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

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству радиально-упорных подшипников. Способ контроля размеров дорожек качения колец двухрядных и однорядных радиально-упорных шарикоподшипников заключается в том, что в наружных и внутренних кольцах контролируют шаблоном радиус кривизны поверхности желоба дорожки качения, измеряют в произвольном осевом сечении кольца отклонения комплектовочного размера ΔP вдоль прямых, составляющих с перпендикулярами к оси кольца углы контакта β в шарикоподшипнике, и диаметра желоба ΔD_ж дорожки качения от номинальных величин, результаты измерения преобразуют в параметр Δf, характеризующий смещение линий контакта в кольцах по формуле Δf = (ΔD_ж•ctgβ-ΔP/sinβ)•K, где K = 1 для двухрядного кольца, K = 0,5 для однорядного кольца, и сравнивают его с допускаемыми значениями. Технический результат - повышение точности измерения в кольцах смещения линии контакта и в упрощении способа измерения. 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к контролю размеров деталей подшипников на операциях обработки дорожек качения.

Известен способ контроля размеров рабочих поверхностей колец двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников (патент RU N 2085842, кл. G 01 B 21/20, F 16 C 43/04, Бюл. N 21, 1997 г.), заключающийся в том, что измеряют радиус кривизны поверхности желоба, затем в произвольном осевом сечении кольца измеряют диаметр d желоба и сумму расстояний P от оси кольца до образующих желоба, которые измерены по линиям, размещенным под углом контакта β в подшипнике, вычисляют отклонения диаметра Δd и суммы расстояний ΔP от номинальных значений, вычисляют параметр Δf по формуле: Δf = ΔP-Δdcosβ, где Δf - смещение линии контакта, и сравнивают его с допускаемыми значениями.

В наружном кольце: - сумма расстояний P_н от оси кольца до образующих желоба P_н= D_жcosβ+2R(1-cosβ)-L_жsinβ, - отклонение суммы расстояний ΔP от номинальной величины ΔP_н= ΔD_жcosβ+2ΔR(1-cosβ)-ΔL_жsinβ, (1) - смещение линий контакта Δf_н= ΔP_н-ΔD_жcosβ= -ΔL_жsinβ+2ΔR(1-cosβ), (2)
где D_ж - диаметр желоба дорожки качения,
R - радиус кривизны поверхности желоба,
L_ж - расстояние между желобами.

Так как выражение (2) показывает, что знак смещения линии контакта будет противоположным действительному, то погрешность измерения отклонения расстояния ΔL_k между линиями контакта будет определяться выражением
ΔПL_k= (-1)Δf_н-ΔL_k.
Так как
ΔL_k= ΔL_ж-2ΔRsinβ, (3)
то

Во внутреннем кольце:
- сумма расстояний P_в от оси кольца до образующих желоба
P_в= d_жcosβ-2r(1-cosβ)-2l_жsinβ,
- отклонение суммы расстояний ΔP_в от номинальной величины
ΔP_в= d_жcosβ-2Δr(1-cosβ)-2Δl_жsinβ, (5)
- смещение линии контакта
Δf_н= ΔP_в-Δd_жcosβ = -2Δl_жsinβ-2Δr(1-cosβ), (6)
где d_ж - диаметр желоба дорожки качения,
r - радиус кривизны поверхности желоба,
l_ж - расстояние между базовым торцом и осевым положением желоба.

Так как выражение (6) показывает, что знак смещения линий контакта будет противоположным действительному, то погрешность измерения отклонения расстояния Δl_k между линией контакта и базовым торцом будет определяться выражением
ΔПl_k= (-1)•0,5•Δf_н-Δl_k.
Так как
Δl_k= Δl_ж+Δrsinβ, (7)
то

При угле контакта β = 36^o в подшипнике будем иметь
(cosβ+sinβ-1) = 0,396;(1-sinβ) = 0,413,


Из выражений (9) и (10) следует, что, например, при ΔL_ж = ± 0,04 мм; Δl_ж = ± 0,02; ΔR = Δr = ± 0,04 мм максимальная погрешность полученных ΔL_k и Δl_k будет
ΔПL_k = 0,4 (2 • 0,04 + 0,04) = ± 0,048 мм,
ΔПl_k = -0,4 (0,04+0,02) = ± 0,024 мм,
погрешность полученных ΔL_k и Δl_k при ΔR = 0; Δr = 0; будет:
ΔПL_k = -0,04•0,04 = ± 0,016 мм,
ΔПl_k = -0,04•0,02 = ± 0,008 мм.

Таким образом, недостатком способа измерения по патенту RU N 2085842 является очень большая погрешность измерения в кольцах смещения линий контакта, несоответствующий действительному знак смещения линий контакта и наличие действий: измерение радиуса кривизны поверхности желоба, диаметра желоба дорожки качения, суммы расстояний P от оси кольца до образующей желоба вдоль луча угла контакта и вычисление отклонений этих величин от номинальных значений.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения в кольцах радиально-упорных подшипников смещения линий контакта и упрощение способа измерения.

Для достижения данного технического результата в способе контроля размеров дорожек качения колец двухрядных и однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, контролируют шаблоном радиус кривизны поверхности желоба дорожки качения, измеряют отклонения комплектовочного размера ΔP вдоль прямых, составляющих с перпендикулярами к оси кольца углы контакта β в подшипнике, и диаметра желоба ΔD_ж дорожки качения от номинальных величин, результаты измерения преобразуют в параметр Δf, характеризующий смещение линий контакта в кольцах по формуле
Δf_н= (ΔD_ж•ctgβ-ΔP_н/sinβ)•K, (11)
где K = 1 для двухрядного кольца;
K = 0,5 для однорядного кольца,
и сравнивают его с допускаемыми значениями.

Технический результат изобретения:
- повышение точности измерения достигается за счет вычисления параметра, характеризующего смещение линий контакта в кольцах, по иным формулам;
- упрощение способа измерения достигается за счет измерения в кольцах отклонений от номинальных величин диаметра желоба дорожки качения и комплектовочного размера.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема способа измерения наружного кольца, на фиг. 2 - размерная цепь измеряемых отклонений размеров в наружном кольце, на фиг. 3 - схема способа измерения внутреннего кольца, на фиг. 4 - размерная цепь измеряемых отклонений размеров во внутреннем кольце.

Способ измерения наружного двухрядного кольца (см. фиг. 1) заключается в том, что кольцо 1 базируют торцом и наружной цилиндрической поверхностью на неподвижные опоры и так как в наружном двухрядном кольце шлифуют одновременно две дорожки качения для получения разноразмерности их диаметров и радиусов кривизны поверхности желобов не более 0,005 мм, то отклонения диаметра желобов дорожек качения измеряют измерительными устройствами 3 (A и B), отклонение комплектовочного размера кольца измеряют измерительными устройствами 4 (C и E) вдоль (см. фиг. 2) прямых (O₁K₃), составляющих с перпендикулярами (O₁N₂) к оси кольца углы контакта β₀, в блоке 5 суммируются сигналы измерительных устройств 3 (A + B), в блоке 6 суммируются сигналы измерительных устройств 4 (C + E), в блоке 7 алгебраически суммируются сигналы с блоков 5 и 6, причем сигнал с блока 5 с коэффициентом передачи, пропорциональным ctg β₀, а сигнал с блока 6 с коэффициентом передачи, пропорциональным минуc 1/sinβ₀. Индикатор 8 показывает величину и знак смещения линии контакта, индикатор 9 показывает величину и знак отклонения диаметра желоба дорожки качения измеряемого кольца.

На фиг. 1 и 2 обозначены в наружном кольце:
β₀ - номинальный угол контакта шариков с дорожками качения колец в подшипнике;
D_ж0, D_ж - номинальный и возможный диаметр желоба дорожки качения;
L_ж0, L_ж - номинальное и возможное расстояние между желобами;
D_kо, D_k - номинальный и возможный диаметр дорожки качения в сечении, соответствующем номинальному углу контакта (диаметр линии контакта);
L_k0, L_k - номинальное и возможное расстояние между сечениями, соответствующими номинальному углу контакта (расстояние между линиями контакта);
R - радиус кривизны поверхности желоба;
ΔR - отклонение радиуса кривизны поверхности желоба;
ΔD_ж - отклонение диаметра желоба дорожки качения;
ΔD_k - отклонение диаметра линии контакта;
ΔL_k - отклонение расстояния между линиями контакта;
ΔP - отклонение комплектовочного размера.

На фиг. 2 изображены в кольце профиль желоба дорожки качения с номинальными размерами сплошной линией и с отклонениями размеров - прерывистой линией.

На фиг. 2 видно, что измеряемый устройством A размер 0,5 (D_ж - D_ж0) = 0,5 ΔD_ж равен расстоянию между точками N₁N₂ и измеряемый устройством C размер 0,5 ΔP равен расстоянию между точками K₁K₃.

Из треугольников K₁K₃K₅ и К₂К₄К₅ следует, что

Так как К₁K₄ = 0,5 (D_к - D_к0); K₂K₄ = 0,5 (L_к0 - L_к),
то
0,5ΔP = 0,5(D_k-D_k0)•cosβ₀+0,5(L_k0-L_k)•sinβ₀.
Так как в блоке 6 (см. фиг. 1) выполняется операция C + E, то в наружном кольце
ΔP_н= ΔD_k•cosβ₀-ΔL_k•sinβ₀. (12)
Но так как
ΔD_k= ΔD_ж-2ΔR(1-cosβ₀), (13)
то
ΔP_н= ΔD_ж•cosβ₀-2ΔR(1-cosβ₀)cosβ₀-ΔL_ksinβ₀ (14)
Так как в блоке 5 (см. фиг. 1) выполняется операция A + B, то на выходе блока 7 будет сигнал смещения линии контакта

знак которого соответствует действительному.

Способ измерения наружного однорядного кольца, которое является половиной двухрядного, заключается в том, что кольцо базируют базовым торцом и наружной цилиндрической поверхностью на неподвижные опоры и измеряют отклонения диаметра желоба дорожки качения измерительными устройствами (см. фиг. 1) 3 (A и B), отклонение комплектовочного размера измерительными устройствами 4 (C и E) вдоль (см. фиг. 2) прямых (O₁K₃), составляющих с перпендикуляром (O₁N₂) к оси кольца углы контакта β₀, в блоке 5 суммируются сигналы измерительных устройств 3 (A + B), в блоке 6 суммируются сигналы измерительных устройств 4 (C + E), в блоке 7 алгебраически суммируются сигналы с блоков 5 и 6, причем сигнал с блока 5 с коэффициентом передачи, пропорциональным 0,5 • ctg β₀, а сигнал с блока 6 с коэффициентом передачи, пропорциональным минус 0,5/sin β₀.
Отклонение комплектовочного размера наружного однорядного кольца будет определяться выражением
ΔP_н= ΔD_k•cosβ₀-2Δl_k•sinβ₀, (16)
где Δl_k - отклонение расстояния между базовым торцом и линией контакта.

Выражение (16) с учетом выражения (13) примет вид

На выходе блока 7 будет сигнал смещения линии контакта в наружном однорядном кольце

знак которого соответствуют действительному.

Способ измерения внутреннего однорядного кольца (см. фиг. 3) заключается в том, что кольцо 2 базируют базовым торцом и наружной цилиндрической поверхностью на неподвижные опоры и измеряют отклонение диаметра желоба дорожки качения измерительными устройствами 3 (A и B), отклонение комплектовочного размера кольца измеряют измерительными устройствами 4 (C и E) вдоль (см. фиг. 4) прямых (O₁K₃), составляющих с перпендикуляром (O₁N₂) к оси кольца угол контакта β₀, в блоке 5 суммируются сигналы измерительных устройств 3 (A + B), в блоке 6 суммируются сигналы измерительных устройств 4 (C + E), в блоке 7 алгебраически суммируются сигналы с блоков 5 и 6, причем сигнал с блока 5 с коэффициентом передачи, пропорциональным 0,5•ctg β₀, a сигнал с блока 6 с коэффициентом передачи, пропорциональным минус 0,5/sin β₀.
Индикатор 8 показывает величину и знак смещения линии контакта, индикатор 9 показывает величину и знак отклонения диаметра желоба дорожки качения измеряемого кольца.

На фиг. 3 и 4 обозначены во внутреннем кольце:
β₀ - номинальный угол контакта шариков с дорожками качения колец в подшипнике;
d_ж0, d_ж - номинальный и возможный диаметр желоба дорожки качения;
l_ж0, l_ж - номинальное и возможное расстояние между базовым торцом и желобом дорожки качения;
d_k0, d_k - номинальный и возможный диаметр дорожки качения в сечении, соответствующем номинальному углу контакта (диаметр линии контакта);
l_k0, l_k - номинальное и возможное расстояние между базовыми торцом и сечением, соответствующим номинальному углу контакта (между базовым торцом и линией контакта);
r - радиус кривизны поверхности желоба;
Δ r - отклонение радиуса кривизны поверхности желоба;
Δ d_ж - отклонение диаметра желоба дорожки качения;
Δ l_ж - отклонение расстояния между базовым торцом и желобом дорожки качения;
Δ d_k - отклонение диаметра линии контакта;
Δ l_k - отклонение расстояния между линией контакта и базовым торцом;
Δ P - отклонение комплектовочного размера.

На фиг. 4 изображен в кольце профиль желоба дорожки качения с номинальными размерами сплошной линией и с отклонениями размеров - прерывистой линией.

На фиг. 4 видно, что измеряемый устройством A размер 0,5 (d_ж0 - d_ж) равен расстоянию между точками N₁N₂ и измеряемый устройством C размер 0,5 ΔP равен расстоянию между точками К₁К₃.

Из треугольников K₁K₃K₅ и К₂К₄К₅ следует, что

Так как K₁K₄ = 0,5 (d_k0 - d_k); К₂К₄ = 0,5(l_k - l_k0), то
0,5ΔP = 0,5(d_k0-d_k)•cosβ₀+0,5(l_k-l_k0)•sinβ₀.
Так как в блоке 6 (см. фиг. 3) выполняется операция C + E, то
ΔP_в= Δd_k•cosβ₀-2Δl_k•sinβ₀ (19)
Но так как
Δd_k= Δd_ж+2Δr(1-cosβ₀), (20)
то

Так как в блоке 5 (см. фиг. 3) выполняется операция A + B, то на выходе блока 7 будет сигнал смещения линии контакта

знак которого соответствует действительному.

Перед началом измерений колец настраивают показания индикаторов 8 и 9 на "ноль" при измерении образцовой детали, имеющей номинальные размеры радиуса кривизны поверхности желоба, диаметр желоба дорожек качения, расстояния в наружном двухрядном кольце между сечениями, в наружном однорядном между базовым торцом и сечением, во внутреннем кольце между базовым торцом и сечением, которые соответствуют номинальному углу контакта шариков с дорожками качения колец в подшипнике.

Погрешность измерения смещения линий контакта:
- в наружном кольце

- во внутреннем кольце

При угле контакта β₀ = 36^o будем иметь
(1-cosβ₀)•ctgβ₀= 0,262.
Максимальная погрешность при ΔR = Δr = ± 0,04 мм;
ΔПL_k= 2 • 0,04 • 0,262 = ± 0,021 мм;
ΔПl_k= -0,04 • 0,262 = ± 0,010 мм.

Формула изобретения

Способ контроля размеров дорожек качения колец двухрядных и однорядных подшипников, состоящий в измерении параметров, характеризующих поверхности контакта шариков с дорожками качения наружного и внутреннего колец подшипника, контроле шаблоном радиуса кривизны поверхности желоба дорожки качения колец, отличающийся тем, что измеряют в произвольном осевом сечении кольца отклонения комплектовочного размера ΔP вдоль прямых, составляющих с перпендикулярами к оси кольца углы контакта β в шарикоподшипнике, и диаметра желоба ΔD_ж дорожки качения от номинальных величин, результаты измерения преобразуют в параметр Δf, характеризующий смещение линий контакта в кольцах по формуле
Δf = (ΔD_ж•ctgβ-ΔP/sinβ)•K
где К = 1 для двухрядного кольца;
К = 0,5 для однорядного кольца,
и сравнивают с допускаемыми значениями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4