Станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов бочкообразных роликов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТАНОК ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКИХ ТОРЦОВ 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 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 вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростьюи имеет толщину, равную удвоенной длинеролика, Фиг. 1 85332012.08.30 причем верхний прижимной диск выполнен в виде патрона с нижним отверстием под установленный в него соосно меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы большим сферическим основанием вниз бочкообразный ролик и связан с приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси с угловой скоростьюс одновременным качательным движением при повороте симметрично ей в плоскости симметрии ярма вокруг расположенной в центре кривизны сферического торца ролика оси с максимальной угловой скоростью к, при этом отношение максимальной угловой скорости качания ролика симметрично вертикальной оси 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 собственной осиравно к 0,100,1520255560,а нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси плоскости симметрии кольцевую, прямоугольную по ее меньшему диаметру выемку шириной 45 мм, глубиной 45 мм и расположенные симметрично ей аналогичные кольцевые выемки такой же ширины и минимальной глубины, причем расстояние между ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска выемок составляет 710 мм, а торцевые края нижнего ведущего диска, примыкающие к крайним выемкам, выполнены цилиндрической формы по максимальным диаметрам боковых стенок крайних выемок, отличающийся тем, что кромка нижнего ведущего диска в радиальном сечении, проходящем через плоскость симметрии ярма, выполнена симметрично вертикальной оси симметрии этого сечения нижнего ведущего диска в виде гипоциклоиды, уравнение которой имеет видотносительно находящихся в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении осей координат с началом в точке , расположенной по оси симметрии сечения нижнего ведущего диска плоскостью симметрии ярма на расстоянии вниз от сферического торца конического ролика, равном 2, причем ось ординатнаправлена вертикально вверх, а ось абсцисснаправлена перпендикулярно ей в сторону сплошной вертикальной части ярма,где- расстояние по оси вращения и симметрии ролика от его большого сферического торцевого основания до начала осей координат- радиус малой окружности, катящейся без скольжения- радиус большой окружности с центром в начале координат , по внутренней стороне которой осуществляется процесс качения малой окружности радиусомв обе стороны от его начального положения, при котором центр этой окружности находится внутри большой окружности в верхнем положении и ее нижняя точка, описывающая при качении окружности в обе стороны гипоциклоиду, находится на оси симметрии сечения нижнего ведущего диска плоскостью симметрии ярма 0,4 - модуль гипоциклоиды- зазор между большим сферическим торцевым основанием ролика и кромкой цилиндрического стакана верхнего прижимного диска, измеренный по оси вращения ролика,равный 23 мм.- параметрический угол поворота малой окружности относительно ее центра.(56) 1. А.с. СССР 1030147, МПК В 24 В 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. Патент на полезную модель РБ 7352, МПК 24 31/00, 2011. 6. Патент на изобретение Российской Федерации 2107110 1, МПК 22 38/60, 01 1/14. 7. Воднев В.Т., Наумович А.Ф., Наумович Н.Ф. Основные математические формулы. Минск Вышэйшая школа, 1980. - С. 181-182. 8. Дружинин Н. С. Курс черчения. - М. Машиностроение, 1964. - С. 100. Полезная модель относится к чистовой обработке изделий ферроабразивным 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 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 бочкообразных роликов роликовых упорных сферических одинарных подшипников, например, номер 9039428 и 9039434 2, 3, 4. Известен 5 станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов 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 вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростьюи имеет толщину, равную удвоенной длинеролика, и торец в радиальном сечении, выполненный по вогнутой окружности радиусом 25(22)0,52/25(22)0,5,где- радиус вогнутой поверхности торца в радиальном сечении, - половина толщины нижнего диска, равная длине конического ролика, - радиус сферы сферического торца конического ролика,причем верхний прижимной диск выполнен в виде патрона с нижним отверстием под установленный в него соосно меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы большим сферическим основанием вниз бочкообразный ролик и связан с приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси с угловой скоростьюс одновременным качательным движением при повороте симметрично ей в плоскости симметрии ярма вокруг расположенной в центре кривизны сферического торца ролика оси с максимальной угловой скоростью к, при этом отношение максимальной уг 3 85332012.08.30 ловой скорости качания ролика симметрично вертикальной оси 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 собственной осиравно к 0,100,1520255560,а нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси плоскости симметрии кольцевую, прямоугольную по ее меньшему диаметру выемку шириной 45 мм, глубиной 45 мм и расположенные симметрично ей аналогичные кольцевые выемки такой же ширины и минимальной глубины, причем расстояние между ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска выемок составляет 710 мм, а торцевые края нижнего ведущего диска, примыкающие к крайним выемкам, выполнены цилиндрической формы по максимальным диаметрам боковых стенок крайних выемок. Такое устройство не позволяет производить качественную и производительную магнитно-абразивную обработку поверхностей сферических торцов бочкообразных роликов роликовых упорных сферических одинарных подшипников, например, номер 9039428 и 9039434 2, 3, 4. Задачей, которую решает полезная модель, является повышение качества и производительности магнитно-абразивной обработки поверхностей сферических торцов бочкообразных роликов роликовых упорных сферических одинарных подшипников. Поставленная задача решается с помощью станка для магнитно-абразивной обработки сферических торцов 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 вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростьюи имеет толщину, равную удвоенной длинеролика, причем верхний прижимной диск выполнен в виде патрона с нижним отверстием под установленный в него соосно меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы большим сферическим основанием вниз бочкообразный ролик и связан с приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси с угловой скоростьюс одновременным качательным движением при повороте симметрично ей в плоскости симметрии ярма вокруг расположенной в центре кривизны сферического торца ролика оси с максимальной угловой скоростью к,при этом отношение максимальной угловой скорости качания ролика симметрично вертикальной оси 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 собственной осиравно к 0,100,1520255560,а нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси плоскости симметрии кольцевую, прямоугольную по ее меньшему диаметру выемку шириной 45 мм, глубиной 45 мм и расположенные симметрично ей аналогичные кольцевые выемки такой же ширины и минимальной глубины, причем расстояние между ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска выемок составляет 710 мм, а торцевые края нижнего ведущего диска, примыкающие к крайним выемкам, выполнены цилиндрической формы по максимальным диаметрам боковых стенок крайних выемок, где кромка нижнего ведущего диска в радиальном сечении проходящем через плоскость симметрии ярма, выполнена симметрично вертикальной оси симметрии этого сечения нижнего ведущего диска в виде гипоциклоиды, уравнение которой имеет вид 4 85332012.08.30относительно находящихся в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении осей координат с началом в точке , расположенной по оси симметрии сечения нижнего ведущего диска плоскостью симметрии ярма на расстоянии вниз от сферического торца конического ролика, равном 2, причем ось ординатнаправлена вертикально вверх, а ось абсцисснаправлена перпендикулярно ей в сторону сплошной вертикальной части ярма 2,где- расстояние по оси вращения и симметрии ролика от его большого сферического торцевого основания до начала осей координат- радиус малой окружности, катящейся без скольжения- радиус большой окружности с центром в начале координат , по внутренней стороне которой осуществляется процесс качения малой окружности радиусомв обе стороны от его начального положения, при котором центр этой окружности находится внутри большой окружности в верхнем положении и ее нижняя точка, описывающая при качении окружности в обе стороны гипоциклоиду, находится на оси симметрии сечения нижнего ведущего диска плоскостью симметрии ярма 0,4 - модуль гипоциклоиды- зазор между большим сферическим торцевым основанием ролика и кромкой цилиндрического стакана верхнего прижимного диска, измеренный по оси вращения ролика,равный 23 мм.- параметрический угол поворота малой окружности относительно ее центра. На фиг. 1 изображен общий вид станка на фиг. 2 - узелна фиг. 1. Станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов 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 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 , 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 вращательного движения вместе с вертикальной осью 10, с помощью находящихся в плоскости ярма 2,присоединенного к катушке 4 с помощью шарнира 15 стержня 16, и шарнирно присоеди 5 85332012.08.30 ненного к нему кривошипно-шатунного механизма 17 с электродвигателем (на фигурах 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 6. Толщина нижнего ведущего диска 5 равна 2- удвоенной длине бочкообразного ролика 8. Отношение максимальной угловой скорости качания 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 его осиравно к 0,100,1520255560 Нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси плоскости симметрии кольцевую, прямоугольную по ее меньшему диаметру выемку шириной 45 мм, глубиной 45 мм и расположенные симметрично ей аналогичные кольцевые выемки такой же ширины и минимальной глубины, причем расстояние между ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска выемок составляет 710 мм, а торцевые края нижнего ведущего диска, примыкающие к крайним выемкам, выполнены цилиндрической формы по максимальным диаметрам боковых стенок крайних выемок. Кромка нижнего ведущего диска в радиальном сечении, проходящем через плоскость симметрии ярма, выполнена симметрично вертикальной оси симметрии этого сечения нижнего ведущего диска в виде гипоциклоиды, уравнение которой имеет вид 7относительно находящихся в проходящем через плоскость симметрии ярма сечении осей координат с началом в точке , расположенной по оси симметрии сечения нижнего ведущего диска плоскостью симметрии ярма на расстоянии вниз от сферического торца конического ролика, равном 2, причем ось ординатнаправлена вертикально вверх, а ось абсцисснаправлена перпендикулярно ей в сторону сплошной вертикальной части ярма 2,гдерасстояние по оси вращения и симметрии ролика от его большого сферического торцевого основания до начала осей координат- радиус малой окружности катящейся без скольжения- радиус большой окружности с центром в начале координат , по внутренней стороне которой осуществляется процесс качения малой окружности радиусомв обе стороны от его начального положения, при котором центр этой окружности находится внутри большой окружности в верхнем положении и ее нижняя точка, описывающая при качении окружности в обе стороны гипоциклоиду, находится на оси симметрии сечения нижнего ведущего диска плоскостью симметрии ярма 0,4 - модуль гипоциклоиды- зазор между большим сферическим торцевым основанием ролика и кромкой цилиндрического стакана верхнего прижимного диска измеренный по оси вращения ролика равный 23 мм.- параметрический угол поворота малой окружности относительно ее центра. 6 85332012.08.30 Например, при размерах бочкообразного ролика роликового упорного сферического одинарного подшипника номер 9039428180 мм,72 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 12 мм и помещается ФАП (на фигуре 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 муфты 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 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 , равное к 0,100,1520255560,позволяет устранить неоднородность абразивного воздействия на торец 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 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. 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, в отличие от применяемого прерывистого и приводящего к веерообразной радиальной шероховатости с температурным ожогом в центре. Выполнение на нижнем ведущем диске вышеописанных кольцевых 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 детали с уменьшением его шероховатости и остаточных напряжений растяжения. При этом образуется поверхностный наклепанный слой, сопровождающийся увеличением долговечности детали при одновременном отсутствии необходимости повышения магнитной индукции, например, за счет увеличения электрического тока, что улучшает технико-экономические показатели МАО детали. Проведенные в БГАТУ исследования показали, что выполнение кромки нижнего ведущего диска в радиальном сечении, проходящем через плоскость симметрии ярма симметрично вертикальной оси симметрии этого сечения нижнего ведущего диска в виде гипоциклоиды, позволяет дополнительно повы 7 85332012.08.30 сить степень удержания частиц ферроабразивного порошка на рабочей поверхности полюсного наконечника вследствие сохранения постоянного зазора 8 между кромкой ведущего диска и обрабатываемой поверхностью торца ролика и оптимального распределения магнитного потока на этой рабочей поверхности, что позволяет повысить размерный и массовый съем материала и качество обработки поверхности сферической поверхности 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. 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. Выполнение кромки нижнего ведущего диска в радиальном сечении, проходящем через плоскость симметрии ярма в виде гипоциклоиды, позволяет дополнительно интенсифицировать процесс размерного и массового съема материала по причине образования кармана для дополнительного сбора стружки, увеличения количества порции ферроабразивного порошка и смазочно-охлаждающей жидкости в рабочей зоне и росту их подвижности, что позволяет снизить степень засаливания частиц ферроабразивного порошка и повысить эффективность резания. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8