Секция –
Технические науки
Подсекция – 3
Кравцов М.К., Акимов В.Т., Акимов О.В.
Украинская инженерно-педагогическая
академия
Национальный технический университет «ХПИ»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СБОРКИ
УЗЛОВ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Существенным недостатком сборки с применением осевого усилия является
возможный относительный перекос сопряженных элементов, который влечет
за собой повреждение посадочных поверхностей (задиры, риски, вмятины).
Индукционный нагрев подшипников перед сборкой это одно из наиболее
прогрессивных направлений, поскольку обеспечивает повышенную прочность
соединения без повреждения посадочных поверхностей, улучшает культуру
сборочного производства и обеспечивает возможность комплексной механизации
процесса сборки.
Важным при этом является достижение
оптимальной величины температур (при сохранении физико-механических свойств
подшипниковой стали) нагрева внутреннего и наружного колец подшипника и
оптимального градиента температур (разности температур между кольцами),
обеспечивающих сборку соединения.
Исследования /1/ показали, что на изменение структуры и
физико-механических свойств подшипниковой стали оказывает влияние не только
температура, но и скорость нагрева, поскольку в случае кратковременности
нагрева структурные превращения в стали не
успевают произойти. Сокращение продолжительности нагрева за счет
увеличения его скорости является резервом повышения допустимой температуры
нагрева перед сборкой. При применении индукционно-тепловой сборки скорость
нагрева на индукционных установках достигает 200-230° С/мин. Исследование
влияния многократного индукционного нагрева на физико-механические свойства
закаленной и низкоотпущенной стали ШХ15 показало, что пятикратный индукционный
нагрев до 225°С, обеспечивающий необходимый сборочный зазор для проведения
свободной сборки подшипников с охватываемыми деталями, не изменяет твердости
подшипниковых колец.
Во избежание заклинивания тел качения и появления температурных
деформаций в элементах подшипников было бы желательно обеспечить одинаковый
нагрев внутреннего и наружного колец, однако вследствии различия геометрических
параметров кольца в индукционной установке нагреваются по разному. Как правило
внутреннее кольцо подшипника нагревается до более высокой температуры.
Экспериментальные данные о температуре нагрева
колец подшипников в процессе индукционного нагрева получены при
разработке и внедрении в промышленность индукционных нагревательных установок,
разработанных в Украинской инженерно-педагогической академии (г.Харьков) с 1960
года по настоящее время. Исследовано также влияние в отдельности основных
факторов (скорости нагрева, времени нагрева, величины радиального зазора при
нагреве в индукторе, массы подшипника и т.д.) на величину температуры колец и
градиент их температур.
Согласно исследованиям /1,2/, проведенным на универсальной установке
для индукционного нагрева подшипников:
-
абсолютные значения температур
колец находятся в зависимости от времени нагрева близкой к линейной, однако
скорость их нагрева различна;
-
скорость нагрева возрастает
пропорционально времени нагрева; у роликовых подшипников меньше, чем скорость
нагрева шарикоподшипников того же размера, так как последние имеют меньшую
массу;
-
скорости нагрева колец и градиент
температур зависят от массы подшипника, а также от радиального зазора между
сердечником индуктора и внутренним кольцом подшипника;
-
при увеличении радиального зазора
скорость нагрева несколько замедляется, а градиент температур возрастает;
-
при уменьшении диаметра сердечника
на 35-40% от диаметра внутреннего кольца температура колец уменьшается на 10%;
-
увеличение расстояния между нижним
торцом верхнего магнитопривода и верхним торцом подшипника сопровождалось
снижением скорости нагрева и увеличением перепада температур.
Для оценки взаимовлияния исследуемых факторов и их прогнозирования
может быть применен факторный анализ, целью которого является исследование
влияния отдельного фактора на тот или иной параметр (качество изделия,
процесса). При этом факторам придаются значения таким образом, чтобы на
основании эксперимента можно было математически выразить их влияние и сравнить
между собой, а также оценить их действие при различных случайных колебаниях.
Представим температуру нагрева внутреннего кольца подшипника Тв (или
градиент температур Δt), как некоторую линейную функцию исследуемых
факторов А, В, С и D:
(1)
При этом известны из эксперимента возможные значения исследуемых
факторов, которые обозначим через Аі, Ві, Сі и Dі.
Неизвестные коэффициенты а, в, с, d и е определяем по методу наименьших квадратов по
известним экспериментальным значением Твi (или Δti ) для достаточно большого числа сочетаний факторов Аі,
Ві, Сі и Dі из условий минимума среднего квадрата уклонения:
(2)
здесь: n – число сочетания факторов.
Беря частные производные от (2) по каждому из коэффициентов и
приравнивая их к нулю, получим систему уравнений, решая которую на ЭВМ (в
зависимости от количества исследуемых факторов), определим неизвестные
коэффициенты а, в, с, d , e и,
следовательно зависимость (1).
Знание функции (1) позволяет виявить
влияние исследуемых факторов на Тв или Δt, оценить степень влияния каждого фактора, т.е. значимость каждого
фактора, а также прогнозировать возможные значения Тв или Δt. Это позволит внести необходимые
изменения в конкретную конструкцию и разработать рациональную конструкцию
нагревателя.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Отчет (заключительный) о
научно-исследовательской работе по теме “Исследование высокопрочных соединений
с натягом и оптимизация параметров, обеспечивающих возможность создания
унифицированного нагревательного оборудования для сборки подшипниковых узлов”.
№ Гос.регистрации 01965002130 1998 г., Украина.
2.
М.К.Кравцов, О.В.Акимов,
В.Т.Акимов. Уточненный расчет деформаций подшипников качения при
индукционно-тепловой сборке подшипниковых узлов. Восточно-Европейский журнал
передовых технологий № 5/2 (17). 2005 - стр. 52-57.