редуктора ИВК 7 включается и функционирует автоматически,Преобразователь 4 угла поворота устанавливают на шпинделе 10 привода

55 вала так, чтобы за один оборот вала на выходе преобразо.вателя 4 появлялось, например, Zg импульсов. Это достигается путем считьшания бесконтактным методом (индуктивным, индук

3

ционным или фотоэлектрическим) либо зубцов шестерни, либо прорезей спецального диска, жестко связанного с шпинделем 11 привода вала.

Подготовленный редуктор с подшипниками устанавливают на сборочную установку 1 и с помощью системы опоных центров базируют вал редуктора вертикальном положении, а корпус редуктора вводят в механический конта с преобразователем 8 момента сопротивления. Включают электропривод 2 шпинделей вала и гайки. Синхронно с вращением шпинделя 10 привода вала выходе преобразователя 4 появляется последовательность импульсов, перио следования которых пропорционален углу поворота гайки, так как привод шпинделя 10 вала и привод шпинделя гайки кинематически связаны.,Например , если шпиндель вала вращают с частотой 57 об/мин, д. шпиндель гайки с частотой 60 об/мин, то частота вращения гайки относительно вала равна 60-57 3 об/мин и с выхода преобразователя 4 за один оборот гайки относительно вала появится число импульсов

Ы f..Z „-Т., 19 Z,,

б-Т./в

f. Z частота вращения шпинделя

вала;

число зубцов (прорезей на

диске) на шестерне вала

шпинделя 12;

Т . период вращения гайки от-

г/ь -р

носительно вала.

Следовательно, один период между импульсами на выходе преобразователя 4 соответствует при Zg 1.00 углулч

г/6

Л(/

21Г

0,19 град.

г/8 N

чем обеспечивается необходимая точность измерения угла поворота гайки.

Последовательность импульсов с выхода преобразователя 4 поступает в формирователь 5, где производится их нормирование по амплитуде и длительности, а также усиление по мощности..

С первого выхода формирователя 5 импульсы поступают на управляющий вход АЦП 6 для его запуска, а с второго выхода преобразователя 5 - на второй ВХОД ИВК 7 для управления его работой и получения информации об угле поворота гайки.

10

и

рвта 1 1

Так как вал собираемого редуктора опирается на систему опорных центров сборочной установки 1, то корпус редуктора увлекается трением в подшипниках в направлении вращения вала, что приводит к появлению на выходе преобразователя 8 момента сопротивления пропорционального электрического сигнала, который подается на вход дифференциального усилителя 9. В усилителе 9 осуществляется подавление синфазной помехи благодаря наличию в нем дифференциального входа, с усиление и масштабирование, необходимое для согласования с входом АЦП 6, подключенным к выходу усилителя 9.

Таким образом, в такт импульсам от преобразователя 4 угла поворота гайки на первом входе АЦП 6 производится преобразование аналогового сигнала момента сопротивления проворачиванию в цифровой код, который с выхода А1Щ 6 поступает на первый вход ИВК 7.

В начале затяжки подшипники не сжаты, так как между их внутренними кольцами на валу находится распорная втулка, для деформации которой требуется- приложить с помощью гайки определенное усилие, зависящее от свойств

20

2Г

30

распорной втулки. До тех пор, пока распорная втулка не деформировалась настолько, чтобы пара подшипников начала сжиматься, значение осевого усилия между ними определяется только

35 весом корпуса редуктора, который много меньше величины необходимого предварительного натяга. Поэтому и соответствующий момент сопротивления проворачивания инеет небольшое значение.

0 По мере затяжки гайки распорная втулка деформируется так, что в подшипниках начинается сжатие, которое приводит к возраста ию моментя. сопротивления проворачиванию.

Определение угла поворота гайки, соответствующего началу сжатия подшипников, производится в ИВК путем фиксации такого значения угла поворота, которое соответствует условию неравенства моментов

2М(с), .

45

50

(V),,/

Если данное условие вьшспняется, то значение (. соответствует углу 55 начала суштия. После определения угла поворота гайки, соответствующего началу ржатия подшипников, с приходом каждого нового отсчета АЩ1 6 в ИВК 7 производится вычисление текущего

значения крутизны зависимости момента сопротивления проворачиванию

миЬ,.зМ1у,

Lf. - W.

1

По полученным результатам текущего значения момента сопротивления проворачиванию в ИВК 7 вычисляется

(J) Aif

г-ЗМ,

J

ДЛЯ

среднее значение крутизны данного j-ro редуктора /ЛМ 1 V /dMv

%- гй ;(;.где i - номер отсчета АЦП 6 в такт

i-му импульсу преобразователя 4 угла поворота гайки после начала сжатия; п - число отсчетов АЦП 6 после начала сжатия;

,М.

7,

TeKyptee значение крутизны i-ro импульса преобразователя 4 угла поворота гайки после начала сжатия, для которой определяется пороговое значение Мл, соответствующее данному М( д) -му редуктору в момент прихода i-ro отсчета АЦП 6.

После этого в ИВК 7 производят сравнение найденного порогового значения Ма, с фактическим значением мо- .мента мСм);- сопротивления проворачиванию, соответствующему i-му отсчёту АЦП 6.

М

.М(с/).,

Если условие выполняется, то про-, цесс затяжки продолжается,, а описанные операции повторяются для нового значения угла поворота гайки и соответствующего ему i-ro отсчета АЦП 6,

Если условие перестало выполняться, то это служит сигналом окончания затяжки, который с выхода ЦАП ИВК 7 подается на первый вход пульта 3 управления. Привод шпинделей 10 и П сборочной установки вьиспючает, систему опорных центров опускают и соб- ранньтй редуктор снимают со сборочной установки Г,

Если подшипники редуктора имеют крутую зависимость момента сопротивления проворачиванию, то им соответствует большое пороговое значение, в противном случае - малое пороговое значение момента сопротивления проворачиванию.

Работа ИВК 7 осуществляется следующим образом.

Перед началом работы предлагаемого устройства производится подготовка ИБК 7, которая осуществляется с помощью оператора для заданного типа собираемого редуктора только один раз. Для этого с помощью блока 13 управления вводится программа по алгоритму обработки, соответствующему предлагаемому способу, а также значения Г,

о

Г

ном

к из формулы. При этом

микропроцессор 5 управляет работой частей ИВК 7, программа .обработки записывается из блока 17 ППЗУ в блок 16 ОЗУ, АЦП 6 подготавливается к работе через блок 12 сопряжения, содержи мое ЦАП 19 обнуляется, а индикатор 20 отображает готовность ИВК 7 к работе. После пуска сборочной установки 1 на вход ИВК 7 через блок 12 сопряжения поступают импульсы от преобразователя 4 угла поворота, под дей- ствием которых в блок 16 ОЗУ поступают отсчеты АЦП 6 в виде цифровых кодов, соответствующих величине момента сопротивления проворачиванию. Значения этих цифровых кодов под действием управляюпщх сигналов микропроцессора 15 обрабатываются в соответствии с программой в реальном масштабе времени, что позволяет получать для каждого последующего импуль - са угла поворота текушее значение крутизны согласно формуле,среднее значение крути зны определение условия окончания затяжки гайки,при достижении которого с выхода ЦДЛ 19 выдается сигнал в пульт 3 управления на выключение привода шпинделей 10 и 11 привода сборочной установки 1, а на выходе индикатора 20 появляется визуальная информация об окончании сборки, , Основным преимуществом изобретения является более высокая производительность контроля;

о р м у л а

и. 3 о б р е т е н и я

1, Способ обеспечения предварительного натяга конических подшипниов качения в корпусе редуктора, заключакщийся в том, что устанавли- вают подщипники на ведут щй вал и в корпус собираемого редуктора, задают валу вращение, затягивают гайку на резьбовом хвостовике вала до тех пор, пока момент сопротивления враще

71

ния подшипников ведущего вала редуктора не достигнет порогового значения, отличающийся тем, что, с целью повьшения производительности процесса сборки, измеряют угол поворота гайки на резьбовом хвостовике вала, определяют момент сопротивления проворачиванию в функции угла поворота гайки на резьбовом хвостовике вала, определяют угол поворота гайки, соответствующий началу сжатия подшипников, затем определяют крутизну зависимости момента сопротивления проворачиванию от угла поворота гайки и соответствующее ей пороговое значение момента сопротивления прово рачиванию, которое сравнивают с текущим значением момента сопротивления и по результату этого сравнения прекращают затяжку гайки, при этом пороговое значение момента сопротивления проворачиванию определяют по зависимости

(;-)j(F,,,.Fj,

де М

°j

пороговое значение момента сопротивления проворачиванию для j-ro редуктора, соответствующее измеренной крутизне, Н-м; коэффициент пропорциональности, найденный эмпирическим путем, град/Н;

йМ

41/

- крутизна для j-ro редуктора зависимости момента сопротивления проворачиванию от угла поворота гайки, Н м/град; F - номинальное значение осе-

ном

вого усилияj обеспечивающего предварительный натяг,

н; .

FP - постоянная величина, найденная эмпирическим путем, Н.

2. Способ по п. 1, отличащийся тем, что угол поворота айки, соответствующий началу сжатия

0

5

0

5

0

подшипников, 011)сдоляыт путем сравнения каждого последукичего среднего знач-ения момента сопротивления проворачиванию с предыд 1цим зыаченнеи момента сопротивления проворачиванию, полученных за равные интерв шы угла поворота гайки.

3. Устройство обеспечения предварительного натяга конических подшипников в корпусе редуктора, содер- xaojee пульт управлени я, первый вход которого является входом устройства, сборочную установку, в состав которой входит система управляемых опорных центров для базирования вала собираемого редуктора, шпиндель вращения вала, шпиндель вращения гайки на резьбовом хвостовике вала, элект- 0 ропривод шпинделей, управляюпщй вход которого соединен с выходом пульта управления, преобразователь момента |сопротивления проворачиванию, вход которого соединен с корпусом собираемого редуктора, отличающееся тем, что, с целью повыше- ;-ния точности обеспечения предварительного натяга, оно снабжено последовательно соединенными преобразователем угла поворота гайки, формирователем импульса, аналого-цифровым преобразователем и измерительно-вычис- литедьным комплексом, а также дифференциальным усилителем, при этом вход преобразователя угла поворота гайки подключен к сборочной установке шпинделя вращения вала, второй выход формирователя импульсов соединен с вторым входом измерительно- вычислительного комплекса, третий вход которого является входом ввода исходных данных, а выход измерительно-вычислительного комплекса соединен с вторым входом пульта управле-

5

ния, вход дифференциального усилителя соединен с преобразователем момента сопротивления вращению, а выход дифференциального усилители подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя.

м

МиН

Фиг.1

2

3

FfiOKC

foe

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обеспечения предварительного натяга конических подшипников в процес - се сборки редуктора на стенде в условиях завода -иэготовителя, а также на ремонтных предприятиях. Целью явля - ется повышение точности сборки. Способ реализует метод обеспечения предварительного натяга путем измерения момента сопротивления проворачиванию (МСП) не в-координате времени, а в функции угла поворота гайки. Это по-, зволяет измерять крутизну зависимости МСП от угла поворота гайки. По экспериментально полученной математи ческой модели связи этой крутизны с величиной крутизны зависимости МСП от осевого усилия определяют пороговое значение момента сопротивления, которое обеспечивает заданную величину предварительного натяга. Устройство для. реализации способа содержит пульт управления и сборочную установку, в которую входит система управляемых опорных центров для бази- . рования вала собираемого редуктора. Управляющий вход электропривода шпинделей- соединен с выходом пульта управления, а преобразователь МСП соединен с корпусом собираемого редуктора. Кроме того, в устройство введены последовательно соединенные преоб разователь угла поворота гайки, формирователь импульсов, АЦП и измерительно-вычислительный комплекс, -а также дифференциальный усилитель. Способ и устройство, его реализующее, позволяют при наличии разброса крутизны момента сопротивления проворачиванию обеспечить заданное значение предварительного натяга (осевого усилия). 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил,. с (Л со СП о ел o со

м

Moi -

Фиг. 2

м

/ЗАГ/

4Wj

Фи.:5

Foe

лм

AF

ФигЛ

f (лР1

макс

/ЛМ)

(лТ/

мин

t ,

лм t(f

и. iff макс

UyMB

a

Редактор С.Патрушева

Составитель В Путинский

Техред Л.ОлийиьжКорректор Г,Решетник

Заказ 5277/4 Тираж 776Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий. 113035, Мсгсква, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,