Właściwości konstrukcyjne łożysk stożkowych zapewniają im wyjątkowe zalety techniczne: mają one wysoką nośność promieniową porównywalną z łożyskami walcowymi i wytrzymują zarówno obciążenia promieniowe, jak i osiowe, tak jak łożyska kulkowe zwykłe; Walec może osiągnąć czyste toczenie, o niskim współczynniku tarcia, odpowiedni do warunków pracy przy dużych prędkościach. Dlatego łożyska stożkowe są szeroko stosowane w takich dziedzinach, jak samochody, obrabiarki, metalurgia, lotnictwo, kolejnictwo, maszyny inżynieryjne, maszyny rolnicze itp. i są drugim co do wielkości typem łożysk tocznych po łożyskach kulkowych zwykłych. Jednakże złożoność geometrii, mechaniki i kinematyki łożysk stożkowych również utrudnia ich produkcję. Konieczne jest ścisłe kontrolowanie dokładności obróbki głównych części, takich jak pierścień, zwłaszcza wałka stożkowego, w przeciwnym razie poważnie wpłynie to na realizację jego funkcjonalnego zastosowania i wydajności.
1 Stan normalizacji rolek stożkowych
Rolka stożkowa jest najtrudniejsza w obróbce w elemencie tocznym łożysk (rysunek 1), a jej kształt geometryczny jest bardziej złożony niż w przypadku kulki, rolki cylindrycznej i rolki igiełkowej; Wymagania dotyczące dokładności są wyższe niż w przypadku rolek sferycznych. Dlatego rolki stożkowe są najbardziej typowym reprezentatywnym produktem elementów tocznych, zwłaszcza rolek.
Ze względu na trudności w ujednoliceniu wewnętrznych parametrów konstrukcyjnych łożysk stożkowych w różnych przedsiębiorstwach poziom standaryzacji rolek stożkowych jest stosunkowo niski. W przeciwieństwie do walców cylindrycznych i igiełkowych, w których obowiązują już międzynarodowe i krajowe standardy dotyczące specyfikacji rozmiarów, trudno jest zorganizować produkcję masową. Jednocześnie każdy typ walca wymaga dużych nakładów finansowych na robociznę, karty, ilości i formy, co znacznie utrudnia jego postęp technologiczny.
Chiny są obecnie jedynym krajem na świecie, który specjalnie sformułował standardy branżowe dotyczące rolek stożkowych (Japonia wymienia jedynie proste treści jako odniesienie w załączniku JIS B1506:20{{12} }5 rolek łożysk tocznych). Jednakże w normie branżowej JB/T 10235-2001 „Warunki techniczne dla rolek stożkowych łożysk tocznych” określono jedynie odpowiednie tolerancje, wymagania techniczne i inne treści, a parametry specyfikacji wymiarowej Dw × Lw × 2 nie są zaangażowany φ, jak pokazano na rysunku 2. Wśród nich poziom tolerancji rolek stożkowych jest podzielony na 4 poziomy, mianowicie 0, I, II i III, z rankingiem dokładności od wysokiego do niskiego. Zgodnie z ogólną zasadą dopasowania, rolki poziomu 0 są odpowiednie dla łożysk poziomu 2, rolki poziomu I są odpowiednie dla łożysk poziomu 4, rolki poziomu II są odpowiednie dla łożysk poziomu 5 i 6, a rolki poziomu III są używane głównie dla poziomu 0 namiar. Rolki o wysokiej precyzji są stosowane głównie w łożyskach w niektórych dziedzinach, takich jak obrabiarki i koleje dużych prędkości, takich jak łożyska wrzecion wytaczarek współrzędnościowych, które wymagają klasy 2.
Rysunek 2 Główne parametry wymiarowe rolek stożkowych
Chociaż za granicą nie istnieją żadne standardy krajowe ani branżowe, wiele znanych firm produkujących łożyska i profesjonalnych producentów rolek ustanowiło standardy wewnętrzne. Niektóre standardy korporacyjne mają bardzo szeroki wpływ, nie tylko odgrywając dobrą rolę regulacyjną w technologii i produkcji rolek stożkowych, ale także promując komercjalizację rolek stożkowych wśród przedsiębiorstw, a nawet na arenie międzynarodowej. Wśród nich brytyjskie łożyska stożkowe, na czele których stoi firma Timken w Stanach Zjednoczonych, określiły specyfikacje rozmiarów rolek stożkowych. Specyfikacja jednego rozmiaru rolki może być wymieniana i stosowana w wielu modelach łożysk, aby w jak największym stopniu osiągnąć produkcję masową.
2 Elementy testowe dla rolek stożkowych
Trudność obróbki rolek stożkowych znajduje również odzwierciedlenie w fakcie, że elementy wymagające kontroli i przeglądu są najczęściej spotykane wśród elementów tocznych.
Elementy testowe dotyczące błędów rozmiaru i położenia wałków stożkowych w chińskim przemyśle łożyskowym obejmują zazwyczaj 7 elementów: średnica, zmienność średnicy, długość, kąt stożka, okrągłość, bicie dużego końca rolki do powierzchni stożkowej, kształt konturu powierzchni rolki, a także chropowatość powierzchni, wygląd (pęknięcia itp.), jakość obróbki cieplnej (np. twardość), magnetyzm szczątkowy itp. Jednak niektóre zagraniczne firmy produkujące łożyska mają znacznie więcej powiązanych projektów testowych. Biorąc za przykład firmę A za granicę, przetestowała ona ponad 20 produktów pod kątem błędów rozmiaru i położenia gotowych rolek stożkowych; Schemat ideowy projektu wykrywania błędów kształtu i położenia rolek stożkowych przez zagraniczną firmę B przedstawiono na rysunku 3. Tylko dla projektu falistości bada się 8 wskaźników na powierzchni tocznej i powierzchni podstawy kulki, z podziałem na niską częstotliwość i wysoką częstotliwość , promieniowe i obwodowe.
Rysunek 3: Elementy kontroli błędów kształtu i położenia rolek stożkowych przez zagraniczną firmę B
3 Wymagania dotyczące właściwości powierzchni roboczych rolek stożkowych
Przy projektowaniu i przetwarzaniu rolek stożkowych najważniejszą kwestią są wymagania dotyczące właściwości ich powierzchni roboczej, a mianowicie wypukłości rolek i kulistej powierzchni podstawy.
3.1 Wypukłość walca
Z metody obliczania podstawowych parametrów użytkowych „podstawowego znamionowego obciążenia dynamicznego i trwałości znamionowej” łożysk obowiązuje warunek, że „rozkład naprężeń na styku rolki z bieżnią powinien być równomierny”. Aby zapewnić ten stan, oprócz bieżni wewnętrznej i zewnętrznej, które można modyfikować na wypukłe, najczęstszą praktyką jest posiadanie wypukłości na powierzchni tocznej rolki. Zwłaszcza gdy wymagany występ jest niewielki, bieżnię można obrobić po liniach prostych. Aby ograniczyć procesy i zaoszczędzić koszty, na walcu obrabiany jest jedynie występ.
Powszechnie stosowane wypukłe kształty rolek obejmują pełny łuk, linię korekcji łuku i krzywą logarytmiczną. Porównanie rozkładu naprężeń kontaktowych, jakie tworzą się pod niewielkimi i dużymi obciążeniami, z rolkami o linii prostej (na przykładzie rolek cylindrycznych) pokazano na rysunku 4. Można zauważyć, że najbardziej idealny rozkład naprężeń kontaktowych ma rolka wypukła o krzywej logarytmicznej .
Z uwagi na fakt, że wypukłość wałeczka jest przede wszystkim środkiem mającym na celu poprawę rozkładu naprężeń kontaktowych pomiędzy wałeczkiem a bieżnią, czyli zwiększenie nośności łożyska, nie zawsze jest tak, że wałeczek musi mieć wypukłość, gdy łożysko jest stosowany w przypadku niższych warunków obciążenia lub inne wymagania użytkowe są ważniejsze. Wybór kształtu wypukłości powinien być również oparty na różnych wymaganiach użytkowych, zwłaszcza możliwościach realizacji procesu.
(1) Do zastosowań takich jak niewielkie obciążenia, stabilna praca i niski poziom hałasu zaleca się stosowanie prostych rolek gładkich.
(2) Ze względu na to, że w obróbce wypukłości wałeczkowej najłatwiej jest zapewnić kształt wypukłości pełnego łuku (trudno liniom korekcji łuku uzyskać płynne przejście na przecięciu odcinków łuku i odcinków prostych; trudne są także krzywe logarytmiczne aby osiągnąć nieskończoność na powierzchni czołowej), wiele znanych firm zagranicznych stosuje wypukłość pełnego łuku dla rolek (w tym stożków i cylindrów) w zastosowaniach ogólnych.
Rysunek 4 Kształt wypukłości rolki i rozkład naprężeń kontaktowych
Wypukły kształt linii korekcji łuku to wybór „rodzaju korekcji”, który mieści się pomiędzy wypukłym kształtem pełnego łuku a krzywą logarytmiczną, o szerszym zastosowaniu. W przypadku wyboru prostych odcinków jest to zazwyczaj 50% do 70% efektywnej długości rolki. Na przykład japońska firma dzieli rolki wypukłości linii korekcji łuku na dwa typy: typ standardowy (odcinek prosty stanowi 60%) i typ ulepszony (odcinek prosty stanowi 50%). Wśród nich ulepszony wałek lepiej dostosowuje się do obciążeń mimośrodowych.
Linie korekcji łuku i wypukłość krzywej logarytmicznej są teoretycznie lepsze od linii prostych i wypukłości pełnego łuku, ale są trudniejsze w obróbce. Jeśli rzeczywisty błąd kształtu obróbki jest zbyt duży, w punkcie błędu zostaną wygenerowane pojedyncze punkty rozkładu naprężeń stykowych, które zamiast tego staną się słabym ogniwem powodującym wystąpienie zmęczenia, zużycia i innych zjawisk awarii. Wypukły wałek linii korekcji łuku przedsiębiorstwa krajowego, jak pokazano na rysunku 5, nie osiągnął płynnego przejścia na przecięciu łuku i odcinka prostego, co skutkowało uszkodzeniem łuszczenia zmęczeniowego. Zmierzoną wypukłość krzywej logarytmicznej walca stożkowego znanej zagranicznej firmy przedstawiono na rysunku 6, co świadczy o tym, że osiągnął on wysoki poziom obróbki.
Rysunek 5 Przykład zniszczenia zmęczeniowego rolki wypukłej z linią korekcji łuku
Rysunek 6 Pomiar wypukłości krzywej logarytmicznej walca stożkowego znanej firmy zagranicznej
Zgodnie z analizą sił charakteryzującą konstrukcję łożysk stożkowych, kształt styku pomiędzy rolką a bieżnią pokazano na rysunku 7. Ponieważ naprężenie stykowe na małym końcu rolki jest nieco większe niż na dużym końcu, wypukły kształt powinien być asymetryczny, to znaczy wypukłość na małym końcu powinna być większa niż na dużym końcu. W rzeczywistej produkcji dla wygody często stosuje się obróbkę symetryczną. Niezależnie od tego, czy chodzi o pełny łuk, linię korekcji łuku, czy wypukłość krzywej logarytmicznej, można zastosować metodę lekkiego przesuwania się w kierunku większego końca przy efektywnym środku długości rolki jako początku współrzędnych, aby uzyskać różne miary wypukłości na obu końcach wałek.
Rysunek 7 Kształt styku stożkowego wałka
(6) Metoda obróbki wypukłości. Zwykłe rolki zazwyczaj wykorzystują szlifowanie jako obróbkę końcową, podczas gdy rolki o wysokiej precyzji powinny stosować obróbkę ultra precyzyjną jako obróbkę końcową (jeśli wypukłość jest mała, na przykład poniżej 0.005 mm, można zastosować bezpośrednią obróbkę ultraprecyzyjną ; jeśli wypukłość jest duża, można ją „najpierw zeszlifować, a następnie przekroczyć”).
(7) Po obróbce walca z wypukłością błąd okrągłości części wypukłej ogólnie się pogarsza. W przypadku stosowania w łożyskach o niskim poziomie hałasu należy kontrolować błąd okrągłości wypukłej części rolki.
3.2 Powierzchnia podstawy kulki
Gdy łożysko stożkowe pracuje, stan siły wałka stożkowego pokazano na rysunku 8, co oznacza, że duża powierzchnia czołowa rolki będzie w naturalny sposób opierać się o dużą krawędź pierścienia wewnętrznego ze względu na działanie bieżni i kąt stożka rolki. Dlatego duża powierzchnia czołowa walca jest także kolejną ważną powierzchnią roboczą walca stożkowego. Ruch pomiędzy dużą powierzchnią czołową rolki a dużą krawędzią pierścienia wewnętrznego ma charakter ślizgowy. Aby zapewnić skuteczne smarowanie w stosunkowo niesprzyjających warunkach ruchu, duża krawędź pierścienia wewnętrznego jest zwykle zaprojektowana jako powierzchnia kulista, nachylona lub lekko wypukła. Po badaniach eksperymentalnych i porównaniach na różnych typach powierzchni, takich jak powierzchnie kuliste, nachylone i stożkowe, powierzchnie kuliste są w zasadzie najlepszym wyborem dla dużej powierzchni czołowej rolki. Dlatego też duża powierzchnia czołowa rolek stożkowych jest powszechnie określana jako „kulista powierzchnia podstawy”.
Rysunek 8 Stan siły rolek stożkowych
Promień kulistej podstawy przyjmuje się zwykle jako {{0}},95 (lub 0,96) długości wierzchołka stożka. W tym momencie kształt punktu styku jest elipsą, która pomaga w utworzeniu elastycznego, płynnego, dynamicznego filmu olejowego smarującego i ma mniejsze naprężenia kontaktowe i lepszą zdolność zapobiegania skośności. Niektóre firmy zagraniczne, w celu dostosowania się do różnych warunków użytkowania, mają szerszy zakres wartości promienia kulistej podstawy i mogą przyjąć nawet 0,75-0,96 długości wierzchołka stożka.
Końcową obróbką powierzchni podstawy kuli jest szlifowanie, więc chropowatość powierzchni jest trudna do osiągnięcia poziomu ultra precyzji, takiej jak powierzchnia średnicy. Przy zastosowaniu kombinowanej ściernicy żywicznej do szlifowania przelotowego chropowatość powierzchni Ra może osiągnąć {{0}}.125 μ Poniżej m, najlepszy poziom może osiągnąć 0,08 μ Około m.
4 Problemy i rozwiązania rolek stożkowych w Chinach
Ze względu na stosunkowo wsteczny sprzęt i technologię przetwarzania większość przedsiębiorstw w Chinach nadal opiera się na pojedynczych maszynach lub prostych liniach produkcyjnych. Istnieje wiele procesów, a wiele ogniw jest obsługiwanych głównie ręcznie, co skutkuje dużymi różnicami w dokładności przetwarzania i słabą stabilnością jakości produktu. Dlatego też zawsze utrzymywały się na stosunkowo niskim poziomie. Masowo produkowane mogą być wyłącznie walce klasy III; Część z nich może produkować walce II stopnia; Walce klasy I i klasy 0 zasadniczo nie są w stanie wytwarzać stabilnie. Do głównych problemów, które istnieją, należą: zmienność średnicy i chropowatość powierzchni stożkowych, błąd kąta stożka, zmienność długości, błąd okrągłości, kształt wypukłości (dopasowanie krzywej logarytmicznej do wypukłości, płynne przejście linii korekcji łuku wypukłości), bicie powierzchni podstawy kuli i powierzchnia chropowatość, rozmiar powierzchni nieroboczej i błąd położenia itp. Biorąc za przykład chropowatość powierzchni, błąd okrągłości i błąd kąta stożka okrągłych powierzchni stożkowych, zaawansowane poziomy za granicą to Ra0.06-0. 16, odpowiednio µm. 0,8 μM (nawet do 0.3) μ Około m), ± 1 μm. W Chinach Ra wynosi zazwyczaj od {{1{12}}}},1 do 0,25, 1,5, ± 2 μM. Wraz z rozwojem technologii w ostatnich latach nastąpiła znaczna poprawa zmienności średnicy i chropowatości powierzchni powierzchnie stożkowe i bicie powierzchni podstawy kulki. Jednakże nadal istnieją znaczne luki w kształcie wypukłości, chropowatości powierzchni kulistych powierzchni bazowych, błędzie kąta stożka i jakości powierzchni roboczej.
Aby rozwiązać wspomniane powyżej problemy związane z błędami wielkości i położenia, należy najpierw zastosować zaawansowany sprzęt do przetwarzania, a obecnie obserwuje się obiecujący trend rozwojowy.
(1) Niektóre przedsiębiorstwa wprowadziły sprzęt do przetwarzania o międzynarodowym poziomie zaawansowania, jak np. wprowadzenie szybkich maszyn do spęczania na zimno z podwójnym kliknięciem firmy Sakamura w Japonii do wałów dachówkowych; Wazhi i Luoyang LYC wprowadziły na rynek szlifierki do średnicy zewnętrznej i podstawy kulowej niemieckiej firmy Modler. Wprowadzenie tych urządzeń nie tylko wnosi zaawansowaną technologię, ale także znacznie zmienia tradycyjną koncepcję produkcji rolek stożkowych.
(2) Puyang Beiying opracował najbardziej zaawansowaną, w pełni zautomatyzowaną linię produkcyjną do szlifowania walców stożkowych w Chinach, która realizuje takie funkcje, jak automatyczny załadunek i rozładunek, przenoszenie, pomiary, kompensacja itp., zasadniczo eliminując operacje ręczne, osiągając dokładność przetwarzania klasy I wypoziomuj wałek i unikaj zarysowań na powierzchni wałka; Precyzyjna szlifierka bezkłowa do walców stożkowych opracowana przez Xinxiang Risheng może spełniać wymagania walców klasy II z dokładnością obróbki.
(3) Polerka opracowana przez Dalian Longzhenga może zmniejszyć chropowatość powierzchni rolek o 1-2 poziomów i znacznie poprawić jakość wyglądu, wykonując obróbkę polerską po szlifowaniu walców lub ultraprecyzyjnie. Jej maszyna do polerowania jest używana nie tylko w krajowych przedsiębiorstwach zajmujących się łożyskami, ale została również zakupiona i używana przez zagraniczne przedsiębiorstwa łożyskowe, takie jak Timken i Schaeffler.
Ponadto, w odpowiedzi na krótką żywotność łożysk stożkowych i awarię rolek stożkowych, głównym czynnikiem, oprócz stosowania rolek wypukłych, zwłaszcza rolek wypukłych o krzywej logarytmicznej, są wysokiej jakości surowce (takie jak próżnia o wysokiej czystości należy wybrać stal odgazowaną lub stal do przetapiania elektrożużlowego), wysokiej jakości powierzchnie ciągnione na zimno srebrne jasne materiały (takie jak materiały łuszczone, materiały polerowane) oraz zaawansowane technologie obróbki cieplnej (takie jak atmosfera ochronna lub atmosfera kontrolowana). Jest to najważniejszy warunek pozwalający uniknąć przedwczesnej awarii rolek stożkowych i mieć wpływ na żywotność łożysk stożkowych.
5 Produkcja rolek precyzyjnych
Rolki stożkowe o wysokiej precyzji to zazwyczaj rolki o małych rozmiarach. Biorąc za przykład średnicę walca Dw mniejszą lub równą 25 mm, do produkcji walców o wysokiej precyzji gatunku 0 i I, ogólnie należy stosować następujący sprzęt do przetwarzania, technologię procesu i zaawansowane koncepcje.
(1) Do formowania zgrubnego wykorzystuje się szybką maszynę do spęczania na zimno z podwójnym kliknięciem, ze srebrnym jasnym materiałem, formowaniem zamkniętym, mniejszą liczbą pasów pierścieniowych, małymi rezerwami i może zapewnić wymagania dotyczące tolerancji wymiarowej i położenia powierzchni niepracujących, takich jak wklęsłe wgłębienia na powierzchnia podstawy kulki, małe powierzchnie czołowe (bez szlifowania), fazowania itp., które nie będą w przyszłości obrabiane.
(2) W procesie szlifowania wykorzystuje się obrabiarki CNC z 2-3 cyklami obróbki oraz konwencjonalne odpuszczanie wtórne, obróbkę na zimno, dodatkowe odpuszczanie, obróbkę starzeniową i inne środki w celu poprawy struktury i stabilności wymiarowej rolek.
(3) Powierzchnia stożka walca musi przyjąć ultraprecyzyjną obróbkę końcową, aby osiągnąć wymagany niski poziom chropowatości powierzchni i poprawić warunki jakości, takie jak okrągłość, falistość i warstwa pogarszająca się podczas szlifowania.
(4) Mała powierzchnia czołowa walca jest obrabiana przez szlifowanie. Aby zapewnić płynny ruch precyzyjnych łożysk stożkowych i zapobiec przechylaniu się rolek, mała krawędź osłony pierścienia wewnętrznego jest również szlifowana, aby kontrolować zmienność wymiarów bieżni pierścienia wewnętrznego. Należy również bezwzględnie przestrzegać odpowiedniego zróżnicowania długości rolek, dlatego też mała powierzchnia czołowa uformowana przez kucie na zimno również musi zostać oszlifowana.
(5) Metody pomiarowe opierają się głównie na precyzyjnym pomiarze przyrządów. W przypadku głównych elementów i parametrów błędów wymiarowych i pozycyjnych przyjmuje się pomiar precyzji przyrządu (w tym pomiar online); W przypadku powierzchni nieroboczych, takich jak wnęki i skosy, tradycyjne pomiary jakościowe, takie jak szablony, należy również zastąpić pomiarami ilościowymi, takimi jak rzutniki współrzędnych i profilery powierzchni. Na przykład w przypadku rolek precyzyjnych stosowanych w polach o dużej prędkości, jeśli skosy nie są spójne lub współosiowość rowków nie jest dobra, walec będzie doświadczał gwałtownych wahań siły odśrodkowej podczas ruchu z powodu braku równowagi masy, co prowadzi do takich zjawisk jak przechylenie rolki.
(6) Kontrolę pęknięć należy kontrolować wieloma metodami. Ze względu na fakt, że surowce na rolki i następujące po nich procesy, takie jak ciągnienie na zimno drutu stalowego, formowanie na zimno i szlifowanie, są podatne na powstawanie pęknięć i innych wad, jest to najczęstszy problem jakościowy w obróbce walców. Dlatego należy stosować różne metody kontroli, takie jak mycie kwasem, prądy wirowe i proszek magnetyczny, aby upewnić się, że rolki nie mają poważnych wad, takich jak pęknięcia.
(7) Podczas sortowania rolkowego należy priorytetowo traktować wykorzystanie „grupowania segmentów kart” w trybie online, aby w jak największym stopniu zachować spójność wielkości i dokładność pozycjonowania partii rolek, aby spełnić wymogi „losowego montażu” łożysk stożkowych.
(8) Środowisko przetwarzania i testowania należy mierzyć w laboratorium. Proces obróbki precyzyjnej i środowisko testowe powinny spełniać wymagania „pomieszczenia pomiarowego”, w którym panują takie warunki, jak stała temperatura, wilgotność, czystość i izolacja drgań, aby zminimalizować wpływ czynników środowiskowych na obrabiarkę, przedmiot obrabiany i sprzęt testujący , w celu zapewnienia względnej stabilności i spójności obróbki oraz dokładności pomiaru.
6 Wniosek
Rolki stożkowe są reprezentatywnym produktem o największej trudności obróbki wśród elementów tocznych łożysk. Aby wyprodukować wysokiej jakości rolki stożkowe, szczególnie precyzyjne rolki stożkowe, sprzęt do obróbki jest najwyższym priorytetem. Wiele zaawansowanych technologii procesowych można osiągnąć jedynie w oparciu o zaawansowany sprzęt do obróbki. Jednocześnie konieczne jest głębokie zrozumienie właściwości technicznych rolek stożkowych, posiadanie zaawansowanych pomysłów i koncepcji technicznych, aby na wyższym poziomie wyjaśnić kierunek postępu technologicznego rolek stożkowych. Uważa się, że wraz z wprowadzeniem sprzętu do przetwarzania z zagranicy oraz niezależnymi badaniami i rozwojem w Chinach jakość produktów i poziom techniczny rolek stożkowych z pewnością osiągną znaczący przełom w najbliższej przyszłości.
2024 3 kwietniaTydzień WBMZalecenie dotyczące produktu:
Rolka super wykańczająca:
Mamy 30 lat doświadczenia w projektowaniu i produkcji łożysk, elementów tocznych i przemysłu narzędziowego zgodnie z normami ISO9001 i IATF16949. Oprzyrządowanie do walcarek na zimno, tokarek i szlifierek zostanie wyprodukowane zgodnie z Twoimi wymaganiami.
