Станок для магнитно-абразивной обработки сферического торца бочкообразного ролика

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТАНОК ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКОГО ТОРЦА БОЧКООБРАЗНОГО РОЛИКА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Акулович Леонид Михайлович Сергеев Леонид Ефимович Агейчик Валерий Александрович Ермаков Николай Иванович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Станок для магнитно-абразивной обработки сферического торца бочкообразного ролика, содержащий -образную станину, на которой установлены нижний ведущий и верхний прижимной диски, связанные с приводами вращения, и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек, установленных на нижнем ведущем и верхнем прижимном дисках, отличающийся тем, что нижний ведущий диск связан с приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной 17598 1 2013.10.30 оси с угловой скоростью , имеет расположенные симметрично на расстоянии друг от друга, составляющем 7-10 мм, кольцевые прямоугольные выемки, ширина и глубина каждой из которых составляет 4-5 мм, имеет толщину, равную удвоенной длинеобрабатываемого бочкообразного ролика, и торец, в радиальном сечении выполненный по вогнутой поверхности радиусом , определенным из выражения 25(22)0,52/25(22)0,5,где- радиус сферы сферического торца обрабатываемого бочкообразного ролика, причем верхний прижимной диск выполнен в виде патрона с нижним коническим отверстием для соосной установки в него меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы большим сферическим основанием вниз бочкообразного ролика, связан с приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси с угловой скоростьюи установлен с возможностью одновременного с вращением качательного движения в этой же плоскости с максимальной угловой скоростью к, при этом отношение указанных скоростей равно(0,10-0,15)(20-25)(55-60). Изобретение относится к чистовой обработке изделий ферро-абразивным порошком(ФАП) в магнитном поле и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при обработке поверхностей роликов подшипников качения. Известен 1 станок для магнитно-абразивной обработки шариков, содержащий С-образную станину и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек, установленных на ведущем и прижимном дисках, первый из которых связан с приводом вращения вокруг вертикальной оси, а второй - с приводом возвратно-поступательных перемещений вдоль той же оси, причем на обращенных друг к другу торцах дисков выполнены канавки полукруглого профиля, а в канавке каждого диска установлены вставка из диамагнитного материала, которые расположены поочередно по обе стороны от оси симметрии полукруглого профиля канавки. Такое устройство не позволяет производить качественную и производительную магнитно-абразивную обработку поверхностей сферического торца бочкообразного ролика роликовых упорных сферических одинарных подшипников, например номера 9039428 и 9039434 2, 3, 4. Задачей, которую решает изобретение, является повышение качества и производительности магнитно-абразивной обработки поверхностей сферического торца бочкообразного ролика роликовых упорных сферических одинарных подшипников. Поставленная задача решается с помощью станка для магнитно-абразивной обработки сферического торца бочкообразного ролика, содержащего С-образную станину, на которой установлены нижний ведущий и верхний прижимной диски, связанные с приводами вращения, и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек, установленных на нижнем ведущем и верхнем прижимном дисках, где нижний ведущий диск связан с приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростью , имеет расположенные симметрично на расстоянии друг от друга, составляющем 7-10 мм, кольцевые прямоугольные выемки, ширина и глубина каждой из которой составляет 4-5 мм, имеет толщину, равную удвоенной длинеобрабатываемого бочкообразного ролика, и торец, в радиальном сечении выполненный по вогнутой поверхности радиусом , определенным из выражения 25(22)0,52/25(22)0,5,где- радиус сферы сферического торца обрабатываемого бочкообразного ролика, причем верхний прижимной диск выполнен в виде патрона с нижним коническим отверстием для соосной установки в него меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы большим сферическим основанием вниз бочкообразного ролика, связан с приводом враще 2 17598 1 2013.10.30 ния вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси с угловой скоростью р и установлен с возможностью одновременного с вращением качательного движения в этой же плоскости с максимальной угловой скоростью к при этом отношение указанных скоростей равно(0,10-0,15)(20-25)(55-60). На фиг. 1 изображен общий вид станка на фиг. 2 показана расчетная схема для определения радиуса вогнутой поверхности торца нижнего ведущего диска в радиальном сечении . Станок для магнитно-абразивной обработки сферического торца бочкообразного ролика содержит С-образную станину 1 и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину 1 ярма 2 и электромагнитных катушек 3 и 4, установленных соответственно на нижнем ведущем 5 и верхнем прижимном 6 дисках, связанных с приводами вращения. Нижний ведущий магнитопроводящий диск 5 связан с включающим электродвигатель 7 приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма 2 горизонтальной оси с угловой скоростью . Верхний прижимной диск 6 выполнен в виде магнитопроводящего патрона с нижним отверстием под установленный в него соосно меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы большим сферическим основанием вниз бочкообразный ролик 8, фиксируемый в верхнем прижимном диске 6 силами трения и силами упругости от сжатия упругого резинового фиксирующего кольца 18, и связан с приводом вращения от электродвигателя 9 вокруг присоединенной к нему лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси 10 с угловой скоростью р, равной угловой скорости вращения бочкообразного ролика 8 вокруг собственной оси. Одновременно патрон 6 осуществляет качательное движение с максимальной угловой скоростью к во время его поворота симметрично вертикальной оси 10 в плоскости ярма 2 вокруг расположенной в центре кривизны сферического торца бочкообразного ролика 8 перпендикулярной плоскости ярма 2 оси за счет находящейся в этом центре соединяющей верхнюю и нижнюю части вертикальной оси 10 шарнирной муфты 11. Нижняя часть вертикальной оси 10 содержит шлицевое соединение 12 со стопорным болтом 13 с возможностью изменения длины нижней части вертикальной оси 10 с закрепленным на ней снизу патроном 6. Электромагнитная катушка 4 установлена на патроне 6 с помощью подшипника скольжения 14 и, не имея возможности совершать, вследствие наличия подшипника 14, вращательное движение вместе с вертикальной осью 10, с помощью находящихся в плоскости ярма 2 присоединенного к катушке 4 с помощью шарнира 15 стержня 16 и шарнирно присоединенного к нему кривошипно-шатунного механизма 17 с электродвигателем (на фиг. не показан) имеет возможность совершать вышеописанное качательное движение. Материал подшипника скольжения 14 выполнен из магнитострикционного сплава на основе железа,содержащего ряд компонентов, в том числе алюминий, кремний, углерод и серу. Данный сплав относится к магнитно-мягким материалам, и технический эффект от его применения состоит в стабильном получении высоких значений индукции насыщения за счет направленных напряжений, возникающих при выделении карбидов алюминия, и образования правильно ориентированной доменной структуры 3-5. Нижний ведущий диск 5 имеет толщину, равную удвоенной длинебочкообразного ролика, и торец в радиальном сечении, выполненный по вогнутой окружности радиусом 25(22)0,52/25 - (22)0,5,(1) где- радиус вогнутой поверхности торца в радиальном сечении, - половина толщины нижнего диска, равная длине бочкообразного ролика, - радиус сферы сферического торца бочкообразного ролика. При этом толщина нижнего ведущего диска 5 равна 2- удвоенной длине бочкообразного ролика 8, а между сферической поверхностью торца бочкообразного ролика 8 за счет наличия заявленной величины радиусавогнутой поверхности торца в радиальном сечении в вертикальной плоскости симметрии образуется увеличение зазора на 5 мм, по срав 3 17598 1 2013.10.30 нению с минимальным в крайних положениях. Представленная в формуле (1) величина радиусаполучена в результате решения уравнения (2), где присутствует определенная по формуле 4-6, показанная на фиг. 2 разницамежду величинами максимального и минимального радиусов нижнего ведущего диска и половина толщины этого диска(22)/2,(2) В это уравнение подставляется определенное по фиг. 2 с использованием формулы Пифагора значение 5 - (2 - 2)0,5,(3) Например, при размерах бочкообразного ролика роликового упорного сферического одинарного подшипника номер 9039428180 мм,44,8 мм,10,4 мм. Отношение максимальной угловой скорости качания бочкообразного ролика симметрично вертикальной оси при повороте в плоскости симметрии ярма к к угловой скорости вращения нижнего ведущего диска вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной осии к угловой скорости вращения бочкообразного ролика вокруг его оси р равно(4) кр(0,10-0,15)(20-25)(55-60). Нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси плоскости симметрии кольцевую прямоугольную выемку шириной 4-5 мм и глубиной 4-5 мм и расположенные симметрично ей аналогичные кольцевые выемки такой же ширины и глубины, причем расстояние между ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска выемок составляет 7-10 мм. Станок работает следующим образом. Перед началом работы после установки обрабатываемого бочкообразного ролика 8 в патрон 6 между сферической поверхностью ролика 8 и торцом нижнего ведущего диска 5 устанавливается с помощью шлицевого соединения 12 и стопорного болта 13 минимальный зазор 1-2 мм и помещается ФАП (на фигурах не показано). Нижний ведущий диск 5 приводится с помощью электродвигателя 7 во вращение вокруг горизонтальной оси, а патрон 6 вместе с бочкообразным роликом 8 приводится с помощью электродвигателя 9 во вращение вокруг своей оси и одновременно с помощью кривошипно-шатунного механизма 17 и стержня 16 совершает, благодаря вмонтированной в вертикальную ось 10 шарнирной муфте 11, качательное движение в плоскости ярма вокруг расположенной в центре кривизны сферического торца бочкообразного ролика 8 оси. Торцевая сферическая поверхность бочкообразного ролика 8 плавно и равномерно обрабатывается ФАП, при этом силы трения, упругости резинового фиксирующего кольца 18 и магнитное поле катушек 3 и 4 удерживают бочкообразный ролик 8 в патроне 6. Отношение максимальной угловой скорости качания бочкообразного ролика симметрично вертикальной оси при повороте в плоскости симметрии ярма к к угловой скорости вращения нижнего ведущего диска вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной осии к угловой скорости вращения ролика вокруг своей оси р, равное кр(0,10-0,15)(20-25)(55-60),позволяет устранить неоднородность абразивного воздействия на торец бочкообразного ролика, а наличие серповидного зазора между сферической поверхностью торца бочкообразного ролика 8 и торцом нижнего ведущего диска 5 обеспечивает подвижность ферроабразивной щетки для нивелирования разницы окружных скоростей точек торца бочкообразного ролика. При этом происходит процесс самозатачивания абразивных зерен, снижается степень температурного и абразивного воздействия на сферическую поверхность торца, обеспечивается стабильность качественных характеристик поверхностного слоя торца бочкообразного ролика путем оптимизации глубины резания и уменьшения интенсивности воздействия теплоты, выделяющейся при резании, от периферии к центру бочкообразного ролика. Имеющее место при работе станка перекрестное воздействие абразивных зерен обеспечивает высокую степень точности обработки сферической поверхности торца бочкообразного ро 4 17598 1 2013.10.30 лика путем ее совпадения с траекторией движения абразивных зерен и создания эффекта постоянства процесса резания, в отличие от применяемого прерывистого и приводящего к веерообразной радиальной шероховатости с температурным ожогом в центре. Выполнение на нижнем ведущем диске вышеописанных кольцевых выемок позволяет интенсифицировать МАО на рабочей части полюсных наконечников. Образующееся по краям кольцевых выемок неоднородное магнитное поле позволяет удерживать в контакте с деталью максимальное количество порошка, увеличивает интенсивность съема материала при устранении дефектного слоя, возникшего при предшествующих технологических операциях. Имеющее место при этом повышенное давление порошка на обрабатываемую поверхность обеспечивает повышение качества обработки поверхностного слоя бочкообразного ролика с уменьшением его шероховатости и остаточных напряжений растяжения. При этом образуется поверхностный наклепанный слой, сопровождающийся увеличением долговечности бочкообразного ролика при одновременном отсутствии необходимости повышения магнитной индукции, например за счет увеличения электрического тока, что улучшает технико-экономические показатели МАО детали. Источники информации 1. А.с. СССР 1030147, МПК 2431/00, 1983. 2. Нарышкин В.Н., Коросташевский Р.В. Подшипники качения Справочник. - М. Машиностроение, 1984. - С. 60-61. 3. ГОСТ 520-2002. Подшипники качения. Общие технические условия. Межгосударственный стандарт. Минск, по заказу Госстандарта РФ. - С. 126. 4. ГОСТ 9942-90. Подшипники упорные радиальные роликовые сферические одинарные. Технические условия. - М. ФГУП, Стандартинформ, 2007, с. 1-5. 5. Патентна изобретение 2107110 1, МПК 2238/60, 011/14. 6. Рыбкин А.А., Рыбкин А.З., Хренов Л.С. Справочник по математике. Изд. 3-е. - М. Высшая школа. - С. 199. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5