Конструктивні характеристики конічних роликопідшипників надають їм унікальні технічні переваги: вони мають високу радіальну навантажувальну здатність, порівнянну з циліндричними роликопідшипниками, і можуть витримувати як радіальні, так і осьові навантаження, як радіальні кулькові підшипники; Ролик може досягати чистого кочення з низьким коефіцієнтом тертя, що підходить для високошвидкісних робочих умов. Таким чином, конічні роликові підшипники широко використовуються в таких галузях, як автомобілі, верстатобудування, металургія, авіація, залізниця, інженерне обладнання, сільськогосподарська техніка тощо, і є другим за величиною типом підшипників кочення після радіальних кулькових підшипників. Однак складність геометрії, механіки та кінематики конічних роликових підшипників також ускладнює їх виготовлення. Необхідно суворо контролювати точність обробки основних частин, таких як кільце, особливо конічний ролик, інакше це серйозно вплине на реалізацію його функціонального використання та продуктивність.
1 Статус стандартизації конічних роликів
Конічний ролик найбільш складний для обробки в тілі кочення підшипників (рис. 1), а його геометрична форма складніша, ніж у кулькового, циліндричного і голчастого роликів; Вимоги до точності вищі, ніж у сферичних роликів. Таким чином, конічні ролики є найбільш типовим репрезентативним продуктом у тілах кочення, особливо роликах.
Через складність уніфікації параметрів внутрішньої конструкції конічних роликових підшипників на різних підприємствах рівень стандартизації конічних роликів відносно низький. На відміну від циліндричних роликів і голчастих роликів, які вже мають міжнародні та національні стандарти розмірів, важко організувати масове виробництво. У той же час кожен тип роликів вимагає великих витрат на робочу силу, картки, кількість і форми, що значно перешкоджає його технологічному прогресу.
Наразі Китай є єдиною країною у світі, яка спеціально сформулювала промислові стандарти для конічних роликів (Японія вказує лише простий вміст як посилання в додатку JIS B1506:20{{12} }5 Ролики підшипників кочення). Однак у галузевому стандарті JB/T 10235-2001 "Технічні умови для конічних роликів підшипників кочення" вказано лише відповідні допуски, технічні вимоги та інший вміст, а параметри специфікації розмірів Dw × Lw × 2 не вказані. φ, як показано на малюнку 2. Серед них рівень допуску конічних роликів поділяється на 4 рівні, а саме 0, I, II та III, з рейтингом точності від високого до низького. Як загальний принцип узгодження, ролики з допуском рівня 0 підходять для підшипників з допуском рівня 2, ролики рівня I підходять для підшипників рівня 4, ролики рівня II підходять для підшипників рівня 5 і 6, а ролики рівня III в основному використовуються для рівня 0 підшипники. Високоточні ролики в основному використовуються для підшипників у деяких галузях, таких як верстатобудування та високошвидкісна залізниця, наприклад, підшипники шпинделя координатно-розточувальних верстатів, які вимагають класу 2.
Рисунок 2 Основні розмірні параметри конічних роликів
Хоча за кордоном немає національних або галузевих стандартів, багато відомих підшипникових компаній і професійних виробників роликів встановили внутрішні стандарти. Деякі корпоративні стандарти мають дуже широкий вплив, не лише відіграючи хорошу регуляторну роль у технології та виробництві конічних роликів, але й сприяючи комерціалізації конічних роликів серед підприємств і навіть на міжнародному рівні. Серед них британські конічні роликові підшипники на чолі з Timken у Сполучених Штатах вказали специфікації розмірів конічних роликів. Одну специфікацію розміру ролика можна замінити та використовувати для кількох моделей підшипників, щоб досягти максимально масового виробництва.
2 Випробування елементів для конічних роликів
Складність обробки конічних роликів виражається також у тому, що елементи, які потребують контролю та перевірки, є найбільш поширеними серед тіл кочення.
Об’єкти тестування розміру та похибки позиціонування конічних роликових виробів у підшипниковій промисловості Китаю зазвичай включають 7 елементів: діаметр, варіація діаметра, довжина, кут конуса, округлість, биття великого кінця ролика до конічної поверхні, форма контуру поверхні. ролика, а також шорсткість поверхні, зовнішній вигляд (тріщини тощо), якість термічної обробки (наприклад, твердість), залишковий магнетизм тощо. Але деякі іноземні підшипникові компанії мають набагато більше пов’язаних проектів тестування. Беручи за приклад компанію A за кордоном, вона перевірила понад 20 одиниць на розмір і позиційні похибки готових конічних роликів; Схематична діаграма проекту виявлення помилок форми та положення для конічних роликів іноземної компанії B показана на рисунку 3. Лише для проекту хвилястості тестуються 8 індикаторів на поверхні кочення та поверхні основи кулі, розділених на низькочастотні та високочастотні , радіальний і окружний.
Рисунок 3: Елементи перевірки на наявність помилок форми та положення конічних роликів іноземною компанією B
3 Вимоги до характеристик робочих поверхонь конічних роликів
При конструюванні та обробці конічних роликів найважливішим є вимоги до характеристик їх робочої поверхні, а саме опуклості роликів і сферичної базової поверхні.
3.1 Опуклість валика
З методу розрахунку основних параметрів ефективності «основне номінальне динамічне навантаження та номінальний термін служби» підшипників застосовна умова полягає в тому, що «розподіл напруги на контакті між роликом і доріжкою кочення має бути рівномірним». Щоб забезпечити цю умову, на додаток до внутрішньої та зовнішньої доріжок кочення, які можна змінити на опуклі, найпоширенішою практикою є наявність опуклості на поверхні кочення валика. Особливо коли необхідний виступ невеликий, доріжку кочення можна обробити за прямими лініями. Для скорочення процесів і економії коштів на ролику обробляється лише виступ.
Зазвичай використовувані опуклі форми роликів включають повну дугу, лінію корекції дуги та логарифмічну криву. Порівняння розподілу утворених ними контактних напружень при легких і великих навантаженнях з прямолінійними роликами (на прикладі циліндричних роликів) наведено на рис. 4. Видно, що найбільш ідеальний розподіл контактних напруг має логарифмічний опуклий ролик. .
У зв’язку з тим, що опуклість ролика в основному є заходом, який використовується для покращення розподілу контактних напруг між роликом і доріжкою кочення, тобто для підвищення навантажувальної здатності підшипника, не завжди має бути опуклість ролика, коли підшипник застосовується в умовах меншого навантаження або інші вимоги щодо використання важливіші. Вибір форми опуклості також повинен базуватися на різних вимогах використання, особливо на можливості реалізації процесу.
(1) Для таких застосувань, як легкі навантаження, стабільна робота та низький рівень шуму, доцільно використовувати прямі прості ролики.
(2) У зв’язку з тим, що при роликовій обробці опуклості найпростіше забезпечити форму повної дуги (лініями корекції дуги складно досягти плавного переходу на перетині дуги та прямолінійних відрізків; логарифмічні криві також складні). для досягнення нескінченності на торці), багато відомих іноземних компаній використовують повну опуклість дуги для роликів (включаючи конуси та циліндри) у загальних застосуваннях.
Малюнок 4. Форма опуклості ролика та розподіл контактних напруг
Опукла форма лінії корекції дуги – це вибір типу корекції, який знаходиться між опуклою формою повної дуги та логарифмічної кривої з ширшим застосуванням. Для вибору прямих сегментів зазвичай становить від 50% до 70% ефективної довжини ролика. Наприклад, японська компанія ділить валики для корекції лінії дуги на два типи: стандартний тип (прямий сегмент становить 60%) і вдосконалений тип (прямий сегмент становить 50%). Серед них покращений ролик краще адаптується до ексцентричних навантажень.
Лінії корекції дуги та опуклість логарифмічної кривої теоретично перевершують прямі лінії та опуклість повної дуги, але їх складніше обробити. Якщо фактична похибка форми обробки надто велика, у точці похибки будуть створені особливі точки розподілу контактних напруг, які замість цього стануть слабкою ланкою для виникнення втоми, зносу та інших явищ відмови. Опуклий ролик лінії корекції дуги вітчизняного підприємства, як показано на рисунку 5, не зміг досягти плавного переходу на перетині дуги та прямої ділянки, що призвело до руйнування втомного відшаровування. Виміряна опуклість логарифмічної кривої конічного ролика відомої іноземної компанії показана на малюнку 6, який показує, що він досяг високого рівня обробки.
Рисунок 5 Приклад втомного руйнування опуклого ролика з лінією корекції дуги
Рисунок 6 Вимірювання опуклості логарифмічної кривої конічного ролика відомої іноземної компанії
Відповідно до силового аналізу структурних характеристик конічних роликових підшипників, форма контакту між роликом і доріжкою кочення показана на малюнку 7. Оскільки контактне напруження на малому кінці ролика трохи вище, ніж на великому кінці, опукла форма повинна бути асиметричною, тобто опуклість на малому кінці повинна бути більшою, ніж на великому кінці. У реальному виробництві для зручності часто використовується симетрична обробка. Незалежно від того, чи йдеться про повну дугу, лінію корекції дуги чи опуклість логарифмічної кривої, можна застосувати метод невеликого переміщення до напрямку більшого кінця з центром ефективної довжини ролика як початком координат, щоб отримати різні показники опуклості на обох кінцях ролик.
Рисунок 7 Форма контакту конічного валика
(6) Метод обробки опуклості. Звичайні вальці зазвичай використовують шліфування як кінцеву обробку, тоді як високоточні валики повинні використовувати ультраточну обробку як кінцеву обробку (якщо опуклість невелика, наприклад, нижче 0.005 мм, можна використовувати пряму надточну обробку ; якщо опуклість велика, її можна "спочатку відшліфувати, а потім перевищити").
(7) Після обробки валика опуклістю помилка округлості частини опуклості загалом погіршується. Якщо використовується для підшипників з низьким рівнем шуму, необхідно контролювати похибку круглості опуклої частини ролика.
3.2 Основна поверхня роликової кулі
Коли конічний роликовий підшипник працює, силовий стан конічного ролика показано на малюнку 8, тобто велика торцева поверхня ролика природно спиратиметься на великий край внутрішнього кільця через вплив доріжки кочення та кут конуса ролика. Таким чином, велика торцева поверхня ролика також є ще однією важливою робочою поверхнею конічного ролика. Форма руху між великим торцем ролика і великим краєм внутрішнього кільця - ковзання. Щоб забезпечити ефективне змащування при відносно несприятливих умовах руху, великий край внутрішнього кільця зазвичай виконаний у вигляді сферичної, похилої або злегка опуклої поверхні. Після експериментальних досліджень і порівнянь на різних типах поверхонь, таких як сферичні, похилі та конічні поверхні, сферичні поверхні в основному є найкращим вибором для великого торця ролика. Тому великий торець конічних роликів зазвичай називають «сферичною базовою поверхнею».
Рисунок 8 Силовий стан конічних роликів
Радіус сферичної основи зазвичай приймається як {{0}}.95 (або 0.96) довжини вершини конуса. У цій точці форма точки контакту є еліпсом, який допомагає сформувати еластичну рідинно-динамічну мастильну плівку та має меншу контактну напругу та кращу здатність запобігати перекосу. Деякі іноземні компанії, щоб адаптуватися до різних умов використання, мають ширший діапазон значень радіуса сферичної основи і навіть можуть приймати 0.75-0.96 довжини вершини конуса.
Остаточна обробка поверхні основи кулі - це шліфування, тому шорсткість поверхні важко досягти рівня надточності, як поверхні діаметра. Використовуючи шліфувальний круг із комбінованої смоли для наскрізного шліфування, шорсткість поверхні Ra може досягати {{0}}.125 мкм. Нижче м найкращий рівень може досягати 0,08 мкм. Про м.
4 Проблеми та рішення конічних роликів у Китаї
Через відносно відстале обладнання та технологію обробки більшість підприємств у Китаї все ще покладаються на окремі машини або прості виробничі лінії. Існує багато процесів і багато ланок в основному керуються вручну, що призводить до великих відмінностей у точності обробки та низької стабільності якості продукції. Тому вони завжди були на відносно низькому рівні. Лише ролики класу III можна виробляти масово; Частина з них може виготовляти катки Grade II; Ролики класу I та класу 0 в основному не можуть працювати стабільно. Основні проблеми, які існують, включають: варіацію діаметра та шорсткість поверхні конічних поверхонь, похибку кута конуса, варіацію довжини, похибку округлості, форму опуклості (підгонка опуклості логарифмічної кривої, плавний перехід опуклості лінії коригування дуги), биття поверхні кульки та поверхні шорсткість, розмір неробочої поверхні та похибка позиціонування тощо. Взявши шорсткість поверхні, похибку округлості та похибку кута конуса круглих конічних поверхонь як приклад, просунутими рівнями за кордоном є Ra0.06-0. 16 відповідно μ м. 0.8 мкм (навіть до 0.3) мкм Приблизно м), ± 1 мкм. У Китаї Ra зазвичай становить від {{10}}.1 до 0,25, 1,5, ± 2 мкМ. З розвитком технологій за останні роки відбулися значні покращення у варіації діаметра, шорсткості поверхні конічні поверхні та біття поверхні кулькової основи. Однак все ще існують значні прогалини у формі опуклості, шорсткості поверхонь сферичних базових поверхонь, похибці кута конуса та якості неробочої поверхні.
Щоб вирішити проблеми, пов’язані з розміром і позиційними помилками, згаданими вище, спочатку слід використовувати сучасне обладнання для обробки, і в даний час існує багатообіцяюча тенденція розвитку.
(1) Деякі підприємства запровадили технологічне обладнання з міжнародним передовим рівнем, наприклад, запровадження високошвидкісних машин холодної висадки з подвійним клацанням від компанії Sakamura в Японії для плиткових валів; Wazhi та Luoyang LYC представили верстати для шліфування зовнішнього діаметра та основи кульки від німецької компанії Modler. Впровадження цих пристроїв не тільки приносить передову технологію, але й значно змінює традиційну концепцію виробництва конічних роликів.
(2) Puyang Beiying розробила найдосконалішу повністю автоматичну виробничу лінію для шліфування конічних роликів у Китаї, яка реалізує такі функції, як автоматичне завантаження та розвантаження, транспортування, вимірювання, компенсація тощо, в основному усуваючи ручні операції, досягаючи точності обробки класу I рівень валика, уникаючи подряпин на поверхні валика; Прецизійний безцентровий шліфувальний верстат із конічними роликами, розроблений Xinxiang Risheng, може відповідати вимогам до роликів класу II із точністю обробки.
(3) Машина для полірування, розроблена компанією Dalian Longzheng, може зменшити шорсткість поверхні роликів на рівні 1-2 і значно покращити якість зовнішнього вигляду, виконуючи полірувальну обробку після шліфування роликами або надточним. Його полірувальна машина використовується не тільки на вітчизняних підшипникових підприємствах, але також була придбана та використовується іноземними підшипниковими підприємствами, такими як Timken і Schaeffler.
Крім того, у відповідь на короткий термін служби конічних роликових підшипників і несправність конічних роликів є основним фактором, крім використання опуклих роликів, особливо опуклих роликів з логарифмічною кривою, високоякісної сировини (наприклад, високочистий вакуум дегазована сталь або сталь для електрошлакового переплаву), мають бути обрані високоякісні холоднотягнуті сріблясто-світлі матеріали (такі як очищені матеріали, поліровані матеріали) і передові технології термічної обробки (такі як захисна атмосфера або контрольована атмосфера). Це найважливіша передумова, щоб уникнути передчасного виходу з ладу конічних роликів і вплинути на термін служби конічних роликових підшипників.
5 Виготовлення високоточних роликів
Високоточні конічні ролики, як правило, є роликами малого розміру. Взявши, наприклад, діаметр ролика Dw менше або дорівнює 25 мм, для виготовлення високоточних роликів класу 0 і I зазвичай слід використовувати наступне обладнання для обробки, технологію процесу та передові концепції.
(1) Чорнове формування використовує високошвидкісну машину для холодної висадки з подвійним клацанням, із сріблястим блискучим матеріалом, закритим формуванням, меншою кількістю кільцевих ременів, невеликими резервами та може забезпечити вимоги до розмірів і позиційного допуску неробочих поверхонь, таких як увігнуті ямки на поверхня основи кулі, малі торці (не шліфовані), фаски тощо, які не будуть оброблятися в майбутньому.
(2) У процесі шліфування застосовуються верстати з ЧПК із 2-3 циклами обробки, а також застосовуються звичайні вторинні загартування, обробка холодом, додатковий загартування, обробка старінням та інші заходи для покращення структури та стабільності розмірів роликів.
(3) Поверхня конуса валика повинна використовувати надточність як кінцевий процес обробки для досягнення необхідного низького рівня шорсткості поверхні та покращення таких умов якості, як округлість, хвилястість і шар погіршення шліфування.
(4) Малий торець валика оброблений шліфуванням. Щоб забезпечити плавний рух високоточних конічних роликових підшипників і запобігти нахилу роликів, невеликий захисний край внутрішнього кільця також шліфується, щоб контролювати зміну розмірів доріжки кочення внутрішнього кільця. Відповідна варіація довжини роликів також повинна бути суворо необхідною, тому малий торець, сформований холодним куванням, також повинен бути відшліфований.
(5) Методи вимірювання в основному покладаються на вимірювання точності приладів. Для елементів і параметрів основних розмірних і позиційних похибок прийнято вимірювання точності приладу (включаючи онлайн-вимірювання); Для неробочих поверхонь, таких як порожнини та фаски, традиційні якісні вимірювання, такі як шаблони, також повинні бути перенесені на кількісні вимірювання, такі як координатні проектори та профілювачі поверхні. Наприклад, для прецизійних роликів, які використовуються у високошвидкісних полях, якщо фаски не є узгодженими або коаксіальність канавок є поганою, ролик зазнає сильних коливань відцентрової сили під час руху через дисбаланс маси, що призводить до таких явищ, як роликовий нахил.
(6) Перевірку тріщин слід контролювати кількома методами. Через те, що роликова сировина та подальші процеси, такі як холодне волочіння сталевого дроту, холодне формування та шліфування, схильні до утворення тріщин та інших дефектів, це найпоширеніша проблема якості при обробці роликів. Тому слід використовувати різні методи перевірки, такі як промивання кислотою, вихрові струми та магнітний порошок, щоб переконатися, що ролики не мають серйозних дефектів, таких як тріщини.
(7) Сортування роликів має надавати перевагу використанню «групування сегментів картки» в режимі онлайн, щоб максимально підтримувати узгодженість у розмірі та позиційній точності партій роликів, щоб відповідати вимогам «випадкового складання» конічних роликових підшипників.
(8) Середовище обробки та тестування має вимірюватися в лабораторії. Процес точної обробки та випробувальне середовище повинні відповідати вимогам «вимірювальної кімнати» з такими умовами, як постійна температура, вологість, чистота та віброізоляція, щоб мінімізувати вплив факторів навколишнього середовища на верстат, заготовку та випробувальне обладнання , щоб забезпечити відносну стабільність і послідовність обробки та точність вимірювань.
6 Висновок
Конічні ролики є репрезентативними продуктами з найвищою складністю обробки серед тіл кочення підшипників. Для виробництва високоякісних конічних роликів, особливо високоточних конічних роликів, обробне обладнання є головним пріоритетом. Багато передових технологічних процесів можна досягти, лише покладаючись на сучасне обробне обладнання. У той же час, необхідно мати глибоке розуміння технічних характеристик конічних роликів, володіти передовими технічними ідеями та концепціями, щоб з'ясувати напрямок технологічного прогресу конічних роликів на більш високому рівні. З впровадженням обладнання для обробки з-за кордону та незалежних досліджень і розробок, вважається, що якість продукції Китаю та технічний рівень конічних роликів безумовно досягнуть значних проривів у найближчому майбутньому.
2024 3 квітнятиждень WBMРекомендація щодо продукту:
Суперфінішний рулет:
Ми маємо 30-річний досвід у проектуванні та виробництві підшипників кочення та індустрії інструментів відповідно до стандартів ISO9001 та IATF16949. Інструменти для машин холодної висадки, токарних верстатів, шліфувальних верстатів виготовлятимуться відповідно до ваших вимог.
