Устройство контроля размеров дорожек качения колец двухрядных и однорядных радиально-упорных шарикоподшипников

 

Изобретение относится к области производства радиально-упорных шарикоподшипников, в частности к определению диаметров шариков по результатам измерения дорожек качения наружных и внутренних колец перед сборкой подшипника. Устройство для измерения отклонения комплектовочного размера дорожки качения от номинальной величины колец радиально-упорных шарикоподшипников состоит из прибора для измерения наружных двухрядных колец и прибора для измерения внутренних однорядных колец. Прибор для измерения наружных двухрядных колец содержит неподвижную и соосно расположенную подвижную пробки и измерительные шарики, разделенные сепаратором. Прибор для измерения внутренних однорядных колец содержит неподвижную втулку, в кольцевом уступе на торце которой расположены измерительные шарики, разделенные сепаратором, и измеритель перемещения базового торца измеряемого кольца. Технический результат - повышение точности измерения дорожки качения колец при отсутствии вращения измеряемого кольца. 6 ил.

Изобретение относится к области производства радиально-упорных шарикоподшипников, в частности к определению диаметров шариков по результатам измерения дорожек качения наружных и внутренних колец перед сборкой подшипника.

Известны различные устройства для измерения в сечении колец, соответствующем номинальному углу контакта подшипника, параметров дорожки качения наружных и внутренних колец двухрядных радиально-упорных подшипников, с помощью которых по результатам измерения определяют диаметр шариков для сборки подшипника из измеренных колец.

Известно устройство (А.С. СССР 615285, кл. F 16 C 43/04, Бюл. 26, 1978 г. ) для измерения дорожек качения колец двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, которое содержит для измерения наружных двухрядных колец соосно расположенные неподвижный и подвижный вдоль оси усеченные конусы, измеритель перемещения подвижного конуса, двуплечий рычаг, контактирующий первым плечом с подвижным конусом, вторым плечом - с измерителем перемещения, и содержит для измерения внутреннего однорядного кольца неподвижный усеченный конус, измеритель перемещения базового торца измеряемого кольца, двуплечий рычаг, контактирующий первым плечом с базовым торцом измеряемого кольца, вторым плечом с измерителем перемещения, причем конусы имеют угол между осью и образующей поверхностью, равный номинальному углу контакта собираемого подшипника, и по окружности конусов и дорожкам качения измеряемых колец расположены контактирующие с ними измерительные шарики.

При коэффициенте передачи перемещения двуплечевого рычага, пропорционального 0,5sinβ_o, и при измерении внутреннего однорядного кольца, пропорционального sinβ_o, этим устройством измеряется отклонение комплектовочного размера от номинальной величины: - в наружном двухрядном кольце: ΔK_Н = 0,5•(ΔD•ctgβ_o-ΔL)•sinβ_o (1) - во внутреннем однорядном кольце: ΔK_B = (Δl-0,5Δd•ctgβ_o)•sinβ_o (2) где ΔD, Δd - отклонение диаметра дорожки качения; ΔL, Δl - отклонение расстояния между дорожками качения и, соответственно, дорожкой качения и базовым торцом; β₀ - номинальный угол контакта, в точках которых на дорожках качения определены вышеуказанные отклонения.

Недостатком этого измерительного устройства является то, что для получения достоверных результатов измерения необходимо вращать измеряемое кольцо, что приводит к усложнению конструкции и снижению производительности измерения.

Известно устройство для контроля размеров рабочих поверхностей колец двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников по RU 2085842, кл. F 16 С 43/04, публ. 27.07.1997, которым может быть непосредственно измерено отклонение комплектовочного размера от номинальной величины в кольцах.

Это измерительное устройство (прототип) состоит из прибора для измерения наружного двухрядного кольца и прибора для измерения внутреннего однорядного кольца, каждый из которых содержит станину для базирования измеряемого кольца и закрепленные на станине по два измерительных преобразователя перемещений с возможностью измерения отклонения комплектовочного размера дорожки качения кольца в точках номинального угла контакта в подшипнике.

Недостатком этого устройства является необходимость применения в каждом приборе не менее двух преобразователей перемещения в электрический сигнал и расположения их так, чтоб они измеряли отклонение комплектовочного размера в точках номинального угла контакта на дорожках качения колец и чтобы перемещение подвижного звена преобразователя было в направлении луча номинального угла контакта, т.е. высокая сложность конструкции.

Технической задачей изобретения является получение достоверных результатов измерения комплектовочного размера колец радиально-упорных шарикоподшипников при отсутствии вращения измеряемого кольца и при существенном упрощении конструкции измерительных приборов.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения дорожек качения колец двухрядных и однорядных радиально-упорных шарикоподшипников прибор для измерения наружных двухрядных колец содержит неподвижную и соосно расположенную пробки и измерительные шарики, разделенные сепаратором и расположенные в кольцевом уступе на торце пробок с возможностью перемещения только вдоль оси пробок, и измеритель для измерения расстояния между торцами пробок, а прибор для измерения внутренних однорядных колец содержит неподвижную втулку, в кольцевом уступе на торце которой расположены измерительные шарики, разделенные сепаратором, и измеритель перемещения базового торца измеряемого кольца, при этом измерительные шарики имеют диаметр, определяемый формулой: ⊘_ш≤2R-80|ΔD|, где R - радиус кривизны поверхности желоба измеряемой дорожки качения,
ΔD - максимальное отклонение диаметра дорожки качения в сечении, соответствующем номинальному углу контакта.

Технический результат изобретения - повышение точности измерения - достигается за счет того, что при применении измерительных шариков с диаметром, определяемым прилагаемой формулой, измеряется дорожка качения со сколь угодно большим отклонением диаметра в сечении кольца, соответствующего номинальному углу контакта с отклонением не более ±1^o.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема прибора для измерения наружного двухрядного кольца, на фиг.2 - схема размерных цепей в измеряемых наружных двухрядных кольцах, на фиг.3 - схема прибора для измерения внутреннего однорядного кольца, на фиг.4 - схема размерных цепей в измеряемых внутренних однорядных кольцах, на фиг.5 - схема прибора для измерения наружного однорядного кольца, на фиг.6 - схема размерных цепей в измеряемых наружных однорядных кольцах.

Устройство для измерения дорожки качения колец двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников состоит из прибора для измерения наружных двухрядных колец и из прибора для измерения внутренних однорядных колец (см. фиг.1 и фиг.3) или устройство для измерения дорожки качения колец однорядных радиально-упорных шарикоподшипников состоит из прибора для измерения наружных однорядных колец и из прибора для измерения внутренних однорядных колец (см. фиг.5 и фиг.3).

Прибор для измерения наружного двухрядного кольца 1 (см. фиг.1) содержит неподвижную пробку 2 и соосно расположенную с неподвижной подвижную вдоль оси пробку 3, в кольцевом уступе на торце которых расположены измерительные шарики 4, разделенные сепаратором (не показан), который выполнен так, что измерительные шарики 4 могут перемещаться только вдоль оси пробок для возможности ввода и вывода пробок в измеряемое кольцо, и измеритель 5 расстояния между торцами пробок.

Способ измерения прибором наружного двухрядного кольца (см. фиг.1 и фиг. 2) заключается в том, что кольцо с номинальными размерами (изображено на фиг.2 сплошной линией) базируют одной дорожкой качения на измерительные шарики 4 в неподвижной пробке 2 и в измеряемое кольцо вводят подвижную пробку 3 с измерительными шариками 4 и создают на пробку 3 необходимую осевую нагрузку. Измерительные шарики войдут в контакт с дорожками качения измеряемого кольца в сечении, соответствующем номинальному углу контакта, измеритель 5, закрепленный в неподвижной пробке 2, войдет в соприкосновение с торцом подвижной пробки 3. Показания измерителя 5 при этом настраиваются на "ноль". Затем образцовое кольцо удаляют и в прибор устанавливают кольцо с неизвестным отклонением размера (изображено на фиг.2 прерывистой линией) дорожек качения и изменение положения пробки 2 вдоль оси измерит измеритель 5.

На фиг.2 обозначены в наружном кольце:
β_o - номинальный угол контакта шариков с дорожками качения колец в подшипнике;
β_и - угол контакта измерительных шариков с дорожкой качения измеряемого кольца;
⊘_ш - диаметр измерительных шариков;
D₀, D - номинальный и возможный диаметр дорожки качения в сечении, соответствующем номинальному углу контакта (диаметр линии контакта);
L₀, L - номинальное и возможное расстояние между линиями контакта;
R, ΔR - радиус и отклонение радиуса кривизны поверхности желоба;
ΔР_н - величина перемещения вдоль оси торца пробки.

На фиг.2 показано, что измерительные шарики контактируют с дорожками качения образцового кольца в точках K₁ и К₂ при угле контакта β_o, а с дорожками качения измеряемого кольца в точках К₃ и K₄ при угле контакта β_и, значительно отличающемся от номинального.

На фиг.2 видно, что
P_o = L_o+2R_osinβ_o+⊘_ш-2•O₁N₁
P = L+2(R+ΔR)sinβ_o+⊘_ш-2•O₁N₂
O₁N₁ = O₁C₁•sinβ_o = (R-0,5⊘_ш)•sinβ_o
ΔP_н = P_o-P = 2•[O₁N₂-(R+ΔR-0,5⊘_ш)•sinβ_o]-ΔL (3)
Из треугольника O₁N₂C₂ следует, что

Из размерных цепей следует, что

так как
O₁C₂ = (R+ΔR-0,5⊘_ш); N₁C₁ = (R-0,5⊘_ш)•cosβ_o;

то выражение (3) примет вид:

Угол контакта, при котором происходит измерение дорожки качения кольца:

Если показания измерителя 5 будут пропорциональны 0,5•sinβ_o и будет выполнено условие для диаметра измерительных шариков, что
⊘_ш≤2R-80|ΔD|,
то измеритель 5 покажет величину отклонения комплектовочного размера измеряемого кольца:
ΔK_н = 0,5ΔP_н•sinβ_o (6)
Прибор для измерения внутреннего однорядного кольца 6 (см. фиг.3) содержит неподвижную втулку 7, в кольцевом уступе на торце которой расположены измерительные шарики 4, разделенные сепаратором (не показан), и измеритель 8 перемещения базового торца измеряемого кольца, закрепленный в основании прибора.

Способ измерения прибором внутреннего однорядного кольца (см. фиг.3 и фиг. 4) заключается в том, что кольцо 6 с номинальными размерами (изображено на фиг.4 сплошной линией) базируют дорожкой качения на измерительные шарики 4 в неподвижной втулке 7 с необходимой осевой нагрузкой, измерительные шарики 4 войдут в контакт с дорожкой качения измеряемого кольца в сечении, соответствующем номинальному углу контакта, измеритель 8 войдет в соприкосновение с базовым торцом измеряемого кольца. Показание измерителя 8 при этом настраивают на "ноль". Затем образцовое кольцо удаляют и в прибор устанавливают кольцо с неизвестным отклонением размера (изображено на фиг.4 прерывистой линией) дорожки качения, изменение положения базового торца которого по сравнению с образцовым измерит измеритель 8.

На фиг.4 обозначены во внутреннем кольце:
d₀, d - номинальный и возможный диаметр дорожки качения в сечении, соответствующем номинальному углу контакта (диаметр линии контакта);
l₀, l - номинальное и возможное расстояние между базовым торцом кольца и линией контакта;
l_жо, l_ж- номинальное и возможное расстояние между базовым торцом и центром кривизны поверхности желоба дорожки качения;
r, Δr - радиус и отклонение радиуса кривизны поверхности желоба;
ΔP_в - величина перемещения вдоль оси базового торца измеряемого кольца.

На фиг. 4 показано, что измерительные шарики контактируют с дорожками качения образцового кольца в точке K₁ при угле контакта β_o, а с дорожкой качения измеряемого кольца в точке K₂ при угле контакта β_и, значительно отличающемся от номинального.

На фиг.4 видно, что
ΔP_в=(l_ж+O₁N₂)-(l_жо+О₁N₁)=(l_ж-l_жо)+(О₁N₂-O₁N₁),
так как l_ж = l-(r+Δr)•sinβ_o; l_жо = l_o-r•sinβ_o;
O₁N₁ = O₁C₁•sinβ_o = (r-0,5⊘_ш)•sinβ_o,
то
ΔP_в = Δl-(r+Δr-0,5⊘_ш)•sinβ_o+O₁N₂ (7)
Из треугольника O₁N₂C₂ следует, что

так как
O₁C₂ = (r+Δr-0,5⊘_ш); C₁N₁ = (r-0,5⊘_ш)cosβ_o;

то выражение (7) примет вид:

Угол контакта, при котором происходит измерение дорожки качения кольца:

Если показания измерителя 8 будут пропорциональны sinβ_o и будет выполнено условие для диаметра измерительных шариков, что
⊘_ш≤2r-80|Δd|,
то измеритель 8 покажет величину отклонения комплектовочного размера измеряемого кольца:
ΔK_в = ΔP_в•sinβ_o (10)
Прибор для измерения наружного однорядного кольца 9 (см. фиг.5) содержит подвижную вдоль оси пробку 10, в кольцевом уступе на торце которой расположены измерительные шарики 4, разделенные сепаратором (не показан), который выполнен так, что измерительные шарики могут перемещаться только вдоль оси пробки для возможности ввода и вывода пробки в измеряемое кольцо, и измеритель 11 осевого перемещения пробки 10.

Способ измерения прибором наружного однорядного кольца (см. фиг.5 и фиг. 6) заключается в том, что кольцо с номинальными размерами (изображено на фиг. 6 сплошной линией) базируют на плоскую поверхность базовым торцом и в измеряемое кольцо вводят пробку 10 с измерительными шариками 4 и создают на пробку 10 необходимую осевую нагрузку, измерительные шарики войдут в контакт с дорожкой качения измеряемого кольца в сечении, соответствующем номинальному углу контакта, измеритель 11, закрепленный в основании прибора, войдет в соприкосновение с торцом пробки. Показание измерителя 11 при этом настраивают на "ноль". Затем образцовое кольцо удаляют и в прибор устанавливают кольцо с неизвестным отклонением размера (изображено на фиг.6 прерывистой линией) дорожки качения, изменение положения вдоль оси пробки 10 измерит измеритель 11.

На фиг.6 обозначены в наружном однорядном кольце:
D_o, D - номинальный и возможный диаметр дорожки качения в сечении, соответствующем номинальному углу контакта (диаметр линии контакта);
l_o, l - номинальное и возможное расстояние между базовым торцом кольца и линией контакта;
R, ΔR - радиус и отклонение радиуса кривизны поверхности желоба;
ΔP_н - величина перемещения вдоль оси пробки 10.

На фиг. 6 показано, что измерительные шарики контактируют с дорожкой качения образцового кольца в точке K₁ при угле контакта β_o а с дорожкой качения измеряемого кольца в точке К₂ при угле контакта β_н, значительно отличающемся от номинального.

На фиг.6 видно, что
P_o = l_o+Rsinβ_o+0,5⊘_ш-O₁N₁
P = l+(R+ΔR)sinβ_o+0,5⊘_ш-O₂N₂
O₁N₁ = O₁C₁•sinβ_o = (R-0,5⊘_ш)•sinβ_o
ΔP_н = P_o-P = O₂N₂-(R+ΔR-0,5⊘_ш)•sinβ_o-Δl (11)
Из треугольника O₂N₂C₂ следует, что

Из размерных цепей следует, что

Так как
O₂C₂ = (R+ΔR-0,5⊘_ш); N₁C₁ = (R-0,5⊘_ш)•cosβ_o;

то выражение (11) примет вид:

Если показания измерителя 11 будут пропорциональны sinβ_o и будет выполнено условие для диаметра измерительных шариков, что
⊘_ш≤2R-80|ΔD|,
то измеритель 11 покажет величину отклонения комплектовочного размера измеряемого однорядного наружного кольца:
ΔK_н = ΔP_н•sinβ_o (13)
Выражения (5) и (9) можно представить в виде приближенной величины:

Из выражения (14) можно получить выражение для более точного определения диаметра измерительных шариков:
⊘_ш≤2R-57,3/sinβ_o•|ΔD/Δβ| (15)
По результатам показаний измерителей 5 и 8 или измерителей 11 и 8 определяют диаметр шариков, с которыми и с измеряемыми кольцами должен быть собран радиально-упорный шарикоподшипник, по формуле:
⊘_ш = ⊘_шо+(ΔK_н+ΔK_в), (16)
где ⊘_шo - номинальный диаметр шариков в подшипнике, имеющем кольца с номинальными размерами дорожек качения и номинальный осевой зазор.

Из выражений (1), (2) и (6), (10) или (13), (10) следует, что погрешность измерения в предлагаемом устройстве будет определяться выражениями:


При измерении колец, например, шарикоподшипника 256907 Е9С17, у которого:
осевой зазор = 0,102 мм ±0,012 мм; β_o = 36°; ⊘_шо = 9,998 мм
в кольцах: R = 5,25 мм; ΔD=-0,04 мм;
r=5,2 мм; Δd=+0,04 мм;
sin 36^o=0,5878; cos 36^o=0,809
погрешность измерения будет:
- при измерении колец устройством фирмы MARPOSS, ⊘_ш = 9,99 мм
ΔПК_Н=-0,019 мм -(-0,016 мм)=-0,003 мм
ΔПК_В =-0,020 мм +0,016мм =-0,004 мм
угол контакта при измерении по выражению (9)
β_ив=arccos(0,809+0,0975)=25^o, β_ин=arccos (0,809+0,0784)=27^o
Погрешность определения диаметра шариков для сборки подшипника из измеренных колец:
ΔП⊘_ш=(-0,003 мм)+(-0,004 мм)=-0,007 мм.

Если будет собран подшипник 256907 Е9С17 из этих колец и с этими шариками, то в подшипнике будет увеличен осевой зазор на величину

которая в два раза превышает допустимое отклонение.

- при измерении колец предлагаемым устройством с измерительными шариками диаметром:
⊘_ш≤2•5,2 мм-80•0,040 мм=7 мм
ΔПК_н=-0,016 мм-(-0,016 мм)=0 мм
ΔПК_в=-0,016 мм+0,016мм=0мм
угол контакта при измерении
β_ив=arccos (0,809+0,0117)=35^o, β_ин=arccos (0,809+0,0114)=35^o
Таким образом, предлагаемое измерительное устройство обладает возможностью измерять дорожки качения колец двухрядных и однорядных радиально-упорных шарикоподшипников с погрешностью измерения не более 0,0003 мм без вращения измеряемого кольца и определять диаметр шариков для сборки подшипника из измеренных колец с обеспечением осевого зазора в допуске.

Формула изобретения

Устройство для измерения отклонения комплектовочного размера дорожки качения от номинальной величины колец радиально-упорных шарикоподшипников, состоящее из прибора для измерения наружных двухрядных колец и прибора для измерения внутренних однорядных колец, отличающееся тем, что прибор для измерения наружных двухрядных колец содержит неподвижную и соосно расположенную подвижную пробки и измерительные шарики, разделенные сепаратором и расположенные в кольцевом уступе на торце пробок с возможностью перемещения только вдоль оси пробок, и измеритель для измерения расстояния между торцами пробок, а прибор для измерения внутренних однорядных колец содержит неподвижную втулку, в кольцевом уступе на торце которой расположены измерительные шарики, разделенные сепаратором, и измеритель перемещения базового торца измеряемого кольца, при этом измерительные шарики имеют диаметр, определяемый формулой
⊘_Ш≤2R-80|ΔD|,
где R - радиус кривизны поверхности желоба измеряемой дорожки качения;
ΔD - максимальное отклонение диаметра дорожки качения в сечении, соответствующем номинальному углу контакта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6