Станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов мелких бочкообразных роликов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТАНОК ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКИХ ТОРЦОВ МЕЛКИХ БОЧКООБРАЗНЫХ РОЛИКОВ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Акулович Леонид Михайлович Сергеев Леонид Ефимович Агейчик Валерий Александрович Ермаков Николай Иванович Ворошухо Олег Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов мелких бочкообразных роликов, содержащий С-образную станину и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек, установленных на нижнем ведущем и верхнем прижимном дисках, связанных с приводами вращения, при этом нижний ведущий диск связан с приводом вращения от электродвигателя вокруг лежащей 82432012.06.30 в плоскости симметрии ярма и отклоненной от вертикали в его сторону на угол 3739 градусов оси с угловой скоростьюи выполнен в виде расположенного дном вниз симметрично оси вращения цилиндрического металлического стакана с наружным и внутренним диаметрами соответственно 80100 и 5070 мм, обращенная вверх кромка которого имеет в осевом сечении угол наклона к оси симметрии 3739 градусов, причем ее наружная часть расположена выше внутренней, верхний прижимной диск имеет горизонтальную ось симметрии, лежащую в плоскости симметрии ярма, и выполнен в виде планшайбы с установленными на ней консольно со стороны, противоположной ярму, каждый на собственном валу с горизонтальной осью симметрии, лежащей в плоскости симметрии ярма или параллельно ей с возможностью вращения относительно планшайбы,патронами, каждый из которых имеет наружное отверстие с установленным в него соосно и выступающим за его пределы большим сферическим торцом наружу бочкообразным роликом, при этом на каждом валу с патроном со стороны ярма противоположно патрону консольно закреплен ведомый цилиндрический ролик фрикционной передачи, который в нижнем положении патрона контактирует с ведущим роликом фрикционной передачи,причем планшайба имеет ручной привод с фиксацией относительно станины ее положения при нижнем расположении каждого патрона с роликом, которые в нижнем положении оказываются связанными с помощью фрикционной передачи с цилиндрическими роликами с приводом вращения от электродвигателя вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростью , при этом в нижнем положении в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении ось симметрии и вращения патрона с роликом проходит через середину кромки цилиндрического стакана нижнего ведущего диска перпендикулярно ей, а направления вращения дисков направлены так, что их окружные скорости со стороны внешней части кромки направлены в разные стороны, а со стороны ее внутренней части совпадают, причем(2,5 - 3,0) ,где- угловая скорость патрона с роликом- угловая скорость верхнего прижимного диска,а наружный диаметр нижнего ведущего диска больше наружного диаметра планшайбы с патронами, отличающийся тем, что кромка цилиндрического стакана нижнего ведущего диска выполнена в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении симметрично оси симметрии нижнего ведущего диска вогнутой в виде трактрисы, уравнение которой имеет относительно находящихся в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении осей координат с началом в точкепересечения оси симметрии ролика в нижнем положении с наружной цилиндрической поверхностью стакана нижнего ведущего диска, причем ось ординатнаправлена вверх по образующей наружной цилиндрической поверхности стакана нижнего ведущего диска, а ось абсцисснаправлена перпендикулярно ей вниз, вид(/2),,где- тупой угол между касательной к трактрисе и осью- длина касательной к трактрисе на участке от текущей точки касания до оси .(56) 1. А.с. СССР 1030147, МПК 24 31/00, 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. 2 82432012.06.30 4. ГОСТ 9942-90. Подшипники упорные радиальные роликовые сферические одинарные. Технические условия. - М. ФГУП, Стандартинформ, 2007. - С. 1-5. 5. Патент РБ 7160 , МПК 24 31/00, 2011. 6. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. - М. Машиностроение, 1975. 288 с. 7. Гусак А.А., Гусак Г.М., Бричикова Е.А. Справочник по высшей математике.Минск Тетрасистемс, 2009. - С. 53. Полезная модель относится к чистовой обработке изделий ферроабразивным порошком (ФАП) в магнитном поле и может быть использована 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 вставки 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 сферических торцов мелких бочкообразных роликов роликовых упорных сферических одинарных подшипников, например, номер 9039412 2, 3, 4. Известен 5 станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов мелких бочкообразных роликов, содержащий С-образную станину и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек, установленных на нижнем ведущем и верхнем прижимном дисках, связанных с приводами вращения, при этом нижний ведущий диск связан с приводом вращения от электродвигателя вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма и отклоненной от вертикали в его сторону на угол 3739 градусов оси с угловой скоростьюи выполнен в виде расположенного дном вниз симметрично оси вращения цилиндрического металлического стакана с наружным и внутренним диаметрами соответственно 80100 и 5070 мм, обращенная вверх кромка которого имеет в осевом сечении угол наклона к оси симметрии 3739 градусов, причем ее наружная часть расположена выше внутренней, верхний прижимной диск имеет горизонтальную ось симметрии, лежащую в плоскости симметрии ярма, и выполнен в виде планшайбы с установленными на ней консольно со стороны, противоположной ярму, каждый на собственном валу с горизонтальной осью симметрии, лежащей в плоскости симметрии ярма или параллельно ей с возможностью вращения относительно планшайбы,патронами, каждый из которых имеет наружное отверстие с установленным в него соосно и выступающим за его пределы большим сферическим торцом наружу бочкообразным роликом, при этом на каждом валу с патроном со стороны ярма противоположно патрону консольно закреплен ведомый цилиндрический ролик фрикционной передачи, который в нижнем положении патрона контактирует с ведущим роликом фрикционной передачи,причем планшайба имеет ручной привод с фиксацией относительно станины ее положения при нижнем расположении каждого патрона с роликом, которые в нижнем положении оказываются связанными с помощью фрикционной передачи с цилиндрическими роликами с приводом вращения от электродвигателя вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростью , при этом в нижнем положении в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении ось симметрии и вращения патрона с роликом проходит через середину кромки цилиндрического стакана нижнего ведущего диска пер 3 82432012.06.30 пендикулярно ей, а направления вращения дисков направлены так, что их окружные скорости со стороны внешней части кромки направлены в разные стороны, а со стороны ее внутренней части совпадают, причем(2,5 - 3,0) ,где- угловая скорость патрона с роликом- угловая скорость верхнего прижимного диска,а наружный диаметр нижнего ведущего диска больше наружного диаметра планшайбы с патронами. Такое устройство не позволяет производить качественную и производительную магнитно-абразивную обработку поверхностей сферических торцов мелких бочкообразных роликов роликовых упорных сферических одинарных подшипников, например, номер 9039412 2, 3, 4, так как у вершины сферического торца ролика при его вращении вокруг собственной оси образуется зона минимальной скорости резания с нахождением в ней одних и тех же абразивных частиц со слабой степенью отвода теплоты, что приводит к образованию ожогового пятна, нарушению требуемой кривизны (так называемая пологость торцевой поверхности ролика). Это резко ухудшает эксплуатационные свойства подшипника, в котором устанавливаются таким образом обработанные ролики. Известна 6, 7 принципиальная возможность обработки сферической поверхности с геометрией профиля обрабатывающего инструмента, заданного параметрическим уравнением трактрисы. Это приводит к снижению сил трения, действующих в зоне обработки, и,согласно исследованиям БГАТУ, в случае использования такого профиля обрабатывающей части профильного наконечника при магнитно-абразивной обработке (МАО) позволяет повысить степень переориентации частиц ферроабразивного порошка в этой зоне,что уменьшает температурную напряженность при их контакте с обрабатываемой поверхностью и устраняет возможность образования ожогового пятна, повышая долговечность деталей подшипников и их эксплуатационные свойства. Задачей, которую решает полезная модель, является повышение качества и производительности магнитно-абразивной обработки поверхностей сферических торцов мелких бочкообразных роликов сферических упорных подшипников. Поставленная задача решается с помощью станка для магнитно-абразивной обработки сферических торцов мелких бочкообразных роликов, содержащего С-образную станину и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек, установленных на нижнем ведущем и верхнем прижимном дисках, связанных с приводами вращения, при этом нижний ведущий диск связан с приводом вращения от электродвигателя вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма и отклоненной от вертикали в его сторону на угол 3739 градусов оси с угловой скоростьюи выполнен в виде расположенного дном вниз симметрично оси вращения цилиндрического металлического стакана с наружным и внутренним диаметрами соответственно 80100 и 5070 мм, обращенная вверх кромка которого имеет в осевом сечении угол наклона к оси симметрии 3739 градусов, причем ее наружная часть расположена выше внутренней, верхний прижимной диск имеет горизонтальную ось симметрии, лежащую в плоскости симметрии ярма, и выполнен в виде планшайбы с установленными на ней консольно со стороны,противоположной ярму, каждый на собственном валу с горизонтальной осью симметрии,лежащей в плоскости симметрии ярма или параллельно ей с возможностью вращения относительно планшайбы, патронами, каждый из которых имеет наружное отверстие с установленным в него соосно и выступающим за его пределы большим сферическим торцом наружу бочкообразным роликом, при этом на каждом валу с патроном со стороны ярма противоположно патрону консольно закреплен ведомый цилиндрический ролик фрикционной передачи, который в нижнем положении патрона контактирует с ведущим роликом фрикционной передачи, причем планшайба имеет ручной привод с фиксацией относительно станины ее положения при нижнем расположении каждого патрона с роликом, ко 4 82432012.06.30 торые в нижнем положении оказываются связанными с помощью фрикционной передачи с цилиндрическими роликами с приводом вращения от электродвигателя вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростью , при этом в нижнем положении в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении ось симметрии и вращения патрона с роликом проходит через середину кромки цилиндрического стакана нижнего ведущего диска перпендикулярно ей, а направления вращения дисков направлены так, что их окружные скорости со стороны внешней части кромки направлены в разные стороны, а со стороны ее внутренней части совпадают, причем(2,5 - 3,0) ,где- угловая скорость патрона с роликом- угловая скорость верхнего прижимного диска,а наружный диаметр нижнего ведущего диска больше наружного диаметра планшайбы с патронами, где кромка цилиндрического стакана нижнего ведущего диска выполнена в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении симметрично оси симметрии нижнего ведущего диска вогнутой в виде трактрисы, уравнение которой имеет относительно находящихся в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении осей координат с началом в точкепересечения оси симметрии ролика в нижнем положении с наружной цилиндрической поверхностью стакана нижнего ведущего диска, причем ось ординатнаправлена вверх по образующей наружной цилиндрической поверхности стакана нижнего ведущего диска, а ось абсцисснаправлена перпендикулярно ей вниз, вид(/2),,где- тупой угол между касательной к трактрисе и осью- длина касательной к трактрисе на участке от текущей точки касания до оси . На фиг. 1 изображен общий вид станка с разрезами по оси симметрии ярма на фиг. 2 узелна фиг. 1. Станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов мелких бочкообразных роликов содержит С-образную станину 1 и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину 1 ярма 2 и электромагнитных катушек 3 и 4, установленных на нижнем ведущем 5 и верхнем прижимном 6 дисках, связанных с приводами вращения. Нижний ведущий диск 5 связан с приводом вращения от электродвигателя 7 вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма 2 и отклоненной от вертикали в его сторону на угол 3739 градусов оси с угловой скоростью . Он выполнен в виде расположенного дном вниз симметрично оси вращения цилиндрического металлического стакана с наружным и внутренним диаметрами соответственно 80100 мм и 5070 мм, обращенная вверх кромка которого имеет в осевом сечении угол наклона к оси симметрии 3739 градусов, причем ее наружная часть расположена выше внутренней. Верхний прижимной диск 6 имеет горизонтальную ось симметрии и вращения, лежащую в плоскости симметрии ярма 2. Он выполнен в виде планшайбы с установленными на ней консольно со стороны, противоположной ярму 2, патронами 8. Каждый патрон 8 закреплен на собственном валу 9 с горизонтальной осью симметрии, лежащей в плоскости симметрии ярма 2 или параллельно ней с возможностью вращения вала 9 относительно планшайбы 6. Каждый патрон 8 имеет противоположное ярму 2 наружное отверстие с установленным в него соосно с помощью уплотнительного фиксирующего резинового кольца 10 с выступающим большим сферическим торцом наружу бочкообразным роликом 11, например, роликового упорного сферического одинарного подшипника номер 9039412 с длиной ролика 22,5 мм,максимальным диаметром ролика 20,5 и радиусом кривизны сферической поверхности ролика 80 мм. На каждом валу 9 патронов 8 со стороны ярма 2 противоположно патрону консольно закреплен ведомый цилиндрический ролик 12 фрикционной передачи,который в нижнем положении патрона 8 контактирует с установленным в станине 1 с возможностью вращения ведущим роликом 13 фрикционной передачи с приводом враще 5 82432012.06.30 ния от электродвигателя 14. Планшайба 6 имеет ручной привод поворота вокруг своей оси с помощью оператора с фиксацией относительно станины 1 с помощью штыря 15 и расположенных в планшайбе отверстий 16 и отверстия в станине 17 ее положения при нижнем расположении каждого патрона 8 с роликом 11, которые в нижнем положении оказываются связанными с приводом вращения от электродвигателя 14 с помощью фрикционной передачи с цилиндрическими роликами 12 и 13 вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма 2 горизонтальной оси с угловой скоростью . В нижнем положении в проходящем через плоскость симметрии ярма 2 сечении ось симметрии и вращения патрона 8 с роликом 11 проходит через середину кромки цилиндрического стакана нижнего ведущего диска 5 перпендикулярно ей, а зазор между этой кромкой и сферической поверхностью ролика 11 составляет 12 мм, а направления вращения диска 5 и патрона 8 с роликом 11 направлены так, что их окружные скорости со стороны внешней части, относительно оси вращения ролика 11, кромки направлены в разные стороны, а со стороны ее внутренней части совпадают, причем(1)(2,5 - 3,0) ,где- угловая скорость патрона с роликом- угловая скорость верхнего прижимного диска. Наружный диаметр нижнего ведущего дискабольше наружного диаметра планшайбы с патронами . Кромка цилиндрического стакана нижнего ведущего диска 5 выполнена в проходящем через плоскость симметрии ярма 2 сечении симметрично оси симметрии нижнего ведущего диска 5 вогнутой в виде трактрисы, уравнение которой имеет относительно находящихся в проходящем через плоскость симметрии ярма 2 сечении осей координат с началом в точкепересечения оси симметрии ролика 11 в нижнем положении с наружной цилиндрической поверхностью стакана нижнего ведущего диска 5, причем ось ординатнаправлена вверх по образующей наружной цилиндрической поверхности стакана нижнего ведущего диска 5, а ось абсцисснаправлена перпендикулярно ей вниз, вид(/2),(2),где- тупой угол между касательной к трактрисе и осью- длина касательной к трактрисе на участке от текущей точки касания до оси(является величиной постоянной). Станок работает следующим образом. Перед началом работы после установки обрабатываемых, например, четырех бочкообразных роликов 11 в патроны 8 один из обрабатываемых роликов вместе с патроном поворотом планшайбы 6 вручную оператором устанавливается в нижнее рабочее положение, причем ведомый цилиндрический ролик 12 этого патрона входит в контакт с ведущим роликом 13 фрикционной передачи. Планшайба 6 фиксируется относительно станины 1 с помощью штыря 15 и между сферической поверхностью нижнего ролика 11 кромкой нижнего ведущего диска 5 в образовавшийся между ними минимальный зазор 12 мм помещается ФАП (на фигурах не показано). Нижний ведущий диск 5 приводится с помощью электродвигателя 7 во вращение вокруг наклонной оси, а нижний патрон 8 вместе с бочкообразным роликом 11 приводится с помощью электродвигателя 14 во вращение вокруг своей горизонтальной в плоскости симметрии ярма оси. Торцевая сферическая поверхность бочкообразного ролика 11 плавно и равномерно обрабатываются расположенным между ней и выполненной в сечении по оси симметрии ярма 2 по трактрисе кромкой нижнего ведущего диска 5 ФАП, при этом силы трения, веса и магнитное поле катушек 3 и 4 удерживают бочкообразный ролик 11 в патроне 5. Увеличенная в 2,53,0 раза угловая скорость патрона с роликом по сравнению с угловой скоростью нижнего ведущего диска и установленные направления вращения диска 5 и патрона 8 так, что их окружные скорости со стороны внешней части кромки в сечении по плоскости симметрии ярма направле 6 82432012.06.30 ны в разные стороны, а со стороны ее внутренней части совпадают, позволяют устранить неоднородность абразивного воздействия на сферический торец ролика, а изменение зазора между сферической поверхностью торца ролика 11 и кромкой нижнего ведущего диска 5 обеспечивает подвижность ферроабразивной щетки для нивелирования разницы окружных скоростей точек сферического торца 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 ролика путем оптимизации глубины резания и уменьшения интенсивности воздействия теплоты, выделяющейся при резании, от периферии к центру ролика, а также повышается степень переориентации частиц ферроабразивного порошка в этой зоне, что дополнительно уменьшает температурную напряженность при их контакте с обрабатываемой поверхностью и устраняет возможность образования ожогового пятна, повышая долговечность деталей подшипников и их эксплуатационные свойства. Имеющее место при работе станка перекрестное воздействие абразивных зерен обеспечивает высокую степень точности обработки сферической поверхности торца ролика путем ее совпадения с траекторией движения абразивных зерен и создания эффекта постоянства процесса резания. По прошествии необходимого для выполнения технологической операции времени обработки сферической поверхности нижнего ролика 11 без выключения электродвигателей 7 и 14 оператор вынимает штырь 15 и поворотом вручную планшайбы 6 перемещает следующий подлежащий обработке ролик 11 в нижнее рабочее положение и снова фиксирует планшайбу 6 относительно станины 1 штырем 15. Далее обработанный ролик заменяется на подлежащий обработке. Расчеты по уравнениям (2) показывают, что при радиусе сферы подшипника 9039412,равной 80 мм, величина 30 мм, а диапазон изменения параметра 90135. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7