Способ сборки бессепараторных подшипников качения

№53-3,

Технические науки

В статье представлен анализ погрешностей формы тел качения на примере бессепараторного подшипника, и обоснование возможности компенсации погрешности форм в продольном направлении "бочкообразность" погрешностями формы "седлообразность". Обоснован фактор возникновения этих погрешностей погрешностями наладки бесцентрошлифовального станка. Предложен новый способ повышения сборки подшипника на основе компенсации погрешностей одной формы идентичными погрешностями другой.

Похожие материалы

Введение

Актуальность данной работы заключается в разрешении проблемной ситуации, заключающейся в значительном влияния погрешности форм роликов подшипников в продольном направлении, возникающей при случайном возникновении сочетания пар трения качения, когда в контакте находятся одноименные погрешности: бочкообразность – бочкообразность, или седлообразность-седлообразность. При таком сочетании форм приработка и износ возникают за более короткое время, поскольку такое сочетание дает точечный контакт и обуславливает меньшее время приработки, нежели при сочетаниях разноименных, например, бочкообразность – бочкообразность.

Цель исследования – провести анализ конструкторско-технологических факторов, влияющих на время износа пар трения качения на примере селективной сборки бессепараторного подшипника, определить их недостатки и определить эффективность устранения их путем индивидуального подбора форм поверхностей контакта сборочного узла.

Недостатками подшипников [1] является отсутствие у известной конструкции возможности регулирования зазоров между рабочими поверхностями контакта подшипников, как при сборке нового изделия, так и при регулировании его в процессе эксплуатации, как следствие непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания, шум во время работы.

Материалы и методы

Одна из разновидностей подшипников качения – бессепараторный подшипник. Бессепараторный подшипник качения, содержащий концентрично или параллельно относительно друг друга расположенные кольца или диски с расположенными на них дорожками качения, каждая из которых расположена на одном из колец или диске, между которыми расположены тела качения так, что каждое из тел качения контактирует по площадке контакта только с одной из дорожек качения и контактирует по площадкам контакта не менее чем с двумя телами качения, контактирующими с другой из дорожек качения, расположенной на другом кольце или диске. Каждое из тел качения, контактирующих с дорожкой качения, контактирует по площадкам контакта не менее чем с двумя телами качения, контактирующими с другой из дорожек качения, расположенной на другом кольце или диске [1].

Задачей предложенного технического решения является обеспечение равномерного зазора между телами качения за счет возможности регулирования зазоров между рабочими поверхностями контакта подшипников, как при сборке нового изделия, так и при регулировании его в процессе эксплуатации и предотвращение, на этой основе, увеличения люфта в подшипнике качения в процессе его эксплуатации.

Технический результат достигается в подшипнике качения, содержащем концентрично расположенные кольца с дорожками качения и тела качения, расположенные между дорожками качения так, что тела качения, контактирующие по площадке контакта с любой из дорожек качения, контактируют с двумя телами качения и не контактируют между собой, при этом тела качения выполнены с взаимно эквидистантными погрешностями «седлообразность» и «бочкообразность», причем с дорожками качения контактируют тела качения с одинаковой погрешностью, а между ними расположены тела качения эквидистантой им погрешностью

.

Рисунок 1 Вид трехрядного бессепараторного подшипника

Схема контакта форм «седлообразность» «бочкообразность» рабочих поверхностей тел качения 6 и 5 вдоль окружной осевой линии подшипника.
Рисунок 2. Схема контакта форм «седлообразность» –«бочкообразность» рабочих поверхностей тел качения 6 и 5 вдоль окружной осевой линии подшипника.

Рисунок 3 Схема контакта форм «седлообразность» – «бочкообразность» рабочих поверхностей тел качения 5, 6, 7 и дорожек качения 3, 4 наружного 1 и внутреннего 2 колец подшипника в его в поперечном сечении

Из анализа контакта форм «седлообразность» – «бочкообразность» по линиям контакта поверхностей тел качения 5 и 7 3, 5 и 7 и дорожек 3, 4 видно, что они эквидистантны.

Сущность конструкции заключается в последовательном сочетании тел качения с эквидистантными поверхностями (комплементарными по форме погрешностей в продольном направлении), в частности, в концентричном расположении кольца с дорожками качения и тела качения, расположенные между дорожками качения, так что каждое из тел качения среднего ряда контактирует по площадке контакта с одной из дорожек качения и с двумя телами качения, контактирующими с другой из дорожек качения.

При этом погрешность одной формы компенсируется погрешностью другой формы или эквидистантным расположением образующих указанных поверхностей.

«Бочкообразность» является частным видом отклонения профиля продольного сечения, при котором образующие непрямолинейны и диаметры увеличиваются от краев к середине сечения [2].

«Седлообразность» является частным видом отклонения профиля продольного сечения, при котором образующие непрямолинейны и диаметры уменьшаются от краев к середине сечения [2].

В результате компенсации погрешностей одних тел качения другими достигается более плотный контакт поверхностей трения качения за счет образования контактов по линии соприкосновения их рабочих поверхностей, что позволяет избежать пластической деформации тел качения, характерной при контакте в точке. Отсутствие пластической деформации тел качения препятствует увеличению зазоров между телами качения и увеличению люфта в процессе использования подшипника, что позволяет продлить срок службы и повысить работоспособность подшипника.

На рис. 1 показан трехрядный бессепараторный подшипник качения в разрезе.

На рис. 2 показана схема контакта тела качения, отобранного для сборки в одном подшипнике качения по признаку «седлообразность»» с телом качения, отобранного для той же сборки по признаку – «бочкообразность».

Подшипник качения содержит концентрично расположенные наружное кольцо 1 и внутреннее кольцо 2. На кольцах 1 и 2 выполнены дорожки качения 3 и 4 соответственно. Между наружным кольцом 1 и внутренним кольцом 2 с чередованием относительно друг друга расположены тела качения 5 внутреннего ряда, тела качения 6 среднего ряда тела качения 7 внешнего ряда. Тела качения 5 и 7, контактирующие по площадке контакта с обеими дорожками качения 3 и 4, имеют погрешности «седлообразность» и с телами качения 6, имеющими погрешность «бочкообразность». При этом все тела качения представляют собой ролики, установленные с возможностью компенсации существующих (в пределах допуска) в продольном направлении погрешностей вида –«бочкообразность –«седлообразность». Возможны и виды эквивалентного контакта с погрешностями «конусообразность» - «конусообразность» [5] .

Подшипник работает следующим образом. В процессе использования подшипника качения, тела качения 5 внутреннего ряда, тела качения 6 среднего ряда тела качения 7 внешнего ряда и перемещаются между рабочими поверхностями дорожек качения концентрично расположенных колец 1 и 2, и контактируют при этом по площадке контакта с дорожками качения 3 и 4 и друг с другом. В результате взаимной компенсации погрешностей седлообразных тел качения 5 и бочкообразных тел качения 6, и седлообразных тел качения 7 внешнего ряда за счет обеспечения контакта между телами качения по линии, а также седлообразных внутренней дорожки качения 4 и наружной дорожки качения 3, происходит более плотный контакт поверхностей трения качения, что позволяет избежать пластической деформации тел качения и, соответственно, препятствует увеличению зазоров между телами качения и препятствует увеличению люфта в процессе эксплуатации подшипника.

Результаты

Индивидуальный подбор в подшипнике качения форм контакта между дорожками качения концентрично расположенных колец, выполненных с погрешностями «седлообразность» и тел качения, выполненными с чередующимися погрешностями «седлообразность»- «бочкообразность»- «седлообразным» и т. д. относительно друг друга, создает возможность взаимной компенсации существующих в пределах допуска в продольном направлении погрешностей одних деталей сборочного узла эквивалентными погрешностями других деталей. Это создает условия для повышения точности их сборки, снижения биения после их приработки и, соответственно, повышения их работоспособности.

Рисунок 4 Схема возникновения погрешности «седлообразность» при шлифовании ролика подшипника на бесцентровошлифовальном станке

1 – обрабатываемый ролик подшипника, 2 – входные направляющие щечки; 3 – шлифовальный круг; 4 – обработанный ролик подшипника; 5 – выходные направляющие щечки; 6 – ведущий круг

Рисунок 5 Схема возникновения погрешности «бочкообразность» при шлифовании ролика подшипника на бесцентровошлифовальном станке

1 – обрабатываемый ролик подшипника, 2 – входные направляющие щечки; 3 – шлифовальный круг; 4 – обработанный ролик подшипника; 5 – выходные направляющие щечки; 6 - ведущий круг

На рис. 4 и 5 представлены следующие обозначения погрешностей.

В вх.±Δ В вх.- допуск на расстояние между входными направляющими щечками;

В вых.±Δ В вых. - допуск на расстояние между выходными направляющими

D заг ±Δ D заг. диаметр и допуск на диаметр заготовки роликов на входных и на выходных направляющих щечках;

V.д – скорость вращения заготовки детали на входных и выходных щечках;

Vос – скорость осевого перемещения заготовки детали и готовой детали по воздействием ведущего круга;

Vв. к. – скорость вращения ведущего круга;

Vш. К. – скорость вращения шлифовального круга;

Sвх-зазор между заготовкой ролика и направляющими щеками на входе роликов в направляющие щечки;

Sвых.– зазор между обработанными роликами и направляющими щечками на выходных направляющих щечках.

Δ Sвх. и ±Δ Sвых – допуск на зазор между выходными направляющими и заготовкой на входе и выходе, соответственно.

Заключение

Вследствие проведенного анализа нового способа сборки бессепараторного подшипника, установлена возможность устранения влияния погрешностей формы деталей подшипников качения, регулирования зазоров подшипника при сборке, уменьшения уровня шумов и износа, повышения его качества и надежности.

Техническим результатом предложенного способа [5] является повышение работоспособности подшипника за счет более равномерного распределения тел качения и уменьшения биения наружного кольца относительно посадочного отверстия внутреннего кольца, уменьшение шумов по сравнению с известными подшипниками [3, 4].

Список литературы

  1. Патент RU № 2269685, МПК F16C19/50, 10.02.2006.
  2. ГОСТ 24462-83 Отклонения и допуски формы.
  3. Пат. 2135851 РФ : МКП6 F16 C19/22. Подшипник качения радиальный роликовый бессепараторный : / Филонов Н.В., Юрьева В.Л., Матвеев Г.А., заявитель и патентообладатель Казанский. гос. технический ун-т. – №97117677/06. заявл. 16.10.1997, опубл. 27.08.1999.
  4. Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003.
  5. Способ сборки подшипника качения. Заявка на изобретение 216 132 018 заявлен 03. 08. 2016 . Санинский В.А., Чигиринский Ю.Л., Худяков К.В., Смирнова Е.Н., Заявитель Волгоградский государственный технический университет.