Способ изготовления подшипникового узла

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к изготовлению подшипниковых узлов, образующих опоры вращающихся деталей машин. Способ изготовления подшипникового узла включает сборку подшипника качения из наружного и внутреннего колец, тел качения, сепаратора, защитных шайб, заформовывание кольца подшипника в пластифицируемый материал детали механизма и установку детали с подшипником в корпус механизма с формированием опорного узла и регулировкой зазоров по заданным посадкам, при этом кольцо отдельно от подшипника заформовывают в пластифицируемый материал заготовки. Заготовку базируют по свободной поверхности кольца на станке и обрабатывают с получением детали требуемых по точности размеров и формы, а готовую деталь с заформованным кольцом собирают в подшипник качения как единый сборочный узел. Технический результат - повышение точности изготовления, долговечности и жесткости деталей подшипникового узла. 2 ил.

 

Изобретение относится к области общего машиностроения, а именно к способам изготовления подшипниковых узлов, образующих опоры вращающихся деталей машин и механизмов.

Известен способ изготовления подшипникового узла, выполняющий предварительную сборку подшипника качения, расточку гнезда ступицы готовой шестерни под наружное кольцо подшипника и шейки готовой оси или вала под диаметр внутреннего кольца подшипника в заданных пределах допусков, сборку подшипникового узла в виде опоры шестерни на оси или на валу с заданной посадкой [1].

Существенным недостатком известного способа изготовления подшипникового узла является недостаточно высокая степень точности механической обработки гнезд, шеек или цапф деталей машин под подшипниковый узел качения и весьма повышенные требования к точности монтажа при сборке и регулировке зазоров подшипникового узла, особенно зубчатых редукторов, что в конечном случае сказывается на прочности и долговечности конструкции механизма.

В современных точных приборах, например микроэлектромашинах, диаметры цапф осей и валов выбирают в пределах нескольких миллиметров, и поэтому прочность соединения внутреннего кольца подшипника качения с цапфой в основном создается плотностью посадки со значительными натягами. Для оптимального соединения поля допусков сужаются до одного микрона. Однако даже такие величины натягов приводят к значительным деформациям колец, ведущим к увеличению диаметра дорожки качения. Кроме того, большое значение имеет правильность геометрических форм сопрягаемых поверхностей, в основном определяемая их овальностью и конусностью, так как кольца подшипников являются тонкостенными деталями при посадках с натягом деформируются, принимая форму посадочного места. Оба явления уменьшают радиальный зазор в самом подшипнике. При недостаточном радиальном или осевом зазоре тела качения могут быть защемленными и потеряют возможность самоустанавливаться и изменять плоскость вращения. Это может привести к тому, что тела качения, обкатываясь по постоянной дорожке качения, быстро достигнут в отдельных точках поверхности предельного числа циклов погружения, а следовательно, и максимального износа. Особенно недопустимо заклинивание тел качения в высокоскоростных подшипниках, так как это приводит к быстрому их разрушению.

Известен способ изготовления подшипникового узла, включающий предварительную обработку с заданной точностью наружного кольца подшипника качения с получением готовой детали механизма, например, в виде зубчатого венца шестерни [2], сборку детали наружного кольца с другими деталями подшипника качения в единый узел, монтаж подшипникового узла механизма.

Недостатком известного способа изготовления подшипникового узла является неоправданный расход дорогостоящей высококачественной шарикоподшипниковой стали на производство целой детали совместно с кольцом подшипника качения. Обязательная термообработка кольца, выполненного заодно целое с готовой деталью, приводит к короблению этой детали с дальнейшими трудозатратами на ликвидацию ее последствий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления подшипникового узла, включающий предварительную сборку подшипника качения и формование вокруг наружного кольца подшипника из пластифицируемого материала заготовки детали заданной формы и размеров с закладными элементами [3].

Недостатком известного способа изготовления подшипникового узла является низкая точность получаемых при обработке заготовки с заформованным подшипником готовых ответственных деталей механизмов. Как известно, литье из металлов не позволяет сразу получать готовую деталь с высокой точностью задаваемых размеров и хорошим качеством поверхности и требует последующей механической и термической обработки. Формование готовой детали из пластических масс вокруг кольца подшипника дает хорошую гладкую поверхность, но требует последующей механической обработки для получения высокоточных по размерам деталей, что определяется точностью изготовления пресс-форм. Однако механическая обработка изготовленной по известному способу детали с заформованным целиком подшипником качения становится невозможной в силу недостаточной конструктивной базы для постановки детали на обработку на станок, так как она занята на наружном кольце телами качения и сепаратором подшипника, а внутреннее кольцо является свободно вращающейся деталью и не может служить базовым элементом.

Формование подшипника качения в заготовке из металлических сплавов нарушает после остывания механические свойства шарикоподшипниковой стали колец и тел качения и зазоры между ними, исчезает эффект селективной подборки соединяемых деталей подшипника из одной сортировочной группы. Использование для формования готового подшипника качения неоправданно и по причине неиспользования качественной гладкой наружной поверхности кольца, получение которой требует определенных трудозатрат.

Положительный эффект по предлагаемому способу изготовления подшипникового узла, включающему сборку подшипника качения из наружного и внутреннего кольца, тел качения, сепаратора, защитных шайб, заформовывание кольца подшипника в пластифицируемый материал детали механизма, установку детали с заформованным в ней подшипником качения в корпусе механизма с формированием опорного узла и регулировкой зазоров по заданным посадкам, достигается тем, что наружное или внутреннее кольцо отдельно заформовывают в пластифицируемый материал заготовки, заготовку базируют на свободной поверхности кольца на станке и обрабатывают с получением детали требуемых по точности размеров и формы, а далее готовую деталь с заформованным кольцом собирают в подшипник качения как единый сборочный узел.

На фиг.1 представлен подшипниковый узел, встроенный в ступицу шестерни редуктора, на фиг.2 - подшипниковый узел опорного ролика конвейера, выполненные по предлагаемому способу.

Пример 1 реализации способа изготовления подшипникового узла. Наружное кольцо 1 подшипника качения устанавливают в литейную форму, которую заливают под давлением пластифицированным материалом (жидкий алюминий, термопластичный полимер и др.). После остывания материала заготовку с заформованным кольцом устанавливают на металлообрабатывающие станки, базируясь относительно (база А) и торца (база Б) внутренней поверхности кольца, и производят изготовление, например, зубчатого колеса 2 редуктора с возможным достижением высоких степеней точности на отклонение размеров и формы как шестерни в целом, так и ее зубьев 3 в отдельности. Далее шестерню с заформованным наружным кольцом собирают с остальными деталями подшипника качения в единый сборочный узел, устанавливаемый на вал или ось редуктора в виде опоры (фиг.1).

Пример 2. Наружное кольцо 1 подшипника помещают в пресс-форму и под давлением заливают термопластичным полимерным материалом. После остывания материала заготовку с заформованным кольцом устанавливают на токарный станок с базированием по внутренней поверхности (база А) кольца, и производят изготовление ролика 4 транспортера с минимальными отклонениями в размерах на радиальное биение. Далее ролик с кольцом собирают в единый подшипник качения, устанавливаемый на оси транспортера в виде опорных узлов (фиг.2).

Необходимость повышения точности и как следствие увеличения долговечности и прочности механических передач требует на сегодняшний день техническое перевооружение шарикоподшипниковых заводов на изготовление готовых деталей, отличающихся высокой точностью размеров и формы, например зубчатых шестерен серийно производимых редукторов различных типов и другой продукции машиностроения, что становится возможным на базе реализации предложенного способа изготовления подшипниковых узлов. Именно на заводе-изготовителе подшипников становится возможным формовать заготовки с встроенными кольцами подшипников качения, имеющих достаточную конструктивную базу для изготовления высокоточных деталей на металлообрабатывающих станках, обладающих высокой технологичностью и материалоемкостью. При этом наружная заформованная поверхность кольца подшипника качения может начисто не обрабатываться, она не имеет осевые и радиальные зазоры. После сборки детали с кольцом с остальными деталями подшипника усиливается жесткость сопрягаемых деталей.

Предлагаемый способ успешно внедрен на шарикоподшипниковом заводе при изготовлении подшипникового узла роликов серийных транспортирующих механизмов.

Способ изготовления подшипникового узла, включающий сборку подшипника качения из наружного и внутреннего колец, тел качения, сепаратора, защитных шайб, заформовывание кольца подшипника в пластифицируемый материал детали механизма, установку детали с подшипником в корпусе механизма с формированием опорного узла и регулировкой зазоров по заданным посадкам, отличающийся тем, что кольцо отдельно от подшипника заформовывают в пластифицируемый материал заготовки, заготовку базируют по свободной поверхности кольца на станке и обрабатывают с получением детали требуемых по точности размеров и формы, а готовую деталь с заформованным кольцом собирают в подшипник качения как единый сборочный узел.