устройство для измерения прочности сопряжения кольца подшипника с шейкой оси колесной пары

Формула изобретения

Устройство для измерения прочности сопряжения кольца подшипника с шейкой оси колесной пары, содержащее упругий измерительный элемент, установленный концентрично относительно последнего и имеющий на своей поверхности закрытые кожухом тензорезисторы, разрезную закрепительную втулку с конусной наружной поверхностью, установленную с возможностью взаимодействия внутренней поверхности упругого измерительного элемента с наружной поверхностью контролируемого кольца подшипника, отличающееся тем, что упругий измерительный элемент, с которого снимаются показания напряжения, выполнен в виде двух ступенчатых колец, размещенных на конусной разрезной тонкостенной закрепительной втулке и соединенных между собой резьбовыми частями больших ступеней с внутренней и наружной резьбами соответственно, при этом внутренние поверхности меньших ступеней колец выполнены конусными с основаниями конусов со стороны больших ступеней, а втулка имеет кольцевую цилиндрическую выточку на наружной поверхности в средней ее части, от которой в обе стороны по направлению к торцам проточены конусные поверхности с оппозитно расположенными вершинами и совмещенными основаниями конусов.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к области машиностроения, к сборке соединений с натягом при тепловой напрессовке внутренних колец роликовых подшипников на шейки осей колесных пар вагонов. Предназначено для оценки прочности сопряжения по напряженно-деформированному состоянию (НДС) охватывающей детали сформированного поперечно-прессового соединения.

Известно использование устройств контроля усилий и напряжений в элементах металлоконструкций и в деталях машин, которое содержит чувствительный цилиндрический элемент с наклеенными по наружной поверхности тензорезисторами, соединенными в измерительную мостовую схему [1]. Данное устройство не может быть использовано для контроля НДС получаемых прессовых соединений теплового формирования. Применяемый контроль тепловых напрессовок "кольцо подшипника-шейка оси" по замерам диаметров посадочных поверхностей деталей перед сборкой лишь приблизительно характеризует величину фактического контактного давления в полученном соединении, определяющего его действительную прочность на сдвиг и проворачивание.

Наиболее близким по технической сущности является устройство [2], содержащее ступенчатую втулку с конусной внутренней поверхностью и цилиндрической наружной поверхностью с размещенными на ней высокотемпературными тензорезисторами, а также разрезную закрепительную втулку с наружной конусной поверхностью и нажимную гайку, предназначенную для аксиального смещения закрепительной втулки относительно ступенчатой втулки при установке устройства на контролируемом кольце подшипника.

Недостатками указанного устройства являются: недостаточная достоверность оценки НДС соединения, т.е. недостаточная точность измерений в одном поперечном сечении кольца подшипника по длине посадки; возможность образования задиров и рисок на дорожке качения кольца при перемещении разрезной втулки для закрепления на нем измерительного устройства.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерений и достоверности оценки НДС тепловых напрессовок "кольцо подшипника - шейка", удобство установки на кольцо подшипника и снятия с него измерительного устройства, снижение металлоемкости конструкции и исключение повреждений рабочей поверхности кольца подшипника.

Задача решается за счет того, что устройство для измерения прочности сопряжения с шейкой оси кольца подшипника содержит составленный из двух подобных частей измерительный элемент, при этом обе соединенные между собой упомянутые части установлены концентрично относительно контролируемого кольца подшипника на одной удлиненной тонкостенной разрезной закрепительной втулке и взаимодействуют своими внутренними поверхностями с конусными (противоположно направленными от средней части последней к ее торцам) поверхностями, а внутренняя поверхность закрепительной втулки контактирует с наружной поверхностью кольца подшипника по всей его длине. Это позволяет повысить точность проводимых измерений для оценки прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной пары при использовании расчетно-экспериментального метода [3] определения величины контактного давления в зоне сопряжения.

Существенными отличительными признаками являются: а) измерительный элемент в виде двух соосно соединенных между собой на резьбе ступенчатых колец с обратной конусностью на внутренних поверхностях последних (вершины конусов расположены оппозитно по отношению к плоскости разъема колец, т.е. внутренние конусные поверхности меньших ступеней колец выполнены с основаниями со стороны больших ступеней), а на цилиндрических поверхностях указанных колец закреплены тензорезисторы и имеются радиальные отверстия для установки инструмента при затяжке резьбы; б) разрезная тонкостенная закрепительная втулка, выполненная с противоположно направленными конусными наружными поверхностями контакта со ступенчатыми кольцами, при этом в средней части втулки на ее наружной поверхности имеется кольцевая цилиндрическая проточка, от которой в обе стороны по направлению к торцам проточены конусные поверхности с оппозитно расположенными вершинами и совмещенными в указанной средней части основаниями конусов; в) измерительный элемент закрепляется с незначительным натягом на кольце подшипника при затяжке резьбового соединения ступенчатых колец, сжимающих разрезную закрепительную втулку.

На чертеже представлено устройство для измерения прочности сопряжения кольца подшипника с шейкой оси колесной пары (продольный разрез).

Устройство содержит ступенчатые кольца 1 и 2, снабженные резьбами соответственно на внутренней и наружной поверхностях больших ступеней, при этом внутренние поверхности меньших ступеней колец выполнены конусными. На кольцах установлены тензорезисторы 3, закрытые защитными кожухами 4. Составной измерительный элемент (1, 2) крепится при помощи конусной разрезной тонкостенной закрепительной втулки 5 на кольце 6 подшипника, подлежащего тепловой напрессовке на шейку 7 оси колесной пары.

Устройство работает следующим образом. Подбирают кольцо 6 для получения теплового соединения с гарантированным натягом на шейке 7 (по замерам диаметров). Закрепительную втулку 5 с установленными на ней кольцами 1, 2 в свободном состоянии надевают на кольцо 6 подшипника. Затем соединенные на резьбе кольца 1, 2 затягивают по конусным поверхностям (сближают) до образования неподвижного соединения с незначительным натягом указанных колец с кольцом 6 через промежуточную сжимаемую втулку 5. В указанном положении замеряют напряжения с помощью тензорезисторов 3 (при температуре производственного помещения) до сборки соединения. Нагревают внутреннее кольцо подшипника вместе с укрепленным на нем измерительным устройством и устанавливают на шейку оси колесной пары. После остывания полученного соединения вместе с измерительным устройством до температуры производственного помещения вновь замеряют напряжения при помощи тензорезисторов 3 на поверхности чувствительного элемента (1, 2) и по разности измеренных величин указанных напряжений расчетным путем по известным в теории упругости зависимостям Гадолина-Ляме устанавливают (расчетно-экспериментальным методом определения удельного давления в зоне контакта сопряженных с натягом толстостенных цилиндров) величину фактического контактного давления в полученной тепловой напрессовке деталей (с использованием ЭВМ или по диаграммам НДС сопряжений). Установленная величина контактного давления в сформированном соединении сравнивается с минимально допустимой величиной по условию прочности, регламентированной техническими условиями на сборку (выходной контроль). При негативном результате полученное соединение бракуется и подлежит расформированию.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение точности измерений. Контроль тепловой посадки осуществляется дважды: во-первых, - по посадочным размерам сопрягаемых деталей; во-вторых, - по усредненной величине нормальных растягивающих напряжений в чувствительном элементе измерительного устройства. Это повышает достоверность оценки исходной прочности сформированного теплового поперечно-прессового соединения.

Источники информации

1. Авторское свид. СССР №1656361, МПК⁷ G 01 L 1/22. Тензодатчик усилий / Зевельев С.Я., Галембиовский А.М., 1991. Бюл. №22.

2. Патент RU 2228830 С2, МПК⁷ В 23 Р 11/02, G 01 L 1/22. Устройство для контроля прочности налрессовки на шейку оси кольца подшипника при тепловой сборке / Сенько В.И., Чернин И.Л. - 2004. - Бюл. №14 - прототип.

3. Гречищев Е.С., Ильяшенко А.А. Соединения с натягом: Расчеты, проектирование, изготовление. - М.: Машиностроение, 1981, стр.7, 38.