УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА РАБОЧИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для изготовления подшипников качения повышенной долговечности и надежности.
6
Известно устройство для нанесения покрытий при обработке деталей поверхностным пластическим деформированием с одновременным нанесением покрытий из металлических материалов, описанное в патенте РФ №2053106, кл. B24B 39/00 МПК, опубл. 27.01.1996, в котором в качестве инструмента создающего контактное давление необходимое для нанесения покрытия используется вращающаяся металлическая щетка, установленная с эксцентриситетом относительно оси обрабатываемой детали, которая вращается с одновременным возвратно-поступательным перемещением относительно продольной оси детали при подаче материала покрытия в зону нанесения покрытия.
Однако недостаточная прочность сцепления получаемого покрытия с основным металлом обуславливает его невысокую износостойкость и долговечность. Кроме того, для получения заданных эксплуатационных характеристик подшипника нанесение покрытия на дорожки качения возможно только на наружную поверхность внутреннего кольца.
7
Известно устройство приработки подшипников в собранном виде, описанное в патенте РФ №2166678, кл. F16C 33/64, B24B 19/06 МПК, опубл. 10.05.2001. В известном устройстве создается перекос наружного кольца прикатываемого подшипника относительно его внутреннего кольца таким образом, что поперечные плоскости их симметрии пересекаются в центре симметрии подшипника. В результате принудительного вращения наружного и внутреннего колец прикатываемого подшипника вокруг своих осей осуществляется сообкатывание внутренней поверхности наружного кольца подшипника и наружной поверхности внутреннего кольца с собственным комплектом тел качения и получение оптимальной формы профиля деталей роликовых и шариковых подшипников.
Однако в указанном устройстве, выбранном в качестве прототипа, не возможно нанесение износостойкого покрытия на рабочие поверхности подшипника в процессе его приработки для снижения геометрических и иных погрешностей подшипников, снижение уровня вибрации при динамических нагрузках и упрочнения дорожек качения.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышение эффективности функционирования и увеличения срока службы подшипника качения при упрочнении рабочих поверхностей подшипника в процессе его приработки в собранном виде и нанесения износостойкого покрытия на его рабочие поверхности. Рабочие поверхности подшипников, особенно работающие в агрессивных средах, в зонах качения подвергаются преждевременному разрушению за счет появления микротрещин и последующего развития различных структурных дефектов. Вследствие усталости от знакопеременных нагрузок подшипника происходит «выкрашивание» металла на его рабочих поверхностях с последующим их абразивным износом и преждевременным разрушением деталей подшипников. При плохих или граничных условиях работы подшипников качения режим образования, например, масляной пленки может оказаться невозможным, и непосредственный контакт металлических поверхностей тел качения и колец приводит к их преждевременному коррозионно-механическому изнашиванию, и преждевременному выходу из строя. Кроме того, динамическая нагрузка подшипников качения обуславливает возникновение циклов вибрации или колебательных движений их элементов, что сокращает срок службы подшипников.
Поставленная задача решена тем, что предложено устройство, содержащее корпус, рабочий вал на опорах, в котором в качестве опор установлены прикатываемые подшипники, расположенные в технологических подшипниках, установленных в корпусе с возможностью пересечения их осей в плоскости симметрии корпуса, в котором на соосных подшипниковых опорах установлен полый вал с расположенным внутри него рабочим валом, причем полый вал взаимодействует своими шлицевыми торцами со шлицевыми торцами внутренних колец технологических подшипников, кроме того, на резьбовом конце рабочего вала расположена гайка для фиксации прикатываемых подшипников, а на внешней стороне полого вала выполнен клиновой ручей, в котором расположен приводной ремень. Новым является то, что для нанесения покрытия на рабочие поверхности подшипников качения в процессе их приработке напротив каждого из прикатываемых подшипников, между его внутренним и наружным кольцами, в крышках торцов корпуса для подачи материала покрытия дорожек качения в прикатываемые подшипники выполнены соответствующие отверстия, размер которых не более диаметра тел качения прикатываемых подшипников.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей подшипника качения за счет нанесения износостойкого материала покрытия, как на дорожку качения наружного кольца и дорожку качения внутреннего кольца, так и поверхности тел качения подшипника, в процессе его приработки в собранном виде. За счет выполнения для каждого из прикатываемых подшипников в крышках торцов корпуса соответствующих отверстий расположенных, напротив, между внутренним и наружным кольцами, соответствующего прикатываемого подшипника. Через соответствующие отверстия для подачи материала покрытия на рабочие поверхности соответствующего прикатываемого подшипника вводится износостойкий материал покрытия в его полости, и в процессе приработки прикатываемого подшипника в собранном виде износостойкий материал покрытия распределяется принудительно при сообкатывании собственным комплектом тел качения. Создаваемым в процессе приработки подшипника перекосом наружного кольца относительно внутреннего кольца, за счет пересечения поперечных плоскостей их симметрии в центре симметрии подшипника при принудительном вращении наружного и внутреннего колец вокруг своих осей, в процессе одной операции выполняются сообкатывание рабочих поверхностей подшипника качения собственным комплектом тел качения с одновременным их покрытием заданным износостойким материалом. За счет нанесения износостойкого материала покрытия и одновременного сообкатывания рабочих поверхностей прирабатываемого подшипника устраняются микротрещины и различные структурных дефекты материала самого подшипника. Поверхностной пластической деформацией покрытия дорожки качения внешнего, внутреннего колец подшипника и тел качения, уже в процессе приработки подшипников упрочняются износостойким материалом, что позволяет исключить последующие разборку подшипника качения и сборку их после покрытия износостойким материалом.
-6
-6
-6
В качестве износостойкого материала покрытия использован материал, с меньшей твердостью материала прикатываемых подшипников, например, известный состав, содержащий примерно около 20% высокодисперсного медного порошка с размером частиц 2×10 м - ПМВД-0 (ТУ 1790-040-12288779-2005), 15% дисульфид молибдена с размером частиц 7×10 м - ДМИ-7 (ТУ 48-19-133-90), остальное глицерин. Покрытие тел качения (шариков, роликов) внутренних и наружных колец прирабатываемых подшипников качения, при толщине покрытия до 20×10 м позволяет увеличить ресурс работы подшипников качения в 2 раза.
Снижения геометрических и иных погрешностей подшипников, упрочнение рабочих поверхностей прирабатываемого подшипника качения не только повышает износостойкость, увеличивая срок службы изделий, но и уменьшает уровень вибрации при динамических нагрузках. Кроме того, одновременная обработка нескольких подшипников в собранном виде повышает производительность заявляемого устройства.
На фиг. 1 представлен общий вид сборочного чертежа устройства для нанесения покрытия на рабочие поверхности подшипника качения, реализующий представленную полезную модель; на фиг. 2 - фрагмент сборочного чертежа полезной модели устройства для нанесения покрытия на рабочие поверхности подшипника качения в плоскости перекоса колец прикатываемого подшипника.
Полезная модель содержит рабочий вал 1 (фиг. 1, 2), на котором расположены прикатываемые подшипники 2, установленные в технологические подшипники 3 (фиг. 1), смонтированные в корпусе 4 таким образом, что оси вращения 5 прикатываемых подшипников 2, пересекаются с осью 6 вращения рабочего вала 1 в плоскости симметрии 7 перпендикулярной их оси вращения 5 в центре симметрии 8 соответствующего прикатываемого подшипника 2. Рабочий вал 1 расположен внутри полого вала 9, установленного в корпусе 4 на соосных подшипниковых опорах 10 и имеющего клиновой ручей 11 с приводным ремнем 12, выполненный в корпусе 4 напротив технологического отверстия для монтажа приводного ремня (не показано). Шлицевые торцы 13 полого вала 9 взаимодействуют со шлицевыми торцами 14 внутренних колец технологических подшипников 3. На резьбовом конце рабочего вала 1 для фиксации прикатываемых подшипников 2, предусмотрена гайка 15. В крышках 16 на торцах корпуса 4, выполнены отверстия 17 для подачи материала покрытия в прикатываемые подшипники 2, включающих тела качения 18 (фиг. 1, 2), внутреннее 19 и наружное 20 кольца. Причем каждое из отверстий 17 (фиг. 1) для подачи материала покрытия выполнено напротив соответствующего прикатываемого подшипника 2 (фиг. 1, 2), между его внутренним 18 и наружным 19 кольцами, а его размер не более диаметра тел качения 18 прикатываемых подшипников 2. В процессе приработки прикатываемых подшипников 2 пересечение осей симметрии их наружного 20 и внутреннего 19 колец в центре симметрии 8 за счет максимально возможного угла перекоса колец обеспечивается в процессе приработки образование геометрической формы дорожек внутренних 19 и наружных 20 колец и тел качения 18 симметричного профиля в виде сферической выпуклости рабочих поверхностей прикатываемых подшипников 2. Для обеспечения в процессе обработки заданного перекоса наружного 20 кольца прикатываемого подшипника 2 относительно внутреннего 19 посадочные поверхности корпуса 4, предназначенные для установки технологических подшипников 3 корпуса 3, выполнены не соосно, а с наклоном, так что их оси пересекаются в плоскости симметрии 7 корпуса 4. Это одновременно обеспечиваются одинаковые условия при нанесении износостойкого материала покрытия и одновременного сообкатывания рабочих поверхностей двух прикатываемых подшипников 2, а также симметричность получаемого профиля рабочих поверхностей их деталей. Введение износостойкого материала покрытия в полости прикатываемых подшипников 2 через соответствующие отверстия 17 корпуса 4 осуществлялось с помощью дозирующего устройства (на фиг. не указано), в качестве которого использовался автоматический дозатор для подачи порошкообразного материала в связующей жидкости, например, дозатор серии ПП-34Ц вариант 100-ТУРБО, выпускаемый ООО “Компания “Астэна” 390047, г. Рязань, Куйбышевское шоссе, д. 25, стр. 17. Объем вводимого материала покрытия на прикатываемый подшипник 2 качения составляет примерно 2-4 миллилитров и рассчитывался по выражению для роликовых подшипников (1), а - для шариковых подшипников по выражению (2):
b - длинна ролика;
вн
d - диаметр дорожки качения внутреннего кольца;
н
d - диаметр дорожки качения наружного кольца;
р
d - диаметр ролика.
вн
d - диаметр дорожки качения внутреннего кольца;
н
d - диаметр дорожки качения наружного кольца;
ш
d - диаметр шарика.
в
в
п
Устройство работает следующим образом. Обкатываемые подшипники 2, смонтированные на рабочем валу 1, устанавливаются в отверстия внутренних колец технологических подшипников 3 и фиксируются в требуемом положении гайкой 15. Валу 1 вместе с внутренними кольцами 19 прирабатываемых подшипников 2 придается вращение вокруг его оси 6 с частотой n. Например, при частоте n=1000±500 об\мин, если угол перекоса - α составляет 20±10 мин, то полому валу 9 посредством приводного ремня 12, помещенного в клиновой ручей 11 сообщается вращение с частотой n, примерно, 100±50 об\мин. Полым валом 9 с помощью шлицов на торцах 13 и шлицев на торцах 14 внутренних колец технологических подшипников 3 вращение передается внутренним кольцам технологических подшипников 3 вокруг оси 5, вместе с которыми за счет сил трения, возникающих на поверхностях контакта, начинают вращаться наружные кольца 20 прикатываемых подшипников 2. Одновременно с началом движения вала 1 и вала 9 автоматическим дозатором (на фиг. не показано) для подачи порошкообразного материала в связующей жидкости через отверстия 17 в полость прикатываемого подшипника 2 подается износостойкий материал покрытия. За счет перекоса внутреннего 19 и наружного 20 колец прикатываемого подшипника 2, тело качения 18, двигаясь вдоль дорожек качения, будут совершаться колебательные движения вокруг точки 8. За один полный оборот тело качения 18 сделает одно колебание. В процессе своего движения каждое тело качения 18, попадая в плоскость расположения осей 5, 6 (плоскость чертежа) и находясь в верхнем положении, будет контактировать точками правой части своей рабочей поверхности с точками правой части рабочих поверхностей наружного 20 и внутреннего 19 колец. В этом положении давление тела качения 18 в месте контакта достигает максимальных значений. Это позволяет при формообразовании рабочих поверхностей прикатываемого подшипника 2 введенный материал покрытия перемещать по дорожкам качения наружного 20 и внутреннего 19 колец, распределяя его по рабочим поверхностям телом качения 18, с последующим пластическим деформированием рабочих поверхностей прикатываемого подшипника 2. По мере движения контакты рабочих поверхностей тел качения 18 с поверхностями дорожек качения наружного 20 и внутреннего 19 колец будут смещаться к центру с одновременным уменьшением давления в зонах контакта. При попадании тела качения 18 в плоскость, перпендикулярную плоскости расположения осей 5, 6 (плоскость, перпендикулярную плоскости чертежа), оно будет контактировать точками средней части своей рабочей поверхности со средними точками рабочих поверхностей наружного 20 и внутреннего 19 колец. Давление в зонах контакта снизится до минимального значения. При дальнейшем движении тела качения 18 площадка его контакта будет перемещаться от центра рабочей поверхности к ее левому краю с одновременным возрастанием давления на ней. При прохождении тела качения 18 в плоскости расположения осей 5, 6 (плоскость чертежа) в нижней части прикатываемого подшипника 2 оно будет контактировать левой частью своей рабочей поверхности с крайними точками левой части поверхностей дорожек качения наружного 20 и внутреннего 19 колец. Далее цикл повторяется. В результате принудительного вращения наружного 20 и внутреннего 19 колец обрабатываемых подшипников 2 все точки рабочих поверхностей их деталей будут периодически находиться во всех описанных выше положениях. Равномерным распределением телами качения 18, введенного материала покрытия на дорожки качения наружного 20 и внутреннего 19 колец прикатываемых подшипников 2, вдоль образующих поверхностей их дорожек качения, при переменном давлении обусловлено образование выпуклого профиля на дорожках качения и телах качения 18 с нанесенным износостойким материалом покрытия. Формирование профиля происходит не только рабочих поверхностей дорожек и тел качения, но и профиля поверхностей направляющих бортов и торцов тел качения в течение 40±10 сек.
Сформированный за счет пластической деформации микронеровностей профиль с нанесенным износостойким материалом покрытия прикатываемого подшипника 2 позволяет 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.