Прогрессивная технология сборки радиально-упорных шариковых подшипников с охлаждением внутреннего кольца

Введение. На подшипниковых заводах в настоящее время применяется технология сборки подшипников качения, при которой внутреннее кольцо вставляют в наружное и смещают его эксцентрично последнему. В зазор между кольцами помещают шарики, затем внутреннее кольцо сдвигают в сторону шариков, и шарики распределяют равномерно в дорожках качения, после чего устанавливают сепаратор. При этом если расстояние между крайними шариками меньше диаметра дорожки качения внутреннего кольца, сборку осуществляют за счет нагрева или деформации (сжатия) наружного кольца [1, 2]. Эту технологию сборки нельзя применить для подшипников с массивными неразъемными сепараторами, так как в этом случае сборка подшипника должна осуществляться с шариками, установленными в гнезда сепаратора.

Для таких подшипников применяется технология сборки радиально-упорных неразъемных шарикоподшипников, при которой одно из колец подшипника выполнено с замком, т. е. один из бортиков кольца срезан с образованием конической поверхности, а величина «замка» предусмотрена в пределах не менее двух минимальных радиальных зазоров. Для обеспечения сборки подшипника его наружное кольцо разогревается, а внутреннее кольцо имеет комнатную температуру. По этой технологии [3] шарики, установленные в гнезда сепаратора, предварительно собирают на основании устройства с кольцом подшипника, имеющим полную дорожку качения, и в этот комплект сверху вдвигают конической частью кольцо подшипника с замком. При этом шарики, находящиеся у нижней кромки дорожки качения, сдвигаются конусом вдвигаемого кольца ко дну дорожки качения и вверх, навстречу движению вдвигаемого кольца, но не доходят до дна, а заклиниваются между конусом и дорожкой качения в углу, равном углу трения, после чего происходит деформация вдвигаемого кольца в месте перехода конуса на дорожку качения, деформации шариков, а при выскальзывании отдельных шариков из состояния заклинивания они ударяются о противоположную кромку дорожки качения.

При сборке с использованием механической запрессовки происходит заклинивание шариков между конической поверхностью бортика и дорожкой качения, после чего следует деформация колец и шариков, а при преодолении состояния заклинивания шарики ударяются о противоположную сторону дорожки качения и на них образуются вмятины типа «лодочек». Возникающие дефекты на деталях подшипника снижают ресурс подшипника и ухудшают его виброакусти-ческие характеристики. При использовании технологии сборки с нагревом наружного кольца подшипника энергозатраты и возможные температурные деформации делают сборку неэффективной, КПД нагревателей крайне низок, повышенная температура при сборке ухудшает условия труда.

Цель настоящей работы - разработка новой технологии сборки радиально-упорных шариковых подшипников с замком на одном из колец, повышающей эффективность сборки, расширяющей технологические возможности и обеспечивающей требуемые показатели качества, что является актуальной задачей. Этого можно достичь, если в распространенном способе сборки радиально-упорных шариковых подшипников с замком на одном из колец перед окончательной сборкой внутреннее кольцо подшипника охладить до температуры, обеспечивающей сжатие кольца на величину не менее значения величины замка, подать на позицию сборки, где на него надеть наружное кольцо в сборе с комплектом шариков, вставленных в гнезда сепаратора.

Расчет температуры и времени охлаждения внутреннего кольца радиально-упорного подшипника. Специалистами Саратовского подшипникового завода и учеными Саратовского государственного технического института разработана и исследована технология сборки радиально-упорных подшипников с охлаждением внутреннего кольца, новизна которого подтверждена патентом [4].

Определим температуру охлаждения внутреннего кольца, при которой происходит его сжатие для обеспечения сборки подшипника

Т ^>d      Т°'

где N- величина замка; /-термический сборочный зазор; р- коэффициент линейного сжатия материала внутреннего кольца, для стали закаленной р=9,5‘10'⁶ /1 °C; М_в- компенсационное сжатие кольца, учитывающее увеличение размеров от прогрева при транспортировке и сборке; d- номинальный размер сборочного соединения (диаметр бортика кольца); //-температура окружающей среды.

Температура /' должна быть меньше температуры, достижимой при использовании определенного хладоагента.

Значение / принимается равным минимальному зазору, обеспечивающему свободное соединение деталей подшипника с учетом их геометрических параметров и перекоса в начальный момент сборки. Зазор / можно ориентировочно принимать по посадке Н7/дб.

Далее рассчитаем время охлаждения кольца

^охл

_d„pC_m x(l-v)

4а x + 0,5(l-v)

(-1п9),

где d_o - диаметр кольца; р - плотность материала кольца, кг/м³; С_т - удельная теплоемкость, Дж/(кг-°С); а - коэффициент теплоотдачи; х, v- геометрические коэффициенты, зависящие от размеров и формы кольца; 9 - относительная температура.

Если рассчитанная температура оказывается ниже достижимой в условиях данного производства при использовании хладоагента, то применяют комбинацию способов термовоздействия охлаждения внутреннего кольца и нагрев наружного кольца для достижения увеличенного сборочного зазора до температуры, обеспечивающей необходимое функциональное расширение. Температура кольца диаметром 50-240 мм при среднем времени транспортирования от позиции охлаждения к позиции сборки изменяется не более чем на 20 °C. Поэтому при предварительных расчетах принимаем

(j + А) = 0,0 l^Ad_B .

Для радиально-упорных шариковых подшипников массовых серий базовых типоразмеров значение величины замка не превышает 60 мкм. Схема сборки подшипника с замком на наружном кольце изображена на рисунке.

Рис. 1. Сборка подшипника с замком на наружном кольце:

1- внутреннее кольцо подшипника; 2- рабочая камера для охлаждения;

3— жидкость, охлаждаемая сухим льдом; 4- сборочная позиция; 5- наружное кольцо; 6- шарики; 7-сепаратор; 8-основание; 9-коническое кольцо-фиксатор; 10- выталкиватель; 11- фиксатор; 12- оправка; 13- транспортер; 14- подъемник

Метод сборки радиально-упорного подшипника. Сборку подшипника осуществляют следующим образом. Внутреннее кольцо подшипника 1 подается в рабочую камеру 2, где происходит его охлаждение. Рабочая камера представляет собой стальной бак с хорошей термоизоляцией в виде стеклянной или шлаковой ваты, минеральной пробки, пробковых плит или других термоизо ляционных материалов.

В качестве жидкости 3 используют спирт (денатурированный), ацетон или авиационный бензин. В жидкость, залитую в рабочую камеру, кладут небольшими порциями сухой лед, который испаряясь понижает температуру. При температуре жидкости -78,5 °C прекращается интенсивное выделение паров и дальнейшее снижение температуры жидкости. В процессе в рабочую камеру периодически добавляют небольшие порции сухого льда. Внутреннее кольцо подшипника охлаждают в рабочей камере, подготовленной к работе при описанных условиях.

На сборочную позицию 4 охлажденное внутреннее кольцо подшипника подается из рабочей камеры и устанавливается на фиксатор 11 до плотного прилегания к основанию 8. Наружное кольцо 5 помещается в оправку 12, соосную с фиксатором 11. Сепаратор 7 в сборе с комплектом шариков 6 размещают в подпружиненное коническое кольцо-фиксатор 9, которое при подаче наружного кольца вниз смещается, и шарики распределяются в дорожке качения кольца. При дальнейшей подаче наружного кольца шарики движутся в радиальном направлении и вниз, пока не достигнут дна дорожки качения. Перекатываясь через вершину замка, они занимают рабочее положение. При этом происходит выравнивание температуры колец подшипника. Подшипник становится неразъемным и при помощи выталкивателя 7(7удаляется со сборочной позиции.

Заключение. Предложена технология сборки радиально-упорных шариковых подшипников с охлаждением внутреннего кольца, рассчитаны температура и время охлаждения внутреннего кольца. Технико-экономическая эффективность новой технологии по предложенному способу состоит в следующем:

• 1.    Снижаются энергозатраты, и тем самым уменьшается себестоимость сборочной операции.

• 2.    Повышается качество подшипников, так как исключаются дефекты на деталях подшипников.

• 3.    Улучшаются условия труда.

• 4.    Повышается долговечность подшипников за счет необратимых изменений механических свойств стали в результате структурных превращений при низких температурах.