Устройство для определения технического уровня подшипников качения

Полезная модель относится к области общего машиностроения и может быть использована как средство технического контроля подшипников качения, широко применяемых в опорах приводов машин различных производств.
Отдельные сопрягаемые детали подшипников качения - внутренние, наружные кольца и тела качения после их изготовления разделяются на отдельные группы в пределах отклонений размеров. Так, например, внутренние и наружные кольца разделяются по диаметральным отклонениям беговых дорожек тел качения, а тела качения - по их диаметральным рабочим поверхностям качения.
При сборке подшипников качения всегда имеют место различия в диаметральных размерах рабочих поверхностей комплекта тел качения, которые назовем кинематическим несоответствием, т.к. при одной и той же тангенциальной скорости беговой дорожки одного из вращающихся колец подшипника, скорости перемещений отдельных тел качения оказываются различными. Это приводит их к непосредственному трению друг о друга или к трению о сепаратор подшипника.
Нами экспериментально установлен для шарикового подшипника №204 коэффициент полезного действия, приведенный к внутреннему диаметру внутреннего кольца при отсутствии трения между телами качения и сепаратором, при радиальной нагрузке 2000 Н составил 0,9952 и при наличии трения между шариками и сепаратором 0,9877. Эксперимент проводился на установке при одновременном и одинаковом нагружении 4-х подшипников. Полученные значения коэффициента полезного действия в этом случае следует рассматривать как усредненные. В общем среднее значение снижения коэффициента полезного действия вращению подшипника при наличии трения между шариками и сепаратором составило 0,75%, что составляет значительную величину дополнительных потерь в опорах приводов машин при наличии в приводах машин значительного количества подшипниковых опор. Эти дополнительные сопротивления вращению подшипниковых колец могут иметь значительно большую величину.
В соответствии с требованиями нормативно-технической документации [Перель Л.Я. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор. - М.: Машиностроение. 1983. - С. 158-196] предусматривается собранный подшипник качения контролировать по многим геометрическим параметрам - эксцентриситету, торцевому биению и т.д., без учета силовых факторов вращения.
Такой подход к проверке технического уровня подшипников качения является неполным.
В авторских свидетельствах [Авт. свид. СССР №996903, «Способ контроля качества сборки подшипников качения», МПК G01M 13/04, опубл. 15.02.1983 г., Бюл. №6. Авт. свид. СССР №1176197, «Способ контроля качества подшипников», МПК: G01M 13/04, опубл. 30.08.1985 г., Бюл. №32,] определение технического уровня подшипников качения производится с использованием импульсов акустической эмиссии, измеряемой электрическими методами, с последующим сравнением с параметрами эталонного подшипника.
Такой подход к определению технического уровня подшипников качения не выявляет влияние силового взаимодействия между деталями подшипника.
Известно устройство для определения технического уровня подшипников качения [Патент Украины на полезную модель №80957, МПК F16C 43/00. Способ контроля сборки подшипников качения. Авторы Хабрат Н.И, Умеров Э.Д, опубл. 10.06.2013, бюл. №11. Прототип], содержащее вал в подшипниковых опорах станины, на котором закреплены: рукоятка для его ручного привода; испытываемый шариковый подшипник, охватываемый по наружному диаметру обоймой с грузом для его радиального рабочего нагружения и указательная стрелка сопротивления проворачиванию подшипника на валу. На станине, в непосредственной близости указательной стрелки, закреплена шкала для фиксации момента сил сопротивления проворачиванию элементов испытываемого подшипника.
Основными недостатками этого устройства являются:
проворачивание приводного вала вручную не соответствует режиму эксплуатации подшипников в реальных условиях работы механизмов приводов машин;
режим нагружения испытываемого подшипника только радиальной нагрузкой, при которой кинематическое несоответствие тел качения проявляется на угле менее 180°.
Технический результат - выявление и разделение подшипников качения на группы с различным техническим уровнем (по величине сопротивления на привод) и выбраковка подшипников, не удовлетворяющих требованиям нормативной документации, на этапе сборки.
Это достигается тем, что в предложенном устройстве на полом приводном валу установлены: элементы его механического привода; подшипники: неподвижно образцовый и по скользящему сопряжению испытываемый, кинематически соединен по торцам наружных колец дистанционной втулкой, зафиксированной в станине кольцом с возможностью некоторого смещения в осевом направлении, и при этом через полый вал в осевом направлении проходит Т-образная штанга, а в пространстве между торцевой поверхностью приводного вала и Т-образной упорной поверхностью штанги в сжатом положении рабочей нагрузкой установлена пружина, а с противоположной стороны штанги в ее проточке установлен фиксатор, упирающийся в торец внутреннего кольца испытываемого подшипника при некотором зазоре между фиксатором и вторым торцом приводного вала, а обойма с подвешенным грузом, обеспечивающим измерение момента сил на проворачивание подшипника образцового и испытываемого, и на элементе станины установлен поворотный рычаг, кинематически воздействующий в случае необходимости, на Т-образный торец штанги, ход которого ограничивается упором на элементе станины.
При установке испытываемого подшипника вместо одного из образцовых на устройство для определения технического уровня подшипников качения и включения его на привод приводит к следующему. В случае общего момента сил на привод равного или меньшего, чем на привод установленных двух образцовых - испытываемый подшипник относят к группе удовлетворяющих требованиям нормативной документации.
В случае же момента сил на привод испытываемого с образцовым подшипником, превышающий суммарный момент сил при двух образцовых, то по принятой разности этих моментов сил, испытываемый подшипник относят либо к группе более низкого технического уровня, либо к браку, т.е. подшипник в котором предельные отклонения тел качения находятся в пределах соответствующего квалитета точности изготовления.
На фиг. 1 представлено в осевом сечении устройство для определения технического уровня подшипников качения (в дальнейшем по тексту - устройство), на фиг. 2 - фиксатор устройства по сечению А-А; на фиг. 3 - вид устройства по стрелке Б.
Устройство для определения технического уровня подшипников качения содержит станину 1, в которой на подшипниках качения 2 размещен полый приводной вал 3, на котором установлены: неподвижно ведомый шкив 4, кинематически соединенный посредством гибкой связи 5 с ведущим шкивом 6 на валу электродвигателя 7 и подшипники: образцовый 8 и испытываемый 9. При этом образцовый подшипник 8 внутренним кольцом жестко зафиксирован упорным кольцом 10 от осевого смещения по приводному валу 3; наружное кольцо этого же подшипника установлено неподвижно в обойме 11 и фиксируется с одной стороны буртиком на обойме 12, а с другой дистанционной втулкой 13, имеющий возможность незначительного перемещения в осевом направлении и фиксируемая специальным кольцом 14 круглого сечения, установленное в проточке обоймы 11.
Испытываемый подшипник 9 установлен на приводном валу 3 по скользящему сопряжению внутренним кольцом так, что его габарит выходит за торцевой габарит приводного вала 3, наружным кольцом этот же подшипник по торцу упирается в дистанционную втулку 13 и частично входит наружным габаритом по скользящему сопряжению в обойму 11.
В пространстве полого приводного вала 3 размещена цилиндрическая часть Т-образной штанги 15 и при этом в пространстве между торцом приводного вала 3 и Т-образной частью штанги 15 размещена пружина 16, сжатая до величины рабочей нагрузки, а в противоположный конец штанги 15 в кольцевую проточку на ней введен фиксатор 17, контактирующий с торцевой поверхностью внутреннего кольца испытываемого подшипника.
На обойме 11 жестко закреплен штырь 18 с резьбовой поверхностью, на котором установлен груз 19, силой тяжести обеспечивающий измерение крутящего момента сил на привод подшипников, с возможностью перемещения и фиксации положения крепежным элементом 20, с противоположной стороны обоймы 11 установлена указательная стрелка 21, фиксирующая угол поворота обоймы 11, относительно шкалы 22 крутящих моментов, размещенная на станине 1.
На элементе 23 станины 1 поворотно закреплен рычаг 24 для сжатия пружины 16, при снятии со штанги 15 фиксатора 17 и испытуемого подшипника 9 и установки нового на испытания.
Для ограничения хода рычага 24 на элементе 23 установлен ограничительный элемент 25.
Устройство снабжено дополнительным образцовым подшипником с одинаковыми параметрами технического уровня с установленным в устройстве и комплектом колец 26, обеспечивающих создание задаваемой осевой силы сжатия пружины 16.
Устройство для определения технического уровня подшипников качения работает следующим образом.
Подготовка устройства к работе. Производится установка двух образцовых подшипников в устройство по схеме фиг. 1, устанавливается задаваемая сила сжатия пружины 16 подбором толщины колец из комплекта колец 26, и устанавливается задаваемая частота вращения положением гибкого органа 5 на шкивах 4 и 6. Включается привод устройства и фиксируется по шкале 22 величина крутящего момента сил на привод двух образцовых подшипников при механическом приводе. Поворотом рычага 24 смещается штанга 15, снимается фиксатор 17, снимается образцовый подшипник, занимавший положение испытываемого и на его место устанавливается на приводной вал 3 испытываемый подшипник 9, устанавливается на штангу 15 фиксатор 17 и возвращается в исходное положение поворотный рычаг 24.
Установка подготовлена к испытаниям.
Включается привод установки и измеряется суммарная величина крутящего момента сил на привод подшипников качения образцового 8 и испытываемого 9, фиксируемая по шкале 22 крутящих моментов сил. После остановки привода снимается испытываемый подшипник и на его место устанавливается новый по описанной выше последовательности.
Обработка результатов испытаний. Технический уровень испытываемых подшипников качения определяется по величинам крутящих моментов на их приводы как разность суммарных крутящих моментов сил на их привода образцового и испытываемого подшипников с полуразностью суммарных крутящих моментов сил двух образцовых подшипников. По величине отличия крутящего момента сил на привод испытываемого подшипника над образцовым определяется его технический уровень.