Станок для комбинированной обработки поверхностей бочкообразных роликов подшипников

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТАНОК ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ БОЧКООБРАЗНЫХ РОЛИКОВ ПОДШИПНИКОВ(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 комбинированной обработки поверхностей бочкообразных роликов подшипников, содержащий -образную станину и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек с совпадающими, находящимися в плоскости симметрии ярма вертикальными осями симметрии, установленных на верхнем и нижнем с возможностью вращения относительно общей с катушками оси симметрии горизонтальных дисках, выполненных из ферромагнитного материала, например стали 10, отличающийся тем, что нижний горизонтальный диск выполнен с выемкой в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 и имеет по вертикальной оси симметрии отверстие, в которое вставлен вертикальный вал с закрепленным на его верхнем конце с зазором над верхней горизонтальной поверхностью выемки нижнего горизонтального диска малым горизонтальным плоским диском, причем вертикальные оси 79612012.02.28 симметрии вертикального вала и малого горизонтального плоского диска совпадают, а верхний горизонтальный диск выполнен в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 с установленной сверху электромагнитной катушкой, причем между верхним и нижним горизонтальными дисками закреплена на станине с зазорами с ними 2-3 мм выполненная, например, из фторопласта диамагнитная перегородка в виде соосной оси вращения дисков расположенной со стороны неразрывной вертикальной части ярма симметрично его плоскости симметрии обращенной меньшим основанием вниз половины усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 с верхней соосной оси вращения дисков выемкой в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45, а к находящейся в проходящей через ось вращения дисков, перпендикулярной плоскости симметрии ярма нижней вертикальной торцевой плоскости диамагнитной перегородки с горизонтальными верхней и нижней гранями прикреплен, например, с помощью клея выполненный, например, из фторопласта диамагнитный параллелепипед, две параллельные плоскости симметрии ярма боковые грани которого расположены от этой плоскости на расстоянии радиуса меньшего основания усеченного прямого кругового конуса диамагнитной перегородки, а наиболее удаленная от неразрывной вертикальной части ярма перпендикулярная его оси симметрии наклонная грань диамагнитного параллелепипеда образует с верхним его основанием угол 135, при этом в центре тяжести наклонной грани нижнего диамагнитного параллелепипеда перпендикулярно к ней установлен с возможностью вращения сквозной металлический стержень, выполненный своей верхней выступающей над наклонной гранью диамагнитного параллелепипеда частью с резьбой, на которую навинчен своим по оси симметрии выполненным со стороны меньшего основания технологическим резьбовым отверстием бочкообразный ролик, причем зазоры между боковой поверхностью бочкообразного ролика и конусными поверхностями нижнего и верхнего горизонтальных дисков равны 14 мм, а сквозной металлический стержень на конце своей нижней выступающей под нижней поверхностью диамагнитного параллелепипеда части имеет закрепленное на его торце выполненное соосно с ним, обращенное меньшим основанием своей делительной поверхности вниз коническое зубчатое колесо, причем оси симметрии сквозного металлического стержня и закрепленного на его нижнем конце конического зубчатого колеса совпадают, а само коническое зубчатое колесо своей нижней частью входит в зацепление с горизонтальным коническим зубчатым колесом-диском с вертикальной осью симметрии,образуя с ним коническую зубчатую передачу, а к станине жестко прикреплен корпус планетарного редуктора с фланцевым электродвигателем внизу, соединенным своим валом с ведущим колесом планетарного редуктора, при этом нижний горизонтальный диск прикреплен к ведомому центральному колесу планетарного редуктора, а ведомое водило планетарного редуктора прикреплено к торцу нижнего конца вертикального вала с закрепленным на его верхнем конце горизонтальным коническим зубчатым колесомдиском, причем вертикальные оси симметрии вертикального вала, горизонтального конического зубчатого колеса-диска и водила совпадают, при этом на станине установлен с возможностью вращения вокруг своей находящейся в плоскости симметрии ярма вертикальной оси симметрии шлифовальный круг, выполненный в виде полого прямого цилиндра с катеноидной поверхностью на нижней части его внешней боковой поверхности,которая в своем контактирующем со сферическим торцом ролика положении в осевом в плоскости симметрии ярма сечении выполнена с внешней стороны по отношению к ярму по контуру осевого в плоскости симметрии ярма сечения большого сферического торца ролика в его установленном на металлический стержень положении с охватом всей длины контура осевого сечения большого сферического торца ролика начиная с его нижней точ 2 79612012.02.28 ки, причем гауссова кривизна вогнутой боковой поверхности нижней части шлифовального круга в этом сечении равна к-1/2 4 (/),где к - гауссова кривизна- радиус катеноида, в качестве которого для заявляемого устройства принят минимальный внешний радиус боковой поверхности шлифовального круга- высота катеноидной поверхности шлифовального круга, равная высоте проекции на вертикальную плоскость большого сферического торца ролика с диаметром основания ,а конические зубчатые колеса выполнены из диамагнитного материала, например фторопласта.(56) 1. А.с. СССР 1030147, МПК 24 31/00 // Бюл.27. - 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. Калашников С.Н., Калашников А.С., Коган Г.И. и др. Производство зубчатых колес Справочник. - М. Машиностроение, 1990. - С. 194. 6. Скойбеда А.Т., Кузьмин А.В., Макейчик Н.Н. Детали машин и основы конструирования. - Минск Вышэйшая школа, 1980. - С. 253. 7. Воднев В.Т., Наумович А.Ф., Наумович Н.Ф. Основные математические формулы. Минск Вышэйшая школа, 1980. - С. 202. 8. Мышкис А.Д. Лекции по высшей математике. - М. Наука, 1969. - С. 316. 9. Белькевич Б.А., Тимошков В.Д. Справочное пособие технолога машиностроительного завода. - Минск Беларусь, 1972. - С. 585. Полезная модель относится к комбинированной одновременной шлифовальной обработке и 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 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 шлифовальную обработку поверхностей сферических торцов и магнитно-абразивную обработку боковых поверхностей бочкообразных роликов роликовых упорных сферических одинарных подшипников, например,номер 9039428 2, 3, 4. Задачей, которую решает полезная модель, является повышение качества и производительности одновременной шлифовальной обработки поверхности большого сферического торца и магнитно-абразивной обработки боковой поверхности бочкообразного ролика роликовых упорных сферических одинарных подшипников. 3 79612012.02.28 Поставленная задача решается с помощью станка для комбинированной обработки поверхностей бочкообразных роликов подшипников, содержащего -образную станину и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек с совпадающими, находящимися в плоскости симметрии ярма вертикальными осями симметрии, установленных на верхнем и нижнем с возможностью вращения относительно общей с катушками оси симметрии горизонтальных дисках, выполненных из ферромагнитного материала, например стали 10, где нижний горизонтальный диск выполнен с выемкой в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 и имеет по вертикальной оси симметрии отверстие, в которое вставлен вертикальный вал с закрепленным на его верхнем конце с зазором над верхней горизонтальной поверхностью выемки нижнего горизонтального диска малым горизонтальным плоским диском, причем вертикальные оси симметрии вертикального вала и малого горизонтального плоского диска совпадают, а верхний горизонтальный диск выполнен в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 с установленной сверху электромагнитной катушкой, причем между верхним и нижним горизонтальными дисками закреплена на станине с зазорами с ними 23 мм выполненная, например, из фторопласта диамагнитная перегородка в виде соосной оси вращения дисков расположенной со стороны неразрывной вертикальной части ярма симметрично его плоскости симметрии обращенной меньшим основанием вниз половины усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 с верхней соосной оси вращения дисков выемкой в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45, а к находящейся в проходящей через ось вращения дисков, перпендикулярной плоскости симметрии ярма нижней вертикальной торцевой плоскости диамагнитной перегородки с горизонтальными верхней и нижней гранями прикреплен, например, с помощью клея выполненный, например, из фторопласта диамагнитный параллелепипед, две параллельные плоскости симметрии ярма боковые грани которого расположены от этой плоскости на расстоянии радиуса меньшего основания усеченного прямого кругового конуса диамагнитной перегородки, а наиболее удаленная от неразрывной вертикальной части ярма перпендикулярная его оси симметрии наклонная грань диамагнитного параллелепипеда образует с верхним его основанием угол 135, при этом в центре тяжести наклонной грани нижнего диамагнитного параллелепипеда перпендикулярно к ней установлен с возможностью вращения сквозной металлический стержень, выполненный своей верхней выступающей над наклонной гранью диамагнитного параллелепипеда частью с резьбой, на которую навинчен своим по оси симметрии выполненным со стороны меньшего основания технологическим резьбовым отверстием бочкообразный ролик, причем зазоры между боковой поверхностью бочкообразного ролика и конусными поверхностями нижнего и верхнего горизонтальных дисков равны 14 мм, а сквозной металлический стержень на конце своей нижней выступающей под нижней поверхностью диамагнитного параллелепипеда части имеет закрепленное на его торце выполненное соосно с ним, обращенное меньшим основанием своей делительной поверхности вниз коническое зубчатое колесо, причем оси симметрии сквозного металлического стержня и закрепленного на его нижнем конце конического зубчатого колеса совпадают, а само коническое зубчатое колесо своей нижней частью входит в зацепление с горизонтальным коническим зубчатым колесом-диском с вертикальной осью симметрии, образуя с ним коническую зубчатую передачу, а к станине жестко прикреплен корпус планетарного редуктора с фланцевым электродвигателем внизу, соединенным своим валом с ведущим колесом планетарного редуктора, при этом нижний горизонтальный диск прикреплен к ведомому центральному колесу планетарного редуктора, а ведомое водило планетарного редуктора прикреплено к торцу нижнего конца 4 79612012.02.28 вертикального вала с закрепленным на его верхнем конце горизонтальным коническим зубчатым колесом-диском, причем вертикальные оси симметрии вертикального вала, горизонтального конического зубчатого колеса-диска и водила совпадают, при этом на станине установлен с возможностью вращения вокруг своей находящейся в плоскости симметрии ярма вертикальной оси симметрии шлифовальный круг, выполненный в виде полого прямого цилиндра с катеноидной поверхностью на нижней части его внешней боковой поверхности, которая в своем контактирующем со сферическим торцом ролика положении в осевом в плоскости симметрии ярма сечении выполнена с внешней стороны по отношению к ярму по контуру осевого в плоскости симметрии ярма сечения большого сферического торца ролика в его установленном на металлический стержень положении с охватом всей длины контура осевого сечения большого сферического торца ролика начиная с его нижней точки, причем гауссова кривизна вогнутой боковой поверхности нижней части шлифовального круга в этом сечении равна к-1/2 4 (/),где к - гауссова кривизна- радиус катеноида, в качестве которого для заявляемого устройства принят минимальный внешний радиус боковой поверхности шлифовального круга- высота катеноидной поверхности шлифовального круга, равная высоте проекции на вертикальную плоскость большого сферического торца ролика с диаметром основания ,а конические зубчатые колеса выполнены из диамагнитного материала, например фторопласта. На фиг. 1 изображен общий вид станка на фиг. 2 - разрез - на фиг. 1 на фиг. 3 представлено графическое определение значения минимального внешнего радиусабоковой поверхности шлифовального круга, полученное с помощью пакета компьютерных программ 7.0 на фиг. 4 - узелна фиг. 1. Станок для комбинированной обработки поверхностей средних бочкообразных роликов подшипников содержит -образную станину 1 и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину 1 ярма 2 и электромагнитных катушек 3 и 4 с совпадающими,находящимися в плоскости симметрии ярма 2 вертикальными осями симметрии, установленных на верхнем 5 и нижнем 6 с возможностью вращения относительно общей с катушками 3 и 4 вертикальной оси симметрии горизонтальных дисках, выполненных из ферромагнитного материала, например стали 10 по ГОСТ 1050-88. Нижний горизонтальный диск 6 имеет по его вертикальной оси симметрии центральное сквозное отверстие и выполнен с выемкой в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45. Верхний горизонтальный диск 5 выполнен в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 с установленной сверху электромагнитной катушкой 3. Между верхним 5 и нижним 6 горизонтальными дисками закреплена на станине с зазорами с ними 23 мм выполненная, например, из фторопласта диамагнитная перегородка 7 в виде соосной оси вращения дисков 5 и 6 расположенной со стороны неразрывной вертикальной части ярма 2 симметрично его плоскости симметрии обращенной меньшим основанием вниз половины усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45 с верхней соосной оси вращения дисков выемкой в виде обращенного меньшим основанием вниз усеченного прямого кругового конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости 45. К находящейся в проходящей через ось вращения дисков, перпендикулярной плоскости симметрии ярма 2 нижней вертикальной торцевой плоскости диамагнитной перегородки 7 с горизонтальными верхней и нижней гранями прикреплен, например, с помощью клея выполненный, например, из фторопласта диамагнитный параллелепипед 8, две параллельные плоскости симметрии ярма боковые грани которого расположены от этой плоскости на расстоянии радиуса меньшего основа 5 79612012.02.28 ния усеченного прямого кругового конуса диамагнитной перегородки 7, а наиболее удаленная от неразрывной вертикальной части ярма 2 перпендикулярная его оси симметрии наклонная грань диамагнитного параллелепипеда 8 образует с верхним его основанием угол 135. В центре тяжести наклонной грани нижнего диамагнитного параллелепипеда 8 перпендикулярно к ней установлен с возможностью вращения сквозной металлический стержень 9, выполненный своей верхней выступающей над наклонной гранью диамагнитного параллелепипеда 8 частью с резьбой, на которую навинчен своим по оси симметрии выполненным со стороны меньшего основания технологическим резьбовым отверстием бочкообразный ролик 10. Зазоры между боковой поверхностью бочкообразного ролика 10 и конусными поверхностями нижнего 6 и верхнего 5 горизонтальных дисков равны 14 мм. Сквозной металлический стержень 9 на конце своей нижней выступающей под нижней поверхностью диамагнитного параллелепипеда 8 части имеет закрепленное на его торце выполненное соосно с ним, обращенное меньшим основанием своей делительной поверхности вниз коническое зубчатое колесо 11, причем оси симметрии сквозного металлического стержня и закрепленного на его нижнем конце конического зубчатого колеса совпадают, а само коническое зубчатое колесо своей нижней частью входит в зацепление с горизонтальным коническим зубчатым колесом-диском 12 5 с вертикальной осью симметрии, образуя с ним коническую зубчатую передачу. При этом выполняется условие 6, согласно которому сумма углов делительных конусов конических зубчатых колес 1 и 2 больше 10 и меньше 170. К станине 1 жестко прикреплен корпус 13 планетарного редуктора с фланцевым электродвигателем 14 внизу, соединенным своим валом 15 с ведущим колесом 16 планетарного редуктора, при этом нижний горизонтальный диск 6 прикреплен к ведомому центральному колесу 17 планетарного редуктора, причем их оси симметрии и вращения совпадают, а ведомое водило 18 планетарного редуктора прикреплено к торцу нижнего конца проходящего через центральное сквозное отверстие горизонтального диска 6 вертикального вала 19 с закрепленным на его верхнем конце коническим зубчатым колесомдиском 12, причем вертикальные оси симметрии и вращения вертикального вала 19, конического зубчатого колеса-диска 12 и водила 18 совпадают. На станине 1 установлен с возможностью вращения от электродвигателя 21 вокруг своей находящейся в плоскости симметрии ярма 2 вертикальной оси симметрии шлифовальный круг, выполненный в виде полого прямого цилиндра 20 с катеноидной поверхностью 7 на нижней части его внешней боковой поверхности, которая в своем контактирующем со сферическим торцом ролика 10 положении в осевом в плоскости симметрии ярма 2 сечении выполнена с внешней стороны по отношению к ярму 2 по контуру осевого в плоскости симметрии ярма 2 сечения большого сферического торца ролика 10 в его установленном на металлический стержень 9 положении с охватом всей длины контура осевого сечения большого сферического торца ролика 10 начиная с его нижней точки, причем гауссова кривизна вогнутой боковой поверхности нижней части шлифовального круга в этом сечении равна(1) к-1/2 4 (/),где к - гауссова кривизна- радиус катеноида, в качестве которого для заявляемого устройства принят минимальный внешний радиус боковой поверхности шлифовального круга- высота катеноидной поверхности шлифовального круга, равная высоте проекции на вертикальную плоскость большого сферического торца ролика с диаметром основания . Конические зубчатые колеса 11 и 12 выполнены из диамагнитного материала, например фторопласта ФТ-4. Для обеспечения процесса резания необходимо, чтобы при вращении шлифовального круга с нижней частью в виде катеноида и сферы бочкообразного ролика эти поверхности в течение всего времени обработки находились в контакте. Для этого, чтобы в процессе резания избежать роста деформаций по причине их кривизны, выбираем в качестве крите 6 79612012.02.28 рия этой оценки полную (гауссову) кривизну, которая обладает тем свойством, что когда поверхность изгибается без растяжений, то эта кривизна не меняется 8. Полная (гауссова) кривизна большого сферического торца бочкообразного ролика равна(2)1/2 , где- радиус большого сферического торца бочкообразного ролика,следовательно к,(3)1 /24 1 /2 .(4) Уравнение (4) является трансцендентным, и его решение связано с построением примерных графиков функций и поиском точек их пересечения. С учетом того, что, например, для подшипника 9039428 радиус кривизны большого сферического торца бочкообразного ролика 180 мм, а его максимальный диаметр,равный диаметру основания большого сферического торца бочкообразного ролика,40,3 мм, причем 4540,300,7128,6 мм получаем с помощью пакета компьютерных программ 7.0 графики обоих частей уравнения (4) и находим точки их пересечения, являющиеся решениями уравнения (4), рациональная положительная величина которых имеет значение 172,3 мм, что отвечает общим требованиям 9 к размерам шлифовального круга для деталей размера обрабатываемого бочкообразного ролика подшипника 9039428. Тогда максимальный наружный диаметр боковой поверхности шлифовального круга должен быть не менее(5) ш 2(45)2(172,340,30,71)401,8 мм Вращение нижнего горизонтального диска 6 осуществляется от электродвигателя 14. Вращение верхнего горизонтального диска осуществляется от электродвигателя 21 и ременной передачи 22. Направление вращения нижнего горизонтального диска 6 совпадает с направлением вращения шлифовального полого прямого цилиндра от электродвигателя 21 и противоположно направлению вращения верхнего горизонтального диска 5 от электродвигателя 21 и ременной передачи 22. Станок работает следующим образом. Перед началом работы после установки на стержень 9 бочкообразного ролика 10 и опускания в рабочее положение, предусматривающее контакт со сферической торцевой поверхностью бочкообразного ролика 10 шлифовального полого прямого цилиндра 20,между конусной поверхностью верхнего горизонтального диска 5, боковой поверхностью бочкообразного ролика 10 и конусной поверхностью нижнего горизонтального диска 6 помещается ФАП (на фигуре не показано). При включении в работу электродвигателей 21 и 14 шлифовальный полый прямой цилиндр 20 обрабатывает сферическую торцевую поверхность бочкообразного ролика 10, который приводится во вращение конической зубчатой передачей в составе конических зубчатых колес 11 и 12 от вертикального вала 19 и ведомого водила 18 планетарного редуктора. Боковая поверхность бочкообразного ролика 10 подвергается чистовой магнитно-абразивной обработке. При этом обеспечивается подвижность ферроабразивной щетки для нивелирования разницы окружных скоростей точек боковой поверхности ролика, происходит процесс самозатачивания абразивных зерен, снижается степень температурного и абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность. Отшлифованная поверхность большого сферического торца бочкообразного ролика 10 в дальнейшем подвергается дополнительной магнитно-абразивной обработке на специализированном станке. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8