способ безабразивной обработки дорожек качения подшипников и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ безабразивной обработки дорожек качения подшипников, включающий воздействие на поверхность вращающейся заготовки вращающимся инструментом, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют воздействие на поверхность второй вращающейся заготовки, в качестве инструмента используют две инструментальные обоймы с сепараторами и телами качения, форма и размеры которых соответствуют кольцам, сепараторам и телам качения подшипников, заготовки которых подвергаются обработке, в рабочую зону каждой инструментальной обоймы перемещают вращающуюся заготовку, вокруг оси которой осуществляют вращение инструментальной обоймы, описывая ее осью конус с вершиной в центре симметрии обрабатываемой поверхности заготовки, и создают перекос оси вращения инструментальной обоймы относительно плоскости симметрии обрабатываемой поверхности заготовки, угол которого выбирают из условия обеспечения натяга между инструментальной обоймой и заготовкой.

2. Устройство для безабразивной обработки дорожек качения подшипников, содержащее корпус и инструмент, установленный с возможностью вращения, отличающееся тем, что оно снабжено установленным в корпусе на соосных подшипниковых опорах полым валом с приводным ремнем, двумя шпинделями для заготовок, расположенными соосно друг с другом и с полым валом, а инструмент выполнен в виде двух инструментальных обойм с телами качения и сепараторами, каждая из которых установлена на соответствующем конце полого вала наклонно с возможностью пересечения их осей в плоскости симметрии устройства, при этом шпиндели для заготовок установлены с возможностью перемещения обрабатываемых заготовок в рабочую зону соответствующей инструментальной обоймы.

Описание изобретения к патенту

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

Традиционно на заключительной стадии обработки дорожек качения подшипников используют абразивную доводку. Этот вид обработки позволяет обеспечить требуемые точностные и качественные параметры обрабатываемых поверхностей, однако замечено, что при этом происходит шаржирование обрабатываемой поверхности абразивными зернами. В процессе эксплуатации находящиеся на рабочих поверхностях абразивные зерна становятся причиной повышенного абразивного износа поверхностей и преждевременного выхода подшипника из строя. Кроме того, углубления, оставшиеся на поверхности дорожки качения от выпавших абразивных зерен, становятся источниками появления усталостных разрушений, что также приводит к снижению долговечности подшипника. В связи с этим, разработка безабразивных методов осуществления окончательной обработки дорожек качения колец подшипников позволит в значительной мере повысить их надежность и долговечность.

Известны устройства и способы [1] безабразивной обработки цилиндрических поверхностей, пригодные для доводки дорожек качения подшипников. Однако эти способы и устройства малопроизводительны и трудны в осуществлении. Кроме того, ограничены их технологические возможности в достижении требуемых точностных и качественных параметров обрабатываемых поверхностей.

Известен способ обработки цилиндрических поверхностей [2], при котором инструментальную обойму с сепаратором и комплектом роликов, наклоняют под некоторым углом к вращающейся обрабатываемой поверхности, сообщают вращение вокруг наклонной оси и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности, а также обеспечивают давление инструмента на поверхность обработки.

Можно отметить следующие недостатки данного метода обработки:

1. Ограниченность области применения, т.к. его невозможно использовать для обработки шариковых подшипников.

2. Невозможность одновременной обработки нескольких колец, что способствует значительному уменьшению производительности обработки.

3. Отсутствие возможности рационального профилирования обрабатываемой поверхности, что очень важно для обеспечения повышенной долговечность подшипников.

4. Необходимость использования нагружающего устройства для создания рабочего давления инструмента на обрабатываемую поверхность, что значительно усложняет конструкцию инструментальной головки.

Известен способ приработки подшипников в собранном виде [3], при котором кольца подвергаются принудительному вращению, сообкатываясь с собственным комплектом тел качения в абразивной среде. При этом в процессе приработки создают перекос наружного кольца относительно внутреннего на угол, равный максимально возможному в процессе эксплуатации.

Устройство для осуществления указанного способа содержит рабочий вал, расположенный в корпусе на двух опорах. Опоры состоят из прикатываемых подшипников, установленных в технологические подшипники, смонтированные в корпусе таким образом, что их оси вращения пересекаются в его плоскости симметрии. Рабочий вал расположен внутри полого вала, установленного в корпусе на соосных подшипниковых опорах и имеющего клиновой ручей для приводного ремня, выполненный напротив отверстия в корпусе. Шлицевые торцы полого вала взаимодействуют со шлицевыми торцами внутренних колец технологических подшипников. На резьбовом конце рабочего вала для фиксации подшипников в рабочем положении предусмотрена гайка.

К числу недостатков данного решения следует отнести следующее:

1. Оно относится к области доработки подшипников качения в собранном виде и представляет собой дополнительную операцию в технологическом процессе изготовления подшипников, предназначенную для устранения погрешностей механической обработки их деталей, что снижает производительность и повышает себестоимость изготовления. В случае применения на стадии механической обработки деталей подшипника более эффективных методов, позволяющих повысить качество формообразования рабочих поверхностей, необходимость использования такой приработки в собранном виде может отпасть.

2. Доработка осуществляется в абразивной среде, что не исключает шаржирования абразивных зерен в рабочие поверхности деталей, а это снижает их качество и может явиться причиной снижения долговечности подшипников.

4. Необходимость доработки рабочих поверхностей всех деталей прирабатываемого подшипника требует использования сложной кинематики их перемещения, что в значительной степени усложняет конструкцию устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту заявляемому решению является 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 безабразивной обработки имеет следующие недостатки:

1. Обеспечивает малую производительность процесса в результате того, что за одну установку обработке подвергается лишь одно кольцо.

2. Обладает низкой формообразующей способностью, так как дорожка качения обрабатывается лишь в пределах пятна контакта инструмента и заготовки.

3. Кроме того, способ имеет узкую область применения, так как непригоден для обработки дорожек качения роликовых подшипников.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно повышение качества и производительности механической обработки дорожек качения колец подшипников.

Поставленная задача решается тем, что в способе безабразивной обработки дорожек качения подшипников, включающем воздействие на поверхность вращающейся заготовки вращающимся инструментом, дополнительно осуществляют воздействие на поверхность второй вращающейся заготовки, в качестве инструмента используют две инструментальные обоймы с сепараторами и телами качения, форма и размеры которых соответствуют кольцам, сепараторам и телам качения подшипников, заготовки которых подвергаются обработке, в рабочую зону каждой инструментальной обоймы перемещают вращающуюся заготовку, вокруг оси которой осуществляют вращение инструментальной обоймы, описывая ее осью конус с вершиной в центре симметрии обрабатываемой поверхности заготовки, и создают перекос оси вращения инструментальной обоймы относительно плоскости симметрии обрабатываемой поверхности заготовки, угол которого выбирают из условия обеспечения натяга между инструментальной обоймой и заготовкой.

Для осуществления способа безабразивной обработки дорожек качения подшипников предлагается устройство, содержащее корпус и инструмент, установленный с возможностью вращения, которое снабжено установленным в корпусе на соосных подшипниковых опорах полым валом с приводным ремнем, двумя шпинделями для заготовок, расположенных соосно друг с другом и с полым валом, а инструмент выполнен в виде двух инструментальных обойм с телами качения и сепараторами, каждая из которых установлена на соответствующем конце полого вала наклонно с возможностью пересечения их осей в плоскости симметрии устройства, при этом шпиндели для заготовок установлены с возможностью перемещения обрабатываемых заготовок в рабочую зону соответствующей инструментальной обоймы.

Существенными признаками заявляемого технического решения, которые отличают его от прототипа и обуславливают соответствие этого решения критерию "новизна" являются:

В способе:

1. Одновременно осуществляется обработка двух заготовок.

2. В качестве инструмента используются две инструментальные обоймы с сепараторами и телами качения, форма и размеры которых соответствуют кольцам, сепараторам и телам качения подшипников, заготовки которых подвергаются обработке.

3. Вращение инструментальных обойм с сепараторами и комплектами тел качения осуществляется вокруг оси вращения заготовки таким образом, что ось каждой инструментальной обоймы описывает конус с вершиной в центре симметрии обрабатываемой поверхности заготовки.

4. Угол перекоса оси вращения инструментальной обоймы относительно плоскости симметрии обрабатываемой поверхности заготовки выбирается так, чтобы обеспечить натяг в системе "инструмент-заготовка".

В устройстве:

1. Устройство снабжено полым валом с приводным ремнем, установленным в корпусе на соосных подшипниковых опорах.

2. Инструментальные обоймы с телами качения и сепараторами установлены на соответствующем конце полого вала наклонно с возможностью пересечения их осей в плоскости симметрии устройства.

3. Устройство имеет два шпинделя изделия, установленных соосно друг с другом и с полым валом и с возможностью перемещения обрабатываемых заготовок в рабочую зону инструментальных обойм.

Среди известных технических решений нами 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 обрабатываемой поверхности заготовки профиля с оптимальной геометрической формой, соответствующей той, которая формируется на рабочих поверхностях деталей подшипника в результате их приработки на начальном этапе эксплуатации, что способствует повышению качества обработки и долговечности подшипника. Это происходит от того, что инструмент для обработки, например дорожки качения внутреннего кольца подшипника, по форме и размерам соответствует его наружному кольцу с сепаратором и комплектом тел качения. А при обработке дорожки качения наружного кольца подшипника инструментальная обойма, сепаратор и комплект тел качения по форме и размерам соответствуют внутреннему кольцу, сепаратору и роликам этого подшипника.

Угол перекоса инструментальной обоймы обеспечивает натяг в системе "инструмент-заготовка" и в результате этого, в процессе обработки создается необходимое давление инструмента на обрабатываемую поверхность заготовки. Кроме того, угол перекоса способствует возникновению проскальзывания контактирующих поверхностей, что приводит к интенсификации процесса удаления металла с обрабатываемой поверхности заготовки. Наличие заданного перекоса инструментальной обоймы обеспечивает процесс профилирования обрабатываемой поверхности, на которой образуется выпуклый профиль, позволяющий 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.

Пересечение поперечных плоскостей симметрии инструментальной обоймы и обрабатываемой поверхности заготовки в центре симметрии заготовки обеспечивает в процессе обработки образование симметричного профиля обрабатываемой поверхности.

Вращение наклоненной инструментальной обоймы с сепаратором и комплектом тел качения осуществляется вокруг оси вращения заготовки так, что ось обоймы описывает конус. Это необходимо для того, чтобы инструментальные ролики обработали всю поверхность заготовки, обкатывая ее с некоторым давлением и проскальзыванием.

Для обеспечения в процессе обработки заданного перекоса инструментальной обоймы относительно обрабатываемой заготовки посадочные поверхности полого вала, предназначенные для установки инструментальных обойм, выполнены не соосно, а с наклоном, так что их оси пересекаются в плоскости симметрии устройства. Это обеспечивает одинаковые условия одновременной обработки двух заготовок, а также симметричность получаемого профиля обрабатываемых поверхностей. 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 обработки способствует увеличению долговечности подшипника.

2. Наличие двух соосных шпинделей изделия обеспечивает одновременную обработку двух заготовок, что позволяет значительно повысить производительность операции и степень ее автоматизации, а отсутствие процесса шаржирования обрабатываемой поверхности абразивом обеспечивает повышение качества обработки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид устройства.

Устройство для осуществления способа (вариант) состоит из инструментальной головки (1), которая содержит полый вал (2) с клиновым ручьем (3). Полый вал (2) расположен в корпусе (4) на соосных подшипниковых опорах (5). На концах полого вала (2) наклонно установлены инструментальные обоймы (6, 7) с сепаратором (8) и комплектом тел качения (9) так, что оси симметрии (10, 11) инструментальных обойм (6, 7) пересекаются в плоскости симметрии (12) устройства. Кроме того, поперечная ось симметрии (10) инструментальной обоймы (6) и поперечная ось симметрии (13) заготовки (14) пересекаются в центре симметрии (15) обрабатываемой поверхности. Предлагаемое устройство имеет два шпинделя (16) и (17), которые установлены соосно друг с другом и с полым валом (2) и с возможностью перемещения обрабатываемых заготовок (14) в рабочую зону инструментальных обойм (6, 7) и вращения вокруг оси (18). Полый вал (2) снабжен приводным ремнем (19).

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Обрабатываемые заготовки (14), установленные в шпинделях изделия (16, 17), помещают в рабочую зону инструментальных обойм (6, 7), обеспечивая контакт с телами качения (9), и придают вращение вокруг оси (18) с частотой n_и. Посредством клинового ремня (19), помещенного в клиновой ручей (3), сообщают вращение полому валу (2) вместе с инструментальными обоймами (6, 7) с частотой n_г вокруг оси (18). При этом сепаратор (8) с комплектом инструментальных роликов (9) в результате действия сил трения тоже получит вращение с частотой, отличной от частоты вращения n_г инструментальных обойм (6, 7). В результате того, что инструментальные обоймы (6, 7) установлены на концах полого вала (2) с наклоном и вращаются вместе с ним вокруг горизонтальной оси (18), пятно контакта каждого инструментального ролика (9), вращающегося вместе с сепаратором (8) внутри обоймы (6), будет перемещаться от одного края обрабатываемой поверхности к другому и обратно. При этом ролик (9), двигаясь вдоль дорожки качения, в результате перекоса будет совершать качательные движения вокруг своего центра симметрии. В процессе движения каждый ролик (9), попадая в плоскость перекоса (плоскость чертежа), будет контактировать либо крайними точками правой части своей рабочей поверхности с крайними точками правой части обрабатываемой поверхности заготовки (14), либо крайними точками левой части своей рабочей поверхности с крайними точками левой части обрабатываемой поверхности заготовки (14). В этом положении удельное давление на контактной площадке очень высоко и достигает максимального значения. По мере качения ролика (9) площадка контакта его рабочей поверхности и обрабатываемой поверхности заготовки (14) будет смещаться к центру с одновременным уменьшением давления в зонах контакта. При попадании ролика (9) в плоскость, перпендикулярную плоскости перекоса (плоскость, перпендикулярную плоскости чертежа), он будет контактировать точками средней части своей рабочей поверхности с точками середины обрабатываемой поверхности заготовки (14). Удельное давление в зоне контакта снизится до минимального значения. По мере дальнейшего движения ролика (9) внутри инструментальной обоймы (6) его площадка контакта будет перемещаться от центра рабочей поверхности к ее краю с одновременным возрастанием удельного давления на ней.

В результате принудительного вращения заготовки (14) и инструментальной обоймы (6) вместе с сепаратором (8) и комплектом роликов (9) с различными частотами все точки рабочей поверхности роликов (9) будут периодически находиться во всех описанных положениях, произойдет обкатывание роликами (9) обрабатываемой поверхности заготовки (14) с проскальзыванием и переменным давлением вдоль образующей обрабатываемой заготовки (14). В местах наибольшего удельного давления будет обеспечиваться максимальное удаление металла с обрабатываемой поверхности, по мере уменьшения удельного давления удаление металла также будет уменьшаться. Создание регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях роликов (9) будет способствовать интенсификации процесса отделения металла. В конце обработки, в результате образования на обрабатываемой поверхности заготовки (14) выпуклого профиля, ролики (9) будут обкатывать ее с равномерным удельным давлением во всех точках профиля.

Таким образом, в условиях предлагаемой обработки на рабочих поверхностях колец (14) естественным путем формируется рациональный профиль, пригодный для работы подшипников в условиях неизбежных перекосов их колец.

Использование данного изобретения позволит столь простым методом получать оптимальную форму профиля рабочих поверхностей подшипников, исключить шаржирование абразивом и тем самым повысить качество окончательной обработки, что значительно увеличит надежность и долговечность опор качения, а значит и работоспособность огромного количества механизмов машин и приборов.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Пшибыльский В. Технология поверхностной пластической обработки. М.: Металлургия,- 1991.

2. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. М.: Машиностроение, 1987.

3. Патент 2166678, F 16 C 33/64, В 24 В 19/06. Способ приработки подшипников в собранном виде и устройство для его осуществления / А.В. Королев, О.Ю. Давиденко, О.В. Земсков/ 2001,- 13.

4. А. с. 1065156 (СССР). Способ обработки дорожек качения колец подшипников шариками / Опубл. в БИ, 1984, 1.