Способ определения оптимальных монтажных параметров подшипника

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при монтаже в металлорежущих станках подшипников качения. Цель - повышение точности сборки и работоспособности подшипника , В способе подшипник монтируют на стенде, вращают на рабочей частоте, соответствующей наибольшему значению в технической документации на станок, и измеряют температуру нагрева, величину радиального биения и зазор-натяг. В процессе измерения варьируют каждым значением монтажных параметров в каждой паре. По полученным значениям получают зависимости между монтажными параметрами в каждой паре. Затем их преобразуют в математические модели и по их совместному аналитическому или графическому решению определяют оптимальные значения монтажных параметров. Повышение работоспособности подшипника обеспечивается учетом взаимного влияния одного параметра на другой. 3 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 16 С 43/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4636176/27 (22) 12.01.89 (46) 07.02.92. Бюл. М 5 (71) Вильнюсский станкостроительный завод "Жал ьгирис" (72) П.А.Ратомский, Ж.П,Ратомский и

А.П.Ратомский (53) 621.822.6(088.8) (56) Расчет и конструирование шпиндельных узлов с подшипниками качения металлорежущих станков. — М., 1971, с.30,41. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ МОНТАЖНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОДШИПНИКА (57) Изобретение относится к машиностроению- и может быть использовано при монтаже в металлорежуЩих станках подшипников качения, Цель — повышение

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано при монтаже в металлорежущих станках подшипников качения.

Известен способ, заключающийся в измерении размеров посадочных мест подшипников и сопрягаемых с ними деталей и дальнейшем аналитическом расчете значений монтажных параметров. Однако для способа характерна невысокая .точность получения монтажных параметров, а следовательно, и невысокая работоспособность, вследствие изменений от нагрузок в широких пределах действительных размеров колец подшипников и сопрягаемых с ними деталей, коэффициентов передачи тепла и температурных деформаций несущих корпусов, а также неучет влияния температуры и величины зазора-натяга на точность вра„SU (1710884 А1 точности сборки и работоспособности подшипника, В способе подшипник монтируют на стенде, вращают на рабочей частоте, соответствующей наибольшему значению в технической документации на станок, и измеряют температуру нагрева, величину радиального биения и зазор-натяг. В процессе измерения варьируют каждым значением монтажных параметров в каждой паре. По полученным значениям получают зависимости между монтажными параметрами в каждой паре. Затем их преобразуют в математические модели и по их совмест..ому аналитическому или графическому решению определяют оптимальные значения монтажных параметров. Повышение работоспособности подшипника обеспечивает.— ся учетом взаимного влияния одного параметра на другой. 3 ил. щения сопряженного с подшипниками шпинделя станка.

Известен способ, в котором монтажные параметры подшипника (радиальное биение, температура нагрева и величина зазора-натяга) определяют путем измерений после монтажа подшипника в корпусе и на шпинделе, при этом используют для контроля радиального биения стенд с установленными емкостными датчиками и электронным устройством., для контроля температуры нагрева — полупроводниковый термометр, для контроля зазора-натяга— специальное деформируемое кольцо с прорезью и закрепленным на нем микатором.

Способ позволяет повысить точность определения монтажных параметров подшипника за счет выполнения непосредственных измерений монтажных параметров при помощи приборов. Однако к недостаткам спо1710884

10

50 соба относятся неоптимальное определение монтажных параметров подшипника, ввиду неучета связей между монтажными параметрами, а также уменьшение работоспособности подшипника из-за неучета взаимного влияния одного параметра на другой (например, влияние зазора-натяга на радиальное биение).

Цель изобретения — повышение точности сборки и работоспособности подшипника.

Поставленная цель достигается тем, что подшипник монтируют на стенде, вращают на рабочей частоте и измеряют температуру нагрева, величину радиального биения и зазор-натяг, при этом за величину рабочей частоты принимают частоту, соответствующую наибольшему значению в технической документации на станок. В процессе измерения варьируют каждым значением монтажных параметров в каждой паре: зазор и температура, натяг и температура, зазорнатяг и радиальное биение, температура и радиальное биение и по полученным значениям получают зависимости между монтажными параметрами в каждой паре, которые преобразуют в математические модели и по их совместному аналитическому или графическому решению определяют оптимальные значения монтажных параметров.

На фиг.1 приведена "хема выполнения способа; на фиг.2 — с-,енд для получения экспериментальных результатов, общий вид; на фиг.3 — график определения оптимальных параметров подшипников, Схема включает матрицу планирования

1, необходимую для получения экспериментальных результатов 2 посредством стенда, приведенного на фиг.2 при варьировании начальными данными 3 (монтажными параметрами), поступающими в ЭВМ 4 для получения математических моделей 5.

Диапазон изменения значений начальных данных (монтажных параметров) при составлении матрицы планирования 1 определяют, например, на основе технической документации, исходя из допустимых: температуры нагрева и зазора-натяга подшипников, а также радиального биения шпинделя, Математические модели 5 зависимости (корреляционной связи) каждой пары монтажных параметров: температуры Т и зазора Лз, температуры радиального биения д, и натяга Лн и зазора-натяга Лз-н, радиального биения д и температуры Т получают с помощью стенда на основании экспериментальных результатов, выполненных в соответствии с принятой матрицей планирования, их обработки методами математической статистики и хранят в блоке памяти ЭВМ 4, с которой связаны печатное устройство 6 и дисплей 7, Стенд для получения экспериментальных результатов состоит из корпуса 8, в котором на расстоянии Н устанавливают рабочие подшипники 9 и закрывают их с двух сторон элементами 10. На рабочих подшипниках 9 располагают шпиндель 11, на конце которого выполняют контрольную поверхность 12. Рабочие подшипники 9 располагают на шпинделе 11 на расстоянии Н, которое регулируют кольцами 13 и 14 с затяжкой на нем втулкой 15 и гайкой 16 с целью получения необходимого значения величины зазора Аз натяга Ан (зазоранатяга Аз-н). Величину зазора-натяга

Лз-н в рабочих подшипниках изменяют посредством подбора размеров колец 13 и 14, т.е. Лз-н = HI — Н.

В корпусе 8 устанавливают два датчика

17 и 18 контроля при принятых значениях зазора-натяга Лз-,, температуры нагрева рабочих подшипников 9, до и после их вращения на рабочей частоте, задаваемой с помощью задатчика (не показан), а также показывающий прибор 19 и упругую муфту

20. На контрольной поверхности 12 другого конца располагают микатор 21, измерительный наконечник которого упирают в,контрольную поверхность 12 и контролируют радиальное биение д поворотом шпйнделя от руки до и после вращения рабочих подшипников на рабочей частоте. Измерения температуры нагрева рабочих подшипников

Т„и радиального биения д, при принятом значении зазора-натяга Лз-н, выполняют через каждые 0,5 ч вращения шпинделя на рабочей частоте и прекращают после достижения установившейся температуры нагрева Т. Получив на стенде все необходимые экспериментальные результаты 2 в соответствии с принятой матрицей планирования 1, выполняют преобразования полученных экспериментальных зависимостей между монтажными параметрами подшипника в каждой паре на основе методов математической статистики путем сравнения графических их изображений (экспериментальных зависимостей) с известной формой зависимости (линейной, квадратической или кубической параболой и т.д.), определения постоянных коэффициентов(Ьо; Ьо; bo; Ь ; Ь1; Ь1 и т,д.) и представления в виде математических моделей 5 между каждой парой монтажных параметров; Аз и Т; Лн и Т; Лзн и д; д и Т, например вида:

Т= bo+ b1 з+ Ь2 Лз +" + Ьп Лз

1710884

T = ЬО + Ь1 Лн+ Ь2 Лн +" + Ьп н" д= Ьо +Ь1 Л з-н+ Ьг Л з-н +- ° +bn

Лэн д=ЬО +Ь1 Т+Ь2 T +...+Ьп T", где Ьо; Ьо; Ьо; Ь, Ь ; Ь ит.д.— постоянные коэффициенты математических моделей.

Полученные методами математической статистики для принятого типа и характера

его сопряжения с корпусом шпинделя ра6очего подшипника математические модели 5 хранят в памяти Э ВМ 4 и воспроизводят при необходимости на дисплее в виде графика или на печатном устройстве. График для определения оптимальных монтажных параметров подшипников представляют на дисплее 7. Величины оптимальных монтажных параметров подшипников определяют по точкам пересечения графически воспроизведенных на дисплее 7 в принятом масштабе полученных математических моделейБ либо путем их аналитического решения и представления в виде чисел на печатном устройстве 6, при введении от вводного устройства ЭВМ 4, допускаемых соответствующими техническими условиями значений радиального биения д или установившейся температуры нагрева Т для принятого типа подшипника и получают при этом на дисплее

7 ЭВМ 4 оптимальное значение величины зазора Лз или натяга Л<, установившейся температуры Т и радиального биения д.

Способ определения оптимальных монтажных параметров подшипника осуществляют следующим образом.

Принимают матрицу 1 планирования эксперимента, например для подшипников

9, определяют диапазоны изменения монтажных параметров 3, которые принимают изменяющимися в пределах:

Лa = 0...7 мкм, Ьн = 1.„5 мкм, Т =

19...45 С, д=0...50 мкм.

Значения зазора Л > или натяга Л подшипников получают путем их установки на шпинделе 11 в корпусе 8 на постоянно принятом расстоянии Н между наружными кольцами подшипников, например HI

250,000 мм и переменном (в зависимости от величины зазора Лз — натяга A<) расстоянии Н между внутренними кольцами подшипников 9, которое обеспечивают подбором и пригонкой, например притиркой размеров колец 13 и 1 4, например Н =

250,000 мм, обеспечив при этом расчетный зазор, равный

Л з = Н,— Н = 250,000 — 250,000 = 0,000

В рабочие подшипники 9 закладывают необходимое количество смазки, устанавливают элементы 10, и затягивают цепь по5

55 средством axynKv 15, гаек 16 и колeq I и -„ сжимая подшипники между собой, получая расчетный зазор Ь = О. К контрольной поверхности 12 шпинделя 11 подводят микатор 21 для контроля радиального биения и путем вращения шпинделя 11 от руки по максимальному отклонению стрелки микатора отсчитывают величину радиального биения д = 2,5 мкм.

К наружным кольцам рабочих подшипников 9 до контакта с ними подводят датчики 17 и 18 и по шкале показывающего прибора 19 снимают отсчет первоначальной температуры нагрева рабочих подшипников

9, которая составляет Т = 20,1 С. Конец шпинделя 11 посредством упругой муфты 2С соединяют с приводом (не показан), а задатчиком частоты вращения (не показан) устанавливают рабочую частоту, соответствующую наибольшему значению заданному,иравную, например, и = 3150 об/мин, Включают вращение шпинделя 11 и во время его работы, через каждые 0,5 ч производят контроль по показывающему прибору 19 температуры нагрева Т рабочих подшипников 9.и радиального биения д— показаниям микатора 21.

Измерения прекращают при достижении установившейся температуры нагрева рабочих подшипников 9. Установившаяся температура нагрева подшипников 9 со::авила Т = 24 С, а радиальное биение д =,5 мкм (установившуюся температуру нагрева

Т рабочих подшипников 9 определяют в виде разности между измеренной датчиками

17 и 18 наибольшей установившейся температурой нагрева Т> после вращения подшипника и первоначальной их температурой Т, т.е. Т = Т вЂ” Т ). Эти результаты заносят в память ЭВМ. Затем стенд включают и после естественного охлаждения рабочих подшипников 9 до первоначальной температуры Tí = 20,1 С производят демонтаж шпинделя 11. В соответствии с принятой матрицей планирова„ния обеспечивают следующую величинф зазора-натяга в рабочих подшипниках h, =

2 мкм и путем подбора размеров колец 13

14 достигают разности размеров h.>-> = Н

Н = 250,000 — 249,998 = 0,002 мм (2 мкм).

Монтируют на стенде шпиндельный узел с рабочими подшипниками 9 и затягивают их посредством гаек 16, втулки 15 и колец 13 и 14, К контрольной поверхности

12 шпинделя 11 подводят микатор 21 и путем вращения шпинделя 11 от руки по максимальному отклонению стрелки микатора отсчитывают величину радиального биения, которая составляет д= 3,2 мкм. К наружным

1710884 кольцам рабочих подшипников 9 до контакта с ними подводят датчики 17 и 18 и по шкале показывающего прибора 19 снимают отсчет первоначальной температуры нагрева рабочих подшипников 9, которая составила Тн = 19,5ОС. Конец шпинделя 11 посредством упругой муфты 20 соединяют с приводом (не показан), включают вращение шпинделя 11 на ранее установленной частоте, и во время его работы через каждые 0 5 числа производят контроль по показывающему прибору температуры нагрева Ти рабочих подшипников 9 и радиального биения д по показаниям индикатора 21.

Измерения прекращают при достижении установившейся температуры нагрева рабочих подшипников 9. Установившаяся температура нагрева подшипников 9 Т =

=260C, а радиальное биение д = 6,5 мкм, Результаты измерений заносят в память

ЭВМ 4. Затем стенд выключают и после естественного охлаждения рабочих подшипников 9 до первоначальной температуры производят демонтаж шапинделя 11. В соответствии с матрицей планирования обеспечивают следующую величину зазоранатяга в рабочих подшипниках 9 A3 = 4 мкм, и путем подбора размеров колец 13 и

14 достигают разности размеров Л 3-н =

Hi — Н = 250,000 — 249,996 = 0,004 мм (4 мкм).

Вновь монтируют на стенде шпиндельный узел и выполняют аналогичные действия и измерения.

Результаты зависимостей между монтажными параметрами подшипника в каждой паре представляют графически и сравнивают с известной графической формой (линейной, параболической и т.д,). В результате сравнения получают, что графические изображения зависимостей установившейся температуры нагрева Т и зазора-натяга Лз — Лн, биения д и зазоранатяга (Aз — A<) близки по форме к виду кубической параболы, а зависимость биения д от установившейся температуры нагрева Т близка по форме к полиному 4-й степени, что можно представить в виде;

% T= bO+ Ь1 Лн+ Ь2 Лн + ЬЗ Лн, 3, Т = ЬО + Ь1 Aa+ Ь2 As + Ьз Лз д=Ьо +b1 A.+Ь А, +Ьз AÄ; г - з. д = Ьо + Ь1 Т+ b2 Т + Ьз Т + b4 Т4.

Определяют величины постоянных коэффициентов Ьо; Ьо; bo; Ьо и т.д. и выполняют преобразование зависимостей, связывающих установившуюся температуру нагрева Т с зазором А> и натягом Aн, при изменениях натяга Т = 18 2 + 6,1 A „+

2,3 Лн + 0,7 Ьн, (1) при изменениях зазора Т = 24,6+ 13 Aэ+

0,15 Aз + 0,03 з; (2) биение д с зазором-натягом A3"н д = 2,3+

0,4 Лз+ 0,18 Л з + 0,05 As, (3) биение д с температурой Т нагрева д = 8,1—

1.10 Т вЂ” 810ЗТ вЂ” 1,2 10 Т. (4)

По точке пересечения графических изображений математических моделей определяют величины оптимальных значений монтажных параметров, значения которых составили: зазор A > = 4 мкм, установившаяся температура нагрева Т = 27 С; радиальное биение д = 7 мкм, Предлагаемый способ при монтаже подшипника во фрезерной головке позволяет повысить долговечность рабочих подшипников в 1,35 раза в сравнении с известным способом за счет обеспечения оптимальных значений зазора, не превышения при эксплуатации допустимой установившейся температуры и радиального биения.

Формула изобретения

Способ определения оптимальных монтажных параметров подшипника, заключающийся в том, что подшипник монтируют на стенде, вращают на рабочей частоте и измеряют температуру нагрева, величину радиального биения и зазор-натяг,. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности сборки и работоспособности подшипника, за величину рабочей частоты принимают частоту, соответствующую наибольшему значению в технической документации на станок, в процессе измерения варьируют. каждым значением монтажных параметров в каждой паре: зазор и температура, натяг и температура, зазор-натяг и радиальное биение, температура и радиальное биение и по полученным значениям получают зависимости между монтажными параметрами в каждой паре, которые преобразуют в математические модели и по их совместному аналитическому или графическому решению определяют оптимальные значения монтажных параметров.

1710884

1710884

I

Составитель Т.Хромова

Редактор И.Ванюшкина Техред М.Моргентал Корректор А,Осауленко

Заказ 327 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101