close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7377

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7377
(13) C1
(19)
(46) 2005.09.30
(12)
7
(51) B 23P 11/02,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01L 1/22
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСХОДНОЙ ПРОЧНОСТИ ТЕПЛОВОЙ
НАПРЕССОВКИ КОЛЬЦА ПОДШИПНИКА НА ШЕЙКЕ ОСИ
КОЛЕСНОЙ ПАРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20010261
(22) 2001.03.20
(43) 2002.09.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный университет транспорта" (BY)
(72) Авторы: Чернин Игорь Леонидович;
Сенько Вениамин Иванович; Сенько Лариса Вениаминовна (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
университет транспорта" (BY)
(56) SU 1809292 A1, 1993.
SU 1656351 A1, 1991.
RU 2064855 C1, 1996.
SU 1406888 A1, 1995.
US 4600347, 1986.
DE 3629613 A1, 1988.
BY 7377 C1 2005.09.30
(57)
1. Способ контроля исходной прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на
шейке оси колесной пары, при котором на поверхности одного из контактирующих тел
размещают чувствительный элемент, воздействуют на эту поверхность механической нагрузкой со стороны другого тела, определяют механические напряжения и по напряженному состоянию деформируемого чувствительного элемента судят о величине исходной
прочности, отличающийся тем, что чувствительный элемент с размещенными на его поверхности тензорезисторами устанавливают коаксиально на наружную поверхность кольца
BY 7377 C1 2005.09.30
подшипника, измеряют на наружной поверхности чувствительного элемента нормальные
напряжения растяжения, вызываемые упругой радиальной деформацией напрессованного
кольца подшипника, регистрируют результаты измерений на ленте записывающего прибора по мере остывания кольца подшипника по месту посадки его на шейке оси, и с учетом полученных данных определяют контактное давление в сопряжении, по величине
которого судят об исходной прочности полученной поперечно-прессовой посадки на
сдвиг и проворачивание.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют нормальные напряжения растяжения на наружной поверхности чувствительного элемента в два этапа, на первом - измеряют величину нормальных напряжений растяжения, возникающих при совместном
нагреве кольца подшипника с измерительным элементом, и сравнивают с эталонными
значениями для заданной температуры, при этом выбирают для измерений не менее трех
точек, равномерно расположенных по наружной поверхности чувствительного элемента в
одном поперечном сечении, преимущественно в средней части по длине боковой поверхности кольца подшипника, а на втором этапе измеряют нормальные напряжения растяжения в тех же точках, создаваемые упругим расширением кольца подшипника от натяга
после остывания соединения с измерительным устройством до температуры производственного помещения.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину оценочных напряжений в чувствительном элементе, возникающих от наличия натяга в сформированном соединении кольца подшипника с шейкой оси, путем отсчета значений от
максимальной величины напряжений, вызванных нагревом кольца подшипника, до величины растягивающих напряжений на поверхности чувствительного элемента, создаваемых упругим расширением напрессованного на шейку оси кольца подшипника при его
остывании.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что тензорезисторы охлаждают при совместном нагревании чувствительного элемента с кольцом подшипника для создания монтажного зазора в формируемом соединении с гарантированным натягом.
5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после установки чувствительного элемента
на поверхность кольца подшипника перед их совместным нагревом чувствительный элемент нагружают гидростатическим давлением для балансировки измерительного моста
тензорезисторов.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что механическую нагрузку передают на чувствительный элемент, создавая гидростатическое давление жидкости, находящейся во внутренней герметично изолированной полости чувствительного элемента.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что чувствительный элемент устанавливают с минимальным зазором, соизмеримым с величиной радиальной деформации
наружной поверхности кольца от натяга в сформированном соединении.
8. Устройство для контроля исходной прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной пары, содержащее выполненный с возможностью коаксиальной установки вначале тепловой сборки на кольце подшипника чувствительный
элемент с установленными на нем тензорезисторами, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде втулки с выполненными на ее внутренней поверхности
цилиндрической проточкой, цилиндрическая и торцевые поверхности которой образуют
при размещении чувствительного элемента на кольце подшипника с поверхностью дорожки качения кольца подшипника внутреннюю герметически изолированную полость, а
на наружной цилиндрической поверхности замкнутой кольцевой полостью для циркуляции среды, охлаждающей установленные в кольцевой полости тензорезисторы.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что внутренняя герметически изолированная полость заполнена жидкой рабочей средой для передачи на стенки чувствительного
элемента гидростатического давления от радиальной деформации кольца подшипника при
создании натяга в соединении.
2
BY 7377 C1 2005.09.30
10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что внутренняя герметически изолированная полость соединена с источником давления жидкой среды и снабжена нормально открытым клапаном для связи с атмосферой во время заполнения жидкостью и
обратным клапаном для перекрытия подачи жидкости после достижения требуемой величины начального давления жидкой рабочей среды.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механосборочному
производству, в частности к области сборки с натягом деталей типа вал-втулка тепловым
способом (поперечно-прессовые соединения), и предназначено для оценки исходной
прочности сопряжения внутренних колец роликовых подшипников с шейками оси в процессе теплового формирования соединений буксовых узлов колесных пар вагонов.
Известен способ контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке осей
колесных пар, который заключается в определении перед сборкой разности величин диаметров посадочных поверхностей охватывающей и охватываемой деталей. Из-за дискретности контакта фактические давления на отдельных участках сопряженных поверхностей
могут отличаться. Поэтому указанный способ контроля не дает возможности получения
достаточно достоверных данных для оценки величины контактного давления в зоне сопряжения и напряженного состояния охватывающей детали, сопротивления посадки относительно сдвигу и проворачиванию под воздействием аксиальной и крутящей нагрузки в
эксплуатации [1].
Известен способ оценки прочности сопряжения тепловых посадок по величине контрольного аксиального усилия сдвига [2]. Указанный способ прямого контроля позволяет
с большей достоверностью оценивать несущую способность поперечно-прессовых посадок
теплового формирования по сравнению с косвенной оценкой по величине замеряемого
натяга перед формированием соединений типа вал-втулка. При увеличении сдвигающего
усилия упругое деформирование микропрофиля поверхностей деталей в зонах их действительного контакта нарушается, происходит микросмещение (в производственных условиях указанное смещение не фиксируется) за счет частичного среза микронеровностей
контактирующих поверхностей охватывающей и охватываемой деталей соединения. В
этом способе применение выходного контроля прочности сопряжения колесных пар теплового формирования осуществляют путем приложения контрольной сдвигающей нагрузки (200 кН) на гидравлическом прессе в течение 20 с. Дополнительно регистрируют
усилие начало взаимного смещения деталей при осевом нагpyжении, скручивающий момент в начале взаимного смещения деталей при радиальном нагружении, а в качестве параметров, характеризующих качество соединения, используют коэффициенты плотности
сопряжения деталей при осевом и радиальном нагружении (отношение величины усилия
или скручивающего момента начало смещения к аналогичным величинам выпрессовки).
Известен способ контроля прочности соединений с натягом по величине контрольного
аксиального усилия сдвига [3]. В данном способе проверяемое соединение нагружают нагрузкой, а о заданной прочности судят по неподвижности соединения, при этом во время
приложения испытательной нагрузки снижают расчетную прочность соединения путем
уменьшения натяга в сопряжении, а испытательную нагрузку устанавливают из соотношения Ри = Рмин - Рсн, где Ри - испытательная нагрузка, Рмин - минимально допустимая
прочность соединения с натягом, Рсн - программируемое снижение прочности соединения
за счет принимаемого уменьшения натяга.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому
способу является способ оценки качества сопряжения деталей в соединениях, по которому
испытывают две серии сопряженных деталей, одна из которых является эталонной [4].
Затем нагружают сопрягаемые детали осевой и радиальными нагрузками, регистрируют
параметры, характеризующие качество соединения, и сравнивают их с эталонными значениями. Недостатком данного способа является отсутствие достаточно эффективного контроля исходной прочностью тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной
3
BY 7377 C1 2005.09.30
пары. Это приводит к тому, что в ремонтной практике и вагоностроении отмечаются неисправности и износы в роликовых буксовых узлах колесных пар вагонов:
усиление активности процессов фретинг-коррозии в зоне контакта деталей из-за увеличения амплитуды микроперемещения при заниженных натягах сопряжения и соответственно снижение усталостной прочности шеек осей;
проворот кольца подшипника на шейке оси при малой величине натяга с образованием кольцевого износа на поверхности шейки оси;
разрыв внутреннего кольца роликового подшипника при напряжениях нем, превышающих предел прочности материала при больших значениях фактического натяга в сопряжении;
трещинообразование и отколы частиц металла из-за больших напряжений во внутреннем кольце роликового подшипника при завышенных натягах посадок.
При отсутствии эффективного выходного контроля в процессе сборки соединений отмеченные недостатки вызывают нагрев буксовых узлов в эксплуатации, неизбежные отцепки вагонов в ремонт, разрушение роликовых подшипников и изломы шеек осей
колесных пар.
Наиболее близким по технической сущности к устройству для осуществления контроля прочности тепловой напрессовки колец является тензодатчик измерения сил и напряжений в деталях и узлах машин и механизмов [5]. Тензодатчик состоит из измерительных
элементов с тензорезисторами, включенных в электрический мост тензорезисторного усилителя. Тензодатчик содержит упругий чувствительный элемент, выполненный в виде цилиндра на наружной поверхности который вдоль и поперек оси симметрии наклеены
тензорезисторы, соединенные в мостовую измерительную схему.
Задачей изобретения является контроль качества сборки соединения для повышения
надежности и технического ресурса буксовых узлов и колесных пар.
Технический результат достигается путем реализации прямого контроля исходной
прочности сопряжения по уровню напряженно-деформированного состояния (НДС) чувствительного цилиндрического упругого элемента с размещенными на его наружной поверхности тензорезисторами, который коаксиально устанавливают на наружную поверхность
контролируемого кольца подшипника и сохраняют в закрепленном состоянии на нем на
всех стадиях процесса сборки. Для закрепления на кольце подшипника чувствительного
элемента используют гидростатическое давление жидкости во внутренней герметично
изолированной полости последнего. Замеряют нормальные напряжения растяжения на наружной поверхности чувствительного элемента, вызываемые упругой радиальной деформацией напрессованного кольца подшипника. Результаты измерений регистрируют на
ленте записывающего прибора по мере остывания кольца подшипника по месту его посадки на шейке оси. С учетом полученных данных определяют контактное давление в сопряжении, по величине которого оценивают исходную прочность полученной поперечнопрессовой посадки на сдвиг и проворачивание. Измерения проводят не менее чем в трех
точках, равномерно расположенных на наружной поверхности чувствительного элемента
в одном поперечном сечении в средней части по длине боковой поверхности кольца подшипника. При этом измерения проводят в два этапа. На первом этапе измеряют нормальные напряжения растяжения, возникающие при совместном нагреве скрепленных между
собой кольца подшипника и чувствительного элемента, и сравнивают с эталонными значениями для заданной температуры нагрева. Это позволяет исключить нагрев кольца до
температуры, превышающей установленную нормативную величину 100-120 °С. На втором
этапе замеряют нормальные напряжения растяжения в указанных точках, создаваемые упругим расширением напрессованного кольца подшипника от натяга после остывания соединения вместе с чувствительным элементом до температуры производственного помещения.
Дополнительно определяют величину оценочных напряжений растяжения в чувствительном элементе путем отсчета значений от максимальной величины напряжений, вызванных
нагревом кольца подшипника, до величины растягивающих напряжений на поверхности
4
BY 7377 C1 2005.09.30
чувствительного элемента, создаваемых упругим расширением напрессованного на шейку
оси кольца подшипника после его остывания.
Тензорезисторы охлаждают при совместном нагревании кольца подшипника с чувствительным элементом для создания необходимого монтажного зазора между сопрягаемыми кольцом подшипника и шейкой оси в формируемом соединении с гарантированным
натягом. Перед совместным нагревом кольца подшипника с одетым на него чувствительным элементом последний нагружается гидростатическим давлением для балансировки
измерительного моста тензорезисторов. Механическая нагрузка на чувствительный элемент от деформируемого кольца подшипника передается за счет создаваемого гидростатического давления жидкости, находящейся во внутренней герметично изолированной
полости чувствительного элемента. Чувствительный элемент в начале сборки устанавливается на кольцо подшипника с минимальным зазором, соизмеримым с величиной радиальной
деформации наружной поверхности кольца от натяга в сформированном соединении.
Устройство для контроля исходной прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной пары содержит чувствительный элемент с установленными
на нем тензорезисторами, закрепляемый коаксиально на кольце подшипника в начале тепловой сборки соединения с гарантированным натягом. Чувствительный элемент выполнен в
виде втулки, на внутренней поверхности которой имеется цилиндрическая проточка. Цилиндрическая и торцевые поверхности указанной проточки образуют (при размещении
чувствительного элемента на кольце подшипника) с поверхностью дорожки качения кольца подшипника внутреннюю герметически изолированную полость. На наружной цилиндрической поверхности упомянутой втулки выполнена замкнутая кольцевая полость, предназначенная для циркуляции среды, охлаждающей установленные в этой кольцевой полости
тензорезисторы. Внутренняя герметически изолированная полость заполнена жидкой рабочей
средой для передачи на чувствительный элемент гидростатического давления, создаваемого радиальной деформацией кольца подшипника при создании натяга в соединении последнего шейкой оси. При этом указанная внутренняя полость соединена с источником
давления жидкой среды и снабжена нормально открытым клапаном для связи с атмосферой во время заполнения жидкостью и обратным клапаном для перекрытия подачи жидкости после достижения требуемой величины начального давления жидкой рабочей среды.
При реализации предполагаемого изобретения контроль качества тепловой сборки
внутренних колец роликов подшипников шейками осей колесных пар осуществляется
дважды: во-первых, перед тепловой сборкой косвенным способом путем проверки посадочных размеров деталей поверхностям сопряжения; во-вторых, после остывания кольца
по месту посадки прямым способом по напряженному состоянию чувствительного элемента измерительного устройства, обусловленному наличием фактического натяга в зоне
контакта сопряжения "кольцо подшипника - шейка оси". Уровень напряжений на внешней
цилиндрической поверхности тонкостенной втулки измерительного элемента определяется путем тензометрирования, а контактное давление в зоне сопряжения поверхностей
кольца подшипника и шейки оси и прочность посадки колец устанавливается путем пересчета измеренных напряжений по известным из теории упругости зависимостям.
На чертеже изображено устройство для осуществления контроля исходной прочности
напрессовки на шейке оси кольца подшипника, продольный разрез.
Устройство содержит измерительный элемент 1, выполненный в виде тонкостенной
ступенчатой втулки 2, охватывающей проверяемое кольцо подшипника 3, с незамкнутой
цилиндрической полостью 4, открытой со стороны поверхности дорожки качения кольца
подшипника и предназначенной для заполнения рабочей жидкой средой (например, минеральным маслом) через штуцер 5. Полость 4 снабжена оппозитно расположенными по ее
концам кольцевыми уплотнениями 6. С другой стороны предусмотрена полость 7 для
циркуляции охлаждающей датчики 8 (например, проволочные, фольговые, полупроводниковые тензорезисторы) среды через штуцеры 9 и 10. Полость 4 снабжена обратным
клапаном 11 и клапаном 12, предназначенным для удаления воздуха из гидросистемы.
5
BY 7377 C1 2005.09.30
Способ осуществляется следующим образом: кольцо подшипника 3, подлежащего напрессовке на шейку оси 13, вводят внутрь измерительного элемента 1, замыкая внутреннюю
полость 4, и через штуцер 5 подают рабочую жидкость под давлением, обеспечивающим
предварительное механическое напряжение измерительной втулки 2, устанавливают относительно нуль для отсчета значений измеряемых датчиками 8 величин нормальных окружных напряжений (балансировка каналов тензоаппаратуры при указанном положении
измерительного элемента до сборки соединения). Включают подачу охлаждающей среды
в полость 7 и выполняют нагрев кольца 3 подшипника совместно с измерительным элементом 1 для термического расширения кольца в течение времени, необходимого для достижения
установленного предела температуры, контролируемой термопарой или термометром.
Подключают датчики 8 к каналам измерительной аппаратуры и фиксируют на ленте записывающего устройства уровень замеряемых напряжений на поверхности цилиндрической
втулки 2. Этим достигается дополнительный контроль нагрева кольца подшипника. Нагретое кольцо 3 вместе с измерительным элементом 1 перемещают на шейку 13 оси колесной пары и фиксируют по месту посадки (например, до упора в лабиринтное кольцо 14
корпуса буксы). По мере остывания кольца на шейке оси снижается уровень растягивающих нормальных напряжений на поверхности тензометрической втулки 2. Протекание
процесса отмечается на ленте самопишущего прибора измерительной аппаратуры (с замедленной протяжкой ленты) в координатах "напряжения - время". После естественного
остывания кольца 2 на шейке оси до температуры производственного помещения зафиксированный уровень напряжений в точках измерения характеризует фактическое упругодеформированное состояние напрессованного на шейку 13 оси колесной пары внутреннего
кольца подшипника от натяга в зоне сопряжения. Таким образом, производственных условиях при ремонте и изготовлении вагонов обеспечивается возможность получения сохраняемого в течение нужного времени (до следующего формирования соединений колец
подшипников с шейками осей колесной пары) документа в виде диаграммы сборки поперечно-прессовых соединений теплового формирования по аналогии с известными индикаторными диаграммами для оценки соединений с гарантированным натягом при
механической запрессовке колесных пар вагонов. В описанной выше последовательности
выполнения операций осуществляется предлагаемый контроль исходной прочности сформированных тепловых соединений колец подшипников с шейками осей колесных пар вагонов с использованием навесного измерительного элемента Если диаграмма сборки
поперечно-прессового соединения будет иметь отклонения, превышающие нормированные значения от установленных эталонных величин, полученное соединение с гарантированным натягом бракуется и подлежит расформированию, устанавливается причина
брака, устраняется и выполняется повторная сборка с записью новой диаграммы.
Источники информации:
1. Гречищев Е.С., Ильяшенко А.А. Соединения с натягом: Расчеты, проектирование,
изготовление. - M.: Машиностроение, 1981. - С. 5, 7, 29, 31.
2. Андреев Г.Я. Тепловая сборка колесных пар. Харьков, Издательство Харьк. ун-та,
1965.- С. 36, 191.
3. А.с. СССР 1632724, МПК В 23Р 11/02, 1991.
4. А.с. СССР 1809292, МПК 601 В5/30, 1993 (прототип способа).
5. А.с. СССР 1656351, МПК G 01Л 1/22, 1991 (прототип устройства).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
107 Кб
Теги
by7377, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа