Исследование точности шарикоподшипника на основе адекватного геометрического моделирования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.822.7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ШАРИКОПОДШИПНИКА НАОСНОВЕ АДЕКВАТНОГО ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

В В. Пупшарев. В. И. Глухов Омский государственный технический университет. ?. Омск. Рога/я

Аннотация - Проблемы качества и технологичности изготовления деталей шарикоподшипников является приоритетной задачей для промышленности, подходом к решению которой п важным фактором являются оптимизация томности, взаимосвязь необходимых допусков форм п расположении изделия, которые рассматриваются в комплексе создания геометрической модели реального шарикоподшипника, введения HH'popMiti нвносш кижлрукюрскил. Oiti и синем коор_1НН<и иидлли. В докладе предложено внести конструктивный допуск симметричности, повышающий точность н технологичность изготовления шарикоподшипника.

Отталкиваясь от геометрической модели при проектировании новой продукции, сводятся к минимуму ошибки при нормировании геометрических величин, выборе баз п их типа в конструкторской и технологической документации.

Ключевые сноса: метрологическое обеспечение, опоры качения, информативность баз. информативность систем координат.

I. Введение

Подшипники качения характеризуются высокой точеостью изготовления, производство которых является одним из основополагающих критериев определения уровня развития промышленности страны. Шарнкспод-шнпннкн используются уже более века, поэтому накоплен огромный опыт в области нх проектирования н применения. Вопрос повышения качества шгото&лени* в настоящее время является одеой из приоритетных задач д.га производителен н иоарсОигслей подшипников. Орнсншривань] на у совершена, вивакне технологии изготовления. поиск н применение новых материалов, методоз расчета, методов диагностики дефектов и т.д.

При рассмотрении требований стандарта [3] на допуски и размеры деталей подшипника и подшипников в сборе проявляются недочеты, связанные с нормированием оптимальной точности геомегрнче:кнх зеличин и сложностью пользования представленных описании: например, для описании допуска наружного диаметра представлено 11 различных характеристик. Даже среди специалистов по подшипникам качения нет четкой уверенности в правильности трактовок н применения данных допусков [2].

В последней редакции стандарта Г41 былс принято решение использовать обозначения из стандарта GPS «Геометрические характеристики изделий» для указания допусков подшипников качения (рис.1). Однако данные нововведения лакже не в полной мере удовлетворяют требованиям оптимального нормирования, а также

отсутствием необходимых характеристик, таких как симметричность профиля дорожки качения, мснтажная пшр1шпа подшншшка п т.д.. как п d ралией версии. Рис. 1. Однорядный радиальный шарикоподшипник 310. класс стандарта [2] для достижения точности нормальный - указание допусков в соответствии с высокого каче-стза продукции стандартом ISO 492:2014

0.008® 27 - Л

0,007 <jg)ACS

P OPS ^

Г

5

t

f 0.01 IК

/ |o.ott I к

/ o.ooelM

/ o.ooej к

t 0.005 H t 0.005 M

A-

_L 00,0045 0

_L 00.0045 E

)ACS

0,005 |D)ACS(SR;

t 0.011 IК

0.008 M

t 0,008 К

<D<D

(Т) = Н>®.МР@,02 <2>-П»@-Мр(Г),в2 (3>-РР®-МР@.01 (а> = П»(Х)-МР(Т:.О1

- тела качения должны бить в контакте с дорожками качения колец

П. Постановка задачи

Несмотря нз большое чисто исследовании, выполненных учеными разных стрги за многие годы, в области исследования нормирование точности геометрических величин шарикоподшипника существуют значительные недочеты и сводятся лишь к требованиям стандартов [3. 4]. ксторые не в полной мере решают проблему обеспечения оптимальной технологичности н точности изготовления продукции.

Таким образом, для достижения высокого качества продукции предлагается ввести з нормативно-техническую документацию: систему координат с информативностью осей, классификацию геометрических элементов, учёт служебного назначения элементов деталей, введение информативности основных и вспомогательных конструкторских баз. геометрические модели детален н сборочных единил.

Ш. Теория

Для достижения оптимальной точности н качества продукции рассмотрим шариковый радиальный однорядный подшипник, как наиболее распространенный, общин выпуск, которых составляет более 50% от всех выпускаемых типов подшипников промышленностью. Комплект основных и вспомогательных баз ограничивает соединяемые детали шести степенен свободы: три - линейных н три - угловых. При выпслненин данного условия система считается статически определимой.

Положение подшншшка спределяет тугое кольцо, тугое кольцо в данном случае пришло - внутреннее. Взаимодействие и ориентация в пространстве свободного кольца подпшпннка происходит посредством тел качения. котсрые расположены в дорожках качения. 'Задание положения профиля дорожек

качения непосредственно влияет на технологичность изготовления колец подшипника, монтажную ширину подшипника и долговечность работы подшипникового узла.

IV. Результаты исследований Положение оси дорожки качения в стандартах [3. 4] задано размером относительно базового торца. При данном способе существует необходимость выделения базового торца при обработке, а также в ориентации колец при обработке. Вместо параметра положения оси дорожки качения предлагается ввести допуск симметричности (рис. 2). Переход на задание допуска симметричности позволяет однозначно характеризовать положение дорожки качения относительно торцов кольца выраженного линейными погрешностями в ± Е2Л (рис. 3).

Для определения симметричности проведено измерение биения торцовнаружного кольца на контрольном приспособлении, тип П-11. Полученная разность значений биения торцов характеризует допуск симметричности торцов относительно дэрожкн (рис. 4).

Рис. 2. Свободное кольцо шарикоподшипник 310

Мнкхатр комплект Ьспжх/г<е/ъшх &и

хг

Л ."

—X С-.— у *

¿г7*

Уд

Ядхтд кснпюст хноЬнм

Рис. 3. Свободное кольцо шарикоподшипник. класс точности нормальный -геометрическая модель 310 класс точности нормальный

МММ 23

1 x x

x ■ ■ *

v ц 1'к 1 1 x

/ * x 4 ; x

1 х ' ж x

x > •v А ч ♦ • ■

| N * 1

1

-10

-13

♦ Ими»т ИМ

■ Иммрспл; (И?

А Иш^*»* I

X Ияютмие М*Ч

х им«с£гпяе мъ

) О 0 12 !0 1. >0 ю г. .0 % 2' «О ГО 3< ю к ю | м

Ч / ; ж .

Ч _ ♦ > N ♦ 1 / •

■

■ *

1

Рис. 4. Диаграмма несимметричности торцоь наружного кольпа подшипника качения

Тугое кольцо образует посадку с натягом с вращающейся деталью н ограничивает базами шесть степеней свободы: три - посредством базового торца; две за счет - цилиндра н одну за счет сил трения (рис. 5).

Рис. 5. Однорядный радиальный шарикоподшипник 310, класс точности нормальный

Свободное кольцо ограничивает пять степеней свсбоды: три - линейные н две - угловые. Свободным остается вращательное движение вокруг осе % (рис. 5), н его расположение должно нормироваться лятью отклонениями. Стандарт [7] декларирует только одно отклонение - радиальный зазор подшипника 6Г, который ограничивает кольцо двух поступательных смещение вдоль осей ХиУ выражены линейными погрешностями в ± ЕХЛ, в ± ЕУЛ (рис. 6). Поступательное смещение вдоль оси Z выражены линейной погрешностью в ± Е2Л (рис. 5) стандартами [3; 4] не нормируется допуском, несмотря на отклонение, осевой зазор Са который находится в эмпирической зависимости от радиального зазора вг.

глчг^ го

14 ■

12,5

V)

T.J

:w

ЙП

»

1?LI

iW

1ВД

310

170

jjaa

no

40

—Реальное отклонение u нцнш пвдш г п -hhj при смещении внутреннего пальца Реальийе йТЫЮпенне и нрнт пщш нп иик.1 при £г/£щ£Ннн наружного н^лыи

Рнс. 7. Отклонение реальной ширины шарикоподшипника в сборе

Стандарты [3. 4] не нормируют два угловых поворота в соединения свободного кольца относительно тугого вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений 90° ± AEK^G,0 ± АЕУ^ (рнс. 6) которые определяются допуском перпендикулярности наружного диаметра свободного кольца относительно базового торца тугого кольца подшипника (рнс. 5). Рассматривая допуск перпендикулярности наружного диаметра кольца стандарта [4] (рнс. 1) данный допуск устанавливает перпендикулярность относительно торцов свободного кольца, а не базового торца тугого кольца.

Отсутствие нормирования влияет на ширину подшипника в сборе b — ЕЪ (рнс. б) будет отличаться от ширины внутреннего кольцд н ог ширины наружного кольца (рнс. 7), но. в стандартах [3: 4] с равной шириной колец ширина подшипника в сборе не нормируется.

v. выводы и заключение

Основываясь на анализе геометрической модели конструкции изделия, возможно. выполнить системную взаимосвязь элементов н первичных погрешностей.

Модель дает возможность рассмотреть реальную деталь (рнс. 3, б) которая в значительной степени отличается стг номинального чертежа (рнс. 1, 3, 5).

Огталкнвдясь от геометрической модели при проектировании новой продукции сводятся к минимуму ошибки при нормировании геометрических величин, выборе баз и их типа в конструкторской н технологической документации, а также позволит разработать адекватную математическую модель для оценки работы подшипниковых узлов.

Список литературы

1. Glukhov V. I.Geometrical product specifications: Alternative standardization principles, coordinate systems, models, classification and verification H Dynamics of systems, mechanisms and machines (Dynamics): International Scientific and technical Conference. NOV 12-13.Omsk 2014. P. 1-9.

2. Wiesner H.ISO 193:2014 and ISO 492:2014 standards - complexity versus unanibiguitv П SKF Evolution 2015.No. l.C. 27-30.

3. ISO 492:2002 Rolling bearings. Radial bearings. Tolerances.

4. ISO 492:2014 Rolling hearings. Radial bearings. Geometrical product specifications (GPS) and tolerance values.

5. ISO 1101:2012 Geometrical product specifications (GPS). Geometrical tolerancing. Tolerances of form orientation. location and run-out.

6. ISO 5459:2011 Geometrical product specifications (GPS). Geometrical tolerancing. Datuins and datum systems.

7. ISO 5753-1:2009 Rolling bearings. Internal clearance .Part 1: Radial internal clearance for radial bearings.

Рис. б. Однорядный радиальный шарикоподшипник 310, класс точности нормальный - геометрическая модель