Способ определения оптимальных монтажных параметров подшипника

(51)5 Р 16 0 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ндель- метал 1. МАЛ Ь- ПОД 3 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Вильнюсский станкостроительный завод "Жальгирис"(56) Расчет и конструирование шпиных узлов с подшипниками качениялорежущих станков, - М., 1971, с.30,4(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИНЪХ МОНТАЖНЫХ ПАРАМЕТРОВШИПНИКА(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при монтаже в металл орежуЩих станках подшипников качения, Цель - повышение Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано при монтаже в металло- режущих 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, ЯО 1710884 точности сборки и работоспособности подшипника, В способе подшипник монтируют на стенде, вращают на рабочей частоте, с ответствующей 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 совместому аналитическому или графическому решению определяют оптимальные значения монтажных параметров. Повышение работоспособности подшипника обеспечивает. - ся учетом взаимного влияния одного параметра на другой. 3 ил. щения сопряженно дшпинделя 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 контро-ля 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 спо510 20 25 30 35 40 45 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, 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.На фиг.1 приведена "хема выполнения способа; на фиг.2 - стенд для получения экспериментальных результатов, общий вид; на фиг.З - 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 б 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 Лз, натяга Лн (зазора- натяга Ьз-н). Величину зазора-натяга Ьз-н в рабочих подшипниках изменяют посредством подбора размеров колец 13 и 14, т.е, Лз-н = Н - Н.В корпусе 8 устанавливают два датчика 17 и 18 контроля при принятых значениях зазора-натяга Ьз-н, 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 Ти 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; ЬО; Ь 1; Ь 1; Ь 1 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= ЬО+ Ь 1 Лз+ Ь 2 Лз ++ Ьп ЛзТ= ЬО + Ь 1 Лн+ Ь 2 Ьн ++ Ьп Ьн 1д=ЬО +Ь 1 Ь з-н+Ь 2 Лз-н +.+Ьп Ьэ-нд=ЬО+Ь 1 Т+Ь 2 Т Ьо Т, где Ьо; ЬО; ЬО; Ь 1; Ь 1; Ь 1 и т.д. - постоянные коэффициенты математических моделей.Полученные методами математической статистики для принятого типа и характера его сопряжения с корпусом шпинделя рабочего подшипника математические модели 5 хранят в памяти ЭВМ 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 Ьз или натяга Ьн, 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:Ьз = 07 мкм, Ьн = 1.5 мкм, Т = 1945 С, д = 050 мкм,Значения зазора Лз или натяга Лн подшипников получают путем их установки на шпинделе 11 в корпусе 8 на постоянно принятом расстоянии Н между наружными кольцами подшипников, например Н 250,000 мм и переменном (в зависимости от величины зазора Лз - натяга Лн) расстоянии Н между внутренними кольцами подшипников 9, которое обеспечивают подбором и пригонкой, например притиркой размеров колец 13 и 14, например Н = 250,000 мм, обеспечив при этом расчетный зазор, равныйЛ з = Н- Н = 250,000 - 250,000 = О,ООО В рабочие подшипники 9 закладывают необходимое количество смазки, устанавливают элементы 10, и затягивают цепь по 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 средством втулки 15, гаек 16 и колец 1, и сжимая подшипники между собой, получая расчетный зазор Ьэ = 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 мика- тора 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 Тн = 20,1 С. Конец шпинделя 11 посредством упругой муфты 20 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 Ти после вращения подшипника и первоначальной их температурой Тн, т.е. Т = Ти - Тн). Эти результаты заносят в память ЭВМ. Затем стенд включают и после естественного охлаждения рабочих подшипников 9 до первоначальной температуры Тн = 20,1 С производят демонтаж шпинделя 11. В соответствии с принятой матрицей планирова- ния обеспечивают следующую величинф зазора-натяга в рабочих подшипниках Лз = 2 мкм и путем подбора размеров колец 13 у 14 достигают разности размеров Ьз-н = 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 наружнымкольцам 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 = 19,5 С. 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 Тн 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 = =26 С, 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 зазора- натяга в рабочих подшипниках 9 Лз = 4 мкм, и путем подбора размеров колец 13 и 14 достигают разности размеров Ь з-н = Н - 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 зазора- натяга ( Лз - Ьн) 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;Т= ЬО+ Ь 1 Лн+ Ь 2 Лн + ЬЗ Лн 13,Т = ЬО + Ь 1 Лз+ Ь 2 Лз + ЬЗ ЛЗ 1д Ьо + Ь 1 Лз+ Ь Дз + ЬЗ Лз,г З,д = Ьо + Ь 1 Т+ Ь 2 Т + Ьз Т + Ь 4 Т 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Определяют величины постоянных коэффициентов Ьо; Ьо; Ьо; Ьо и т,д. и выполняют преобразование зависимостей, связывающих установившуюся температуру нагрева Т с зазором Лз и натягом Ьн; при изменениях натяга Т = 18,2 + 6,1 Ь н + 2,3 Ьн + 0,7 Ьн", (1)при изменениях зазора Т = 24,6+ 13 Лз + 0,15 Ьз + 0,03 Лз, (2)биение дсзазором-натягом Лз-н д=2,3+ 0,4 Аз+ 0,18 Лз + 0,05 Ьз, (3)биение д с температурой Т нагрева д = 8,1 - 110 Т - 810 зТ - 1,210 Т. (4)По точке пересечения графических изображений математических моделей определяют величины оптимальных значений монтажных параметров, значения которых составили: зазор Л з = 4 мкм, установившаяся температура нагрева Т = 270 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 ющ и й с я 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 / 1 4 4 5 Составитель Т,Хромова едактор И.Ванюшкина Техред М.Моргентал Корректор А,Осауленко Заказ 327 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101