способ комплектования деталей при селективной сборке радиально-упорных шарикоподшипников

Формула изобретения

Способ комплектования деталей при селективной сборке радиально-упорных шарикоподшипников, включающий измерение диаметров дорожек качения наружных и внутренних колец и диаметров тел качения, сортировку их на размерные группы и подбор комплектов деталей, отличающийся тем, что диаметры дорожек качения наружных и внутренних колец измеряют под углом контакта и учитывают величину контактных деформаций деталей под действием осевой нагрузки, измеряют относительное положение торцов внутреннего и наружного колец под нагрузкой и с учетом всех параметров измерения и суммарной погрешности комплектования моделируют сборку, рассчитывая точность комплектования путем нахождения эмпирического закона распределения выходного параметра по законам распределения геометрических параметров деталей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам селективной сборки подшипников качения, например радиально-упорных двухрядных шарикоподшипников, и может быть использовано в подшипниковой промышленности.

Известен способ комплектования деталей при селективной сборке подшипников (авт.свид. N 517714 по кл. МКИ F 16 C 43/04, 1976), согласно которому сортируют по размерам один вид колец, а другой в паре с телами качения устанавливают на измерительное устройство. При этом на измерительную позицию предварительно устанавливают несколько размерных групп тел качения, участвующих в процессе комплектования, причем один вид комплектующих колец по одному устанавливают на измерительную позицию и по заданной программе последовательности в течение времени нахождения этого кольца на измерительной позиции осуществляют измерительные операции до нахождения требуемого для сборки размера кольца другого вида из рассортированных по группам.

Недостаток известного способа заключается в том, что выбор комплекта осуществляют одной операцией измерения, поэтому в производстве подшипников вероятность точной сборки при использовании такого способа выбора комплекта с одной измеренной группой тела качения невелика.

Известен также способ изготовления внутренних колец селективной сборки подшипников качения (авт. свид. N 1486640 по кл. МКИ F 16 C 43/00, 1989 г.), принятый за прототип, заключающийся в том, что каждую размерную группу внутренних колец изготавливают на своем поле допуска после измерения и сортировки партии наружных колец, границы поля допуска на изготовление внутренних колец определяют с учетом данных о распределении наружных колец и тел качения по размерным группам. При этом выбор комплектов деталей осуществляют по всем размерным группам наружных колец, внутренних колец и шариков так, чтобы для каждого комплекта сумма номеров размерных групп удовлетворяла заданному двустороннему ограничению, характеризующему границы поля допуска на радиальный зазор. Такой способ позволяет оптимизировать выбор полей допусков на изготовление каждой партии внутренних колец. Критерием оптимизации служит коэффициент устойчивости собираемости изделий.

Однако известный способ не учитывает угол контакта сопрягаемых деталей и его изменение в зависимости от осевой нагрузки, а также относительное положение торцев внутреннего и наружного колец под нагрузкой. Кроме того, способ не учитывает суммарную погрешность комплектования деталей подшипника с учетом контактных деформаций и не предусматривает моделирование сборки.

Поставлена задача повысить собираемость и уменьшить объем незавершенного производства путем правильного выбора системы математического моделирования процесса формирования точности выходных параметров при сборке, особенно радиально-упорных двухрядных высокоскоростных шпиндельных подшипников.

Эта задача решается тем, что измеряют диаметры дорожек качения наружных и внутренних колец и диаметры тел качения, осуществляют их сортировку на размерные группы и подбор комплектов деталей. При этом диаметры дорожек качения наружных и внутренних колец измеряют под углом контакта и учитывают величину контактных деформаций деталей под действием осевой нагрузки. Измеряют относительное положение торцов внутреннего и наружного колец под нагрузкой и с учетом всех параметров измерения и суммарной погрешности комплектования моделируют сборку. При моделировании рассчитывают точность комплектования путем нахождения эмпирического закона распределения геометрических параметров деталей.

Сущность изобретения поясняется схемой на фиг. 1.

фиг. 1 - общая схема расположения деталей подшипника;

фиг. 2 - график зависимости угла контакта от осевой нагрузки;

фиг. 3 - схема прибора для измерения диаметра в зоне контакта и положения точки контакта относительно базового (широкого) торца наружного кольца;

фиг. 4 - схема прибора для измерения диаметра в зоне контакта и положения точки контакта относительно базового (широкого) торца внутреннего кольца;

фиг. 5 - гистограмма распределения начального угла контакта;

фиг. 6 - гистограмма распределения начального угла контакта.

Подшипник состоит из наружного кольца 1, внутреннего кольца 2 и тел качения 3.

На фиг 1 применены следующие обозначения параметров, которые участвуют в процессе контроля параметров и математического моделирования способа комплектования деталей при селективной сборке радиально-упорных шарикоподшипников:

BN - начальный угол контакта; DN - диаметр дорожки качения наружного кольца; RN - радиус дорожки качения наружного кольца в осевой плоскости; DNb - диаметр наружного кольца по бортику; DZN - диаметр дорожки качения наружного кольца по замку; BKN - угол измерения диаметра дорожки качения наружного кольца; DNK - диаметр дорожки качения наружного кольца, измеренный под углом BKN; L - расстояние от оси дорожки качения наружного кольца до базового (широкого) торца; B - ширина кольца; DV - диаметр дорожки качения внутреннего кольца; RV - радиус дорожки качения внутреннего кольца в осевой плоскости; Dvb - диаметр внутреннего кольца по бортику; DZV - диаметр дорожки качения внутреннего кольца по замку; BKV - угол измерения диаметра дорожки качения внутреннего кольца; DVK - диаметр дорожки качения внутреннего кольца, измеренный под углом BKV; 1 - расстояние от оси дорожки качения внутреннего кольца до базового (широкого) торца; DSN - диаметр шарика.

Выходными геометрическими параметрами шпиндельных подшипников являются угол контакта, относительное положение торцев наружных и внутренних колец и монтажный зазор, который определяется диаметром дорожки качения кольца с полным профилем, диаметром шариков и диаметром дорожки качения по "замку" кольца с неполным профилем. Монтажный зазор определяет технологию сборки комплекта с нагревом наружного кольца или охлаждением внутреннего для исключения повреждений рабочих поверхностей деталей. Расчет геометрических параметров дорожек качения колец производится с учетом контактных деформаций под действием осевой нагрузки Р.

Принята следующая последовательность решения задач:

1. Расчет внутренней геометрии.

2. Расчет диаметра дорожки качения внутреннего кольца DV, обеспечивающего заданный начальный угол контакта BN при заданном диаметре дорожки качения наружного кольца DN, радиусах дорожек качения наружного кольца RN и внутреннего RV, диаметре шарика DSH и их допусках, которые, в свою очередь, заданы верхними и нижними допускаемыми отклонениями.

3. Расчет зависимости угла контакта от осевой нагрузки P (решение выдается в виде графика, где по оси абсцисс отложены значения нагрузки P в кГс в заданном диапазоне с заданным интервалом, а по оси ординат - значения угла контакта в градусах и десятых долях).

4. Расчет расстояния от оси дорожки качения внутреннего кольца до базового (широкого) торца 1, обеспечивающего при заданной ширине наружных и внутренних колец В и заданном расстоянии от оси дорожки качения наружного кольца до базового (широкого) торца L нулевое относительное положение торцов внутреннего и наружного колец под нагрузкой P (под относительным положением торцов наружных и внутренних колец понимается "выступание" (знак +) или "утопание" (знак -) торца внутреннего кольца относительно торца наружного кольца).

5. Математическое моделирование сборки подшипников. Расчет точности комплектования заключается в нахождении эмпирического закона распределения выходного параметра по законам распределения геометрических параметров деталей, в общем случае - с учетом контактных деформаций.

При моделировании сборки по углу контакта приняты следующие операции:

а/ На сборку поступает случайное наружное кольцо из числа предварительно рассортированных. Сортировка производилась по размерам диаметров дорожек качения, измеренным под углом BKN в частном случае BKN=0 -измерение по дну желоба дорожки качения).

б/ По номинальному размеру сортировочной группы наружного кольца и диаметру тела качения, находящегося на сборке, определяют номинальный размер сортировочной группы внутреннего кольца, а затем случайное отклонение диаметра дорожки качения внутреннего кольца под углом BVK как сумма расчетного значения, полученного по алгоритму комплектования и случайного отклонения в пределах сортировочной группы. При моделировании сборки принято, что на сборке находится одна размерная группа шариков с отклонением от номинального значения, задаваемым в исходных данных.

в/ Случайные размеры деталей подшипника в данной реализации определяют случайное значение выходного параметра.

Аналогично осуществляют моделирование сборки деталей по осевым размерам.

Случайные отклонения геометрических параметров деталей в пределах заданных допусков определяют по нормальному закону распределения в предположении, что математическое ожидание случайного отклонения совпадает с серединой поля допуска, а поле допуска составляет 6 "сигма" то есть шесть среднеквадратических отклонений нормально распределенной случайной величины, что соответствует, как известно, вероятности 99,73%.

Случайные отклонения комплектуемых параметров в пределах групповых допусков определяются по равновероятному закону.

Случайные отклонения рассчитывают на основе стандартного датчика случайных чисел на интервале (0,1), нормальное случайное число определяют как сумму шести равновероятных случайных чисел на интервале (0,1).

Программу моделирования сборки подшипников строят таким образом, что на первом этапе но заданному количеству реализаций N определяют массивы случайных значений геометрических параметров деталей, необходимые для расчета выходного параметра для каждой из N реализаций, и затем рассчитывают N значений выходного параметра. Затем по N значениям производят построение гистограммы распределения выходного параметра и расчет числовых характеристик распределения. Число реализаций N рекомендуется задавать не менее 3000-5000 и не более 10000-15000 из соображений "выравнивания" гистограммы и достаточного быстродействия программы.

Задавая различные значения отклонений геометрических параметров деталей, групповых допусков и погрешностей измерения, можно проанализировать влияние различных факторов на точность комплектования шпиндельных подшипников. Например, задав нулевые верхнее и нижнее отклонения радиусов дорожек качения в осевой плоскости, можно оценить величину погрешности алгоритма комплектования, а задав нулевые значения групповых допусков - величину погрешности комплектования по групповым допускам.

Программа предусматривает возможность моделирования сборки как по результатам измерения диаметров дорожек качения по дну желоба, так и в зоне контакта под углом BNK для наружных и BNV для внутренних колец, причем в общем случае углы BNK и BVK могут не совпадать друг с другом и с начальным углом контакта В. Значения BNK=0 или BVK=0 соответствуют измерению диаметров дорожек качения соответственно наружных или внутренних колец по дну желоба. Практический интерес представляет измерение диаметра дорожки качения кольца с неполным профилем желоба в зоне контакта под углом, близким к начальному, а диаметра дорожки качения кольца с полным профилем - по дну желоба. На кольце с полным профилем (особенно на внутреннем) легче выдержать радиальные и осевые размеры, а также профиль дорожки качения в осевой плоскости. Прибор для измерения диаметра дорожки качения по дну желоба проще и дешевле, чем прибор для измерения диаметра в зоне контакта. Поэтому, если требуется "универсальное" исполнение шпиндельного подшипника, целесообразно проверить возможность измерения диаметра дорожки качения с неполным профилем в зоне контакта, а кольца с полным профилем - на обычном приборе. Такой вариант возможен также в том случае, если при изготовлении "универсальных" шпиндельных подшипников применяется одновременная подшлифовка торцов колец и поэтому не требуется сортировка деталей по осевым размерам.

Предлагаемый способ реализуется программой, разработанной на базе данных в системе Access97, которая допускает хранение неограниченного количества записей по типам подшипников. Ввод номинальных размеров деталей, верхних и нижних отклонений от номинальных размеров, групповых допусков, погрешностей измерений, а также исходных данных для расчета зависимости угла контакта от осевой нагрузки производится на экране, при этом исходные данные и результаты расчетов номинального значения диаметра дорожки качения внутреннего кольца и значения угла контакта сохраняются как запись в базе данных. Процесс моделирования сборки запускается командной кнопкой с экрана, количество реализаций запрашивается в диалоге и результаты в виде гистограмм выводятся на экран в виде отчета и могут быть распечатаны на принтере. В базе данных гистограммы не сохраняются.

Описание программы дано для шпиндельных подшипников с неполным профилем наружного кольца. Расчеты для случая неполного профиля внутреннего кольца аналогичны.

Описание поясняется табл. 1 и 2.