EA035600B1 - Rolling bearing and method for production thereof - Google Patents
Rolling bearing and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- EA035600B1 EA035600B1 EA201800549A EA201800549A EA035600B1 EA 035600 B1 EA035600 B1 EA 035600B1 EA 201800549 A EA201800549 A EA 201800549A EA 201800549 A EA201800549 A EA 201800549A EA 035600 B1 EA035600 B1 EA 035600B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- rolling
- rolling bearing
- outer ring
- ring
- balls
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
- B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
- B21H1/06—Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к опорам качения, и может быть использовано в экстремальных условиях в вакууме в условиях открытого космоса при повышенных и пониженных температурах.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to rolling bearings, and can be used in extreme conditions in a vacuum in open space at high and low temperatures.
Известна опора качения с многоточечным контактом [1], содержащая наружное кольцо, внутреннее кольцо и размещенные между ними шарики и сепаратор, центрирующие поверхности сепаратора и наружного кольца выполнены сферическими с общим центром на оси опоры качения в плоскости, проходящей через центры шариков.Known rolling bearing with multi-point contact [1], containing an outer ring, an inner ring and balls and a cage placed between them, the centering surfaces of the cage and the outer ring are made spherical with a common center on the axis of the rolling bearing in a plane passing through the centers of the balls.
Недостатком данного технического решения является то, что опора качения выполнена из стали и, как следствие, имеет значительную массу и работает только в условиях жидкой смазки контактирующих поверхностей из-за необходимости предотвращения их схватывания при проскальзывании, что ограничивает возможности их использования в вакууме при температурах от -150°С до +200°С.The disadvantage of this technical solution is that the rolling bearing is made of steel and, as a result, has a significant mass and works only under conditions of liquid lubrication of the contacting surfaces due to the need to prevent their seizure when slipping, which limits their use in vacuum at temperatures from -150 ° C to + 200 ° C.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является опора качения [2], содержащая наружное кольцо из керамического материала, внутреннее кольцо из керамического материала и размещенные между ними шарики из стали, при этом на внутренней поверхности наружного кольца и на наружной поверхности внутреннего кольца опоры качения выполнены канавки, имеющие в осевом сечении форму двух пересекающихся дуг с радиусом, превышающим радиус шариков опоры качения, и каждый шарик этой опоры установлен с возможностью контакта с поверхностью каждой из канавок в двух точках, причем эти две точки расположены так, что плоскость, пересекающая две точки, параллельна оси опоры качения.Closest to the claimed invention is a rolling bearing [2], containing an outer ring of ceramic material, an inner ring of ceramic material and steel balls placed between them, while grooves are made on the inner surface of the outer ring and on the outer surface of the inner ring of the rolling bearing, having in the axial section the shape of two intersecting arcs with a radius exceeding the radius of the balls of the rolling bearing, and each ball of this bearing is installed with the possibility of contact with the surface of each of the grooves at two points, and these two points are located so that the plane intersecting the two points is parallel rolling bearing axles.
Недостатком данного изобретения является недостаточно высокая надежность в условиях динамической нагруженности вследствие того, что материал, из которого изготовлена опора качения, - техническая керамика.The disadvantage of this invention is insufficiently high reliability under dynamic loading conditions due to the fact that the material from which the rolling bearing is made is technical ceramics.
Техническая керамика обладает хрупкостью, не позволяющей ее использовать при значительных динамических нагрузках, а также высокой стоимостью. При ее использовании крайне ограничены технологические возможности изготовления деталей с использованием пластического деформирования.Technical ceramics are fragile, which does not allow them to be used under significant dynamic loads, as well as high cost. When using it, the technological capabilities of manufacturing parts using plastic deformation are extremely limited.
Известен способ изготовления дорожек опоры качения в процессе обработки методами пластической деформации внутреннего и наружного колец шариковым раскатным инструментом, состоящим из комплекта шариков и оправки, прижимающей их к обрабатываемой поверхности вращающейся детали при совмещении оси раскатного инструмента с осью вращающейся детали [3].A known method of manufacturing rolling bearing tracks during processing by methods of plastic deformation of the inner and outer rings with a ball rolling tool, consisting of a set of balls and a mandrel, pressing them to the treated surface of the rotating part when aligning the axis of the rolling tool with the axis of the rotating part [3].
Данный способ применяется для изготовления опор качения из стали ШХ-15. При этом способе происходит холодная раскатка наружного и внутреннего колец опоры качения и деформация материала колец до 50-55%. Недостатком этого способа является то, что он не может быть использован для изготовления опор качения с элементами из керамики из-за ее хрупкости.This method is used for the manufacture of rolling bearings from steel ШХ-15. With this method, the outer and inner rings of the rolling support are cold rolled and the material of the rings is deformed up to 50-55%. The disadvantage of this method is that it cannot be used for the manufacture of rolling bearings with ceramic elements due to its fragility.
Из известных способов изготовления опор качения наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ изготовления опоры качения с использованием раскатки раскатным инструментом путем принудительного ее вращения под нагрузкой, причем ось вращения раскатного инструмента располагают под острым углом к оси вращения детали, а профиль раскатного инструмента определяют в зависимости от значения этого угла [4].Of the known methods of manufacturing rolling bearings, the closest in technical essence to the proposed invention is the method for manufacturing a rolling bearing using a rolling tool using a rolling tool by forcing its rotation under load, and the axis of rotation of the rolling tool is placed at an acute angle to the axis of rotation of the part, and the profile of the rolling tool is determined depending on the value of this angle [4].
Как правило, данным способом изготавливают наружное и внутреннее кольца опор качения из подшипниковой стали типа ШХ-15. Недостатком этого способа является то, что он не может быть использован для изготовления наружного и внутреннего колец опор качения из технической керамики изза ее хрупкости, т.е. обладает ограниченными технологическими возможностями.As a rule, this method is used to make the outer and inner rings of rolling bearings from bearing steel of the ShKh-15 type. The disadvantage of this method is that it cannot be used for the manufacture of the outer and inner rings of rolling bearings from technical ceramics due to its fragility, i.e. has limited technological capabilities.
Задачей изобретения является повышение надежности опоры качения за счет комплексного снижения хрупкости, повышения технологичности конструкции и расширения технологических возможностей изготовления наружного и внутреннего колец опоры качения с керамическими компонентами дорожек качения с использованием холодного пластического деформирования (раскатки).The objective of the invention is to improve the reliability of the rolling bearing due to a comprehensive reduction in fragility, improving the manufacturability of the structure and expanding the technological capabilities of manufacturing the outer and inner rings of the rolling bearing with ceramic components of the raceways using cold plastic deformation (rolling).
Решение поставленной задачи для опоры качения, содержащей наружное кольцо с дорожкой качения из керамического материала, внутреннее кольцо с дорожкой качения из керамического материала и размещенные в дорожках качения шарики, при этом дорожки качения выполнены в виде канавок и каждый шарик опоры качения установлен с возможностью контакта с поверхностью канавок в двух точках, которые расположены так, что пересекающая их плоскость параллельна оси опоры качения, причем канавка на внутреннем кольце имеет в осевом сечении форму двух пересекающихся дуг, имеющих радиус, превышающий радиус шариков опоры качения, обеспечивается тем, что наружное и внутреннее кольцо опоры качения выполнены из сплава алюминия и на дорожках качения сформировано покрытие Al2O3, имеющее толщину 70...110 мкм и пористость 8...12% с размерами пор 1...4 мкм, заполненных антифрикционным материалом, при этом наружная поверхность наружного кольца имеет скошенные к торцам участки, обеспечивающие повышение радиальной податливости наружного кольца, дорожка качения внутренней поверхности которого с покрытием Al2O3 имеет форму усеченных конусов, обращенных меньшим основанием к торцам наружного кольца, разделенных глухим, открытым в сторону внутренней поверхности кольцевым пазом и установленных с возможностью взаимодействия с шариками, причем шарики в дорожках качения внутреннего и наружного кольца установлены беззазорно.The solution to the problem for a rolling support containing an outer ring with a raceway made of ceramic material, an inner ring with a raceway made of ceramic material and balls placed in the raceways, with the raceways made in the form of grooves and each ball of the rolling bearing is installed with the possibility of contact with the surface of the grooves at two points, which are located so that the plane intersecting them is parallel to the axis of the rolling bearing, and the groove on the inner ring has in the axial section the shape of two intersecting arcs having a radius exceeding the radius of the balls of the rolling bearing, provided that the outer and inner ring the rolling bearings are made of an aluminum alloy and an Al 2 O 3 coating is formed on the raceways, having a thickness of 70 ... 110 μm and a porosity of 8 ... 12% with a pore size of 1 ... 4 μm, filled with an antifriction material, while the outer the surface of the outer ring has sections beveled towards the ends, providing an increase in the radial under of the outer ring, the raceway of the inner surface of which with Al2O3 coating has the shape of truncated cones facing the ends of the outer ring with a smaller base, separated by a blind, open towards the inner surface of the annular groove and installed with the possibility of interaction with balls, and the balls in the raceways of the inner and the outer ring is installed without play.
В способе изготовления опор качения по п.1 с использованием раскатки раскатным инструментомIn the method of manufacturing the rolling bearings according to claim 1 using rolling with a rolling tool
- 1 035600 путем принудительного вращения их под нагрузкой, согласно техническому решению на наружной поверхности внутреннего кольца из сплава алюминия раскаткой формируют дорожку качения и аноднокатодной микродуговой обработкой создают на ней покрытие Al2O3 толщиной 100...130 мкм, имеющее пористость 10...18% и размеры пор 1-10 мкм, с которого шлифованием удаляют поверхностный слой толщиной 20...30 мкм, затем на внутренней цилиндрической поверхности наружного кольца из сплава алюминия на его середине протачивают глухой открытый в сторону внутренней поверхности паз, имеющий глубину 0,8...1 мм и ширину 0,15...0,2 от диаметра шарика опоры качения, паз заполняют диэлектрическим резиноподобным композитом и на внутренней цилиндрической поверхности наружного кольца анодно-катодной микродуговой обработкой формируют покрытие Al2O3 толщиной 100... 130 мкм, имеющее пористость 10...18% и размеры пор 1...10 мкм, с которого шлифованием удаляют поверхностный слой толщиной 20...30 мкм и поры покрытия Al2O3 заполняют антифрикционным материалом, которым покрывают внутреннюю цилиндрическую поверхность наружного кольца дорожки качения, после этого на внутренне кольцо устанавливают шарики с сепаратором и наружное кольцо, а затем двумя парами раскатного инструмента, каждая из которых содержит по три ролика, обкатывают наружные прилегающие к торцам конусообразные поверхности наружного кольца с воздействием на них в направлении оси по нормали к конусообразным поверхностям и пластически деформируют их до контакта в двух точках внутренней поверхности наружного кольца и в двух точках наружной поверхности внутреннего кольца с каждым из шариков, после чего обкатку прекращают.- 1 035600 by forcibly rotating them under load, according to the technical solution, a raceway is formed on the outer surface of the inner ring made of aluminum alloy by rolling and by anodic-cathode micro-arc treatment they create an Al2O 3 coating with a thickness of 100 ... 130 μm and a porosity of 10 ... 18 % and pore sizes 1-10 microns, from which a surface layer with a thickness of 20 ... 30 microns is removed by grinding, then on the inner cylindrical surface of the outer ring of an aluminum alloy in its middle, a blind groove open towards the inner surface with a depth of 0.8 ... 1 mm and a width of 0.15 ... 0.2 of the diameter of the rolling bearing ball, the groove is filled with a dielectric rubber-like composite and an Al 2 O 3 coating with a thickness of 100 ... is formed on the inner cylindrical surface of the outer ring by anodic-cathodic micro-arc treatment. 130 μm, having a porosity of 10 ... 18% and a pore size of 1 ... 10 μm, from which a surface layer with a thickness of 20 ... 30 μm is removed by grinding and the pores are coated The Al2O3 line is filled with an antifriction material, which is used to cover the inner cylindrical surface of the outer ring of the raceway, after which balls with a cage and the outer ring are installed on the inner ring, and then two pairs of rolling tools, each of which contains three rollers, roll the outer cone-shaped surfaces of the outer ring with action on them in the direction of the axis along the normal to the tapered surfaces and plastically deform them until contact at two points of the inner surface of the outer ring and at two points of the outer surface of the inner ring with each of the balls, after which the rolling is stopped.
Повышение надежности опоры качения достигается за счет следующего:The reliability of the rolling bearing is increased by:
наружное и внутреннее кольцо опоры выполнено из сплава алюминия и на дорожках качения сформировано покрытие Al2O3, имеющее толщину 70...110 мкм и пористость 8...12% с размерами пор 1...4 мкм, заполненных антифрикционным материалом, вследствие чего:the outer and inner ring of the support is made of an aluminum alloy and an Al 2 O 3 coating is formed on the raceways, having a thickness of 70 ... 110 microns and a porosity of 8 ... 12% with a pore size of 1 ... 4 microns, filled with an antifriction material, as a result:
а) при сохранении на дорожках качения несхватывающегося в экстремальных условиях со стальным шариком керамикоподобного покрытия Al2O3 (МДО-покрытия, сформированного анодно-катодной микродуговой обработкой), на порядок и более снижается хрупкость самих колец при динамических режимах функционирования опоры качения, а также повышается прочность дорожек качения и подшипниковых колец в целом за счет их упруго-пластичного деформирования при изготовлении;a) while maintaining a ceramic-like coating Al 2 O 3 (MAO coating formed by anode-cathodic micro-arc treatment) on the raceways, which does not seize under extreme conditions with a steel ball, the fragility of the rings themselves decreases by an order of magnitude or more under dynamic modes of rolling support operation, as well as the strength of the raceways and bearing rings as a whole increases due to their elastic-plastic deformation during manufacture;
б) возрастает технологичность конструкции, т.к. расширяются возможности использования холодной пластической обработки раскаткой, позволяющей получить прецизионные поверхности дорожек качения за один переход и, как следствие, существенно уменьшить стоимость колец опоры качения и ее стоимость в целом;b) the manufacturability of the structure increases, since the possibilities of using cold plastic processing by rolling are expanding, which makes it possible to obtain precision surfaces of the raceways in one pass and, as a result, significantly reduce the cost of the rolling bearing rings and its cost in general;
в) наружная поверхность наружного кольца имеет прилегающие к торцам скошенные (конусообразные) поверхности, обращенные меньшим диаметром в сторону торцевых поверхностей кольца и образующие боковыми сторонами упругоподатливые в радиальном направлении участки, установленные с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью покрытия Al2O3 с шариками, что способствует в сочетании с глухим, открытым в сторону внутренней поверхности кольцевым пазом, снижению динамической нагруженности элементов конструкции и, как следствие, повышению ее надежности;c) the outer surface of the outer ring has beveled (conical) surfaces adjacent to the ends, facing with a smaller diameter towards the end surfaces of the ring and forming with the lateral sides areas elastically compliant in the radial direction, installed with the possibility of interaction with the inner surface of the Al2O3 coating with balls, which, in combination with a blind, open towards the inner surface of the annular groove, reducing the dynamic loading of structural elements and, as a consequence, increasing its reliability;
г) отсутствие люфтов в конструкции опоры качения также способствует снижению динамической нагруженности ее элементов, например, во время возникновения вибрации, и, как следствие, повышению ее надежности;d) the absence of backlash in the design of the rolling support also helps to reduce the dynamic loading of its elements, for example, during the occurrence of vibration, and, as a consequence, to increase its reliability;
д) обеспечивается возможность использования анодно-катодной микродуговой обработки для сформирования слоя Al2O3 на дорожках качения, исключающего их схватывание со стальными шариками при пониженных до -150°C и повышенных до +200°C;e) it is possible to use anodic-cathodic micro-arc treatment to form a layer of Al 2 O 3 on the raceways, excluding their seizure with steel balls at lowered to -150 ° C and increased to + 200 ° C;
использование обладающего высокими пластичными свойствами алюминиевого сплава при изготовлении наружного и внутреннего кольца опоры качения позволяет существенно расширить технологические возможности процесса раскатки за счет того, что:The use of an aluminum alloy with high plastic properties in the manufacture of the outer and inner rings of the rolling bearing allows to significantly expand the technological capabilities of the rolling process due to the fact that:
появляется возможностьthere is an opportunity
а) (с использованием раскатки путем принудительного вращения колец под нагрузкой) сформировать раскатным инструментом весь профиль наружной поверхности внутреннего кольца перед аноднокатодной микродуговой обработкой с формированием на нем покрытия Al2O3, и из цилиндрической внутренней поверхности наружного кольца после изготовления на ее середине проточкой глухого паза, открытого в сторону внутренней поверхности глубиной 0,8...1 мм и шириной 0,15...0,2 от диаметра шарика опоры качения (паз заполняют диэлектрическим резиноподобным композитом, например силиконом, для того, чтобы при микродуговой обработке в нем не образовывалось покрытие Al2O3), и обкаткой наружных прилегающих к торцам скошенных участков наружной поверхности наружного кольца с воздействием на них в направлении оси по нормали к скошенным поверхностям и пластическим деформированием кольца сформировать внутреннюю поверхность наружного кольца в виде двух усеченных поверхностей, обращенных большими основаниями друг к другу;a) (using rolling by forced rotation of the rings under load) to form with a rolling tool the entire profile of the outer surface of the inner ring before anodic-cathode micro-arc treatment with the formation of an Al 2 O 3 coating on it, and from the cylindrical inner surface of the outer ring after production in its middle with a blind groove a groove open towards the inner surface with a depth of 0.8 ... 1 mm and a width of 0.15 ... 0.2 of the diameter of the rolling bearing ball (the groove is filled with a dielectric rubber-like composite, for example, silicone, so that during micro-arc treatment in it did not form a coating Al 2 O 3 ), and by rolling in the outer adjacent to the ends of the beveled sections of the outer surface of the outer ring with the impact on them in the direction of the axis along the normal to the beveled surfaces and plastic deformation of the ring to form the inner surface of the outer ring in the form of two truncated surfaces facing big reasons each to friend;
б) сформировать холодной раскаткой канавку с прецизионными поверхностями в виде двух пересекающихся дуг на внутреннем кольце на всю ее глубину с чистовыми размерами (с учетом припуска ~20 мкм на снятие дефектного внешнего слоя покрытия Al2O3);b) form a groove with precision surfaces by cold rolling in the form of two intersecting arcs on the inner ring for its entire depth with finishing dimensions (taking into account an allowance of ~ 20 microns for removing the defective outer layer of the Al 2 O 3 coating);
в) снизить требования к точности по диаметру дорожек качения вследствие формирования их кон-c) to reduce the accuracy requirements for the diameter of the raceways due to the formation of their end
- 2 035600 такта с шариками и выборки радиальных зазоров в процессе сборки опоры качения обкаткой наружного кольца.- 2 035600 strokes with balls and sampling of radial clearances during assembly of the rolling bearing by rolling in the outer ring.
В целом конструкция опоры качения существенно более технологична по сравнению с существующими, поскольку не требуется, с одной стороны, обеспечения прецизионных геометрических параметров, которые формируются холодной обработкой пластичного алюминиевого сплава, с другой стороны, прецизионные параметры функционирования опоры качения обеспечивается его сборкой с использованием пластического деформирования, позволяющего исключить зазоры между шариками и дорожками качения.In general, the design of the rolling bearing is much more technologically advanced than the existing ones, since, on the one hand, it is not required to provide precise geometric parameters, which are formed by cold processing of a plastic aluminum alloy, and on the other hand, the precision parameters of the functioning of the rolling bearing are ensured by its assembly using plastic deformation. to eliminate gaps between balls and raceways.
Кроме того, к существенным преимуществам предлагаемого технического решения, по сравнению с известными, можно отнести следующее:In addition, the following can be attributed to the significant advantages of the proposed technical solution in comparison with the known ones:
отсутствие радиальных зазоров между шариками и дорожками качения в сочетании с высокими демпфирующими свойствами алюминиевых сплавов позволяет использовать повышенные до 40000 об/мин и более скорости вращения в двигателях-маховиках систем активной ориентации нано- и пикоспутников, имеющих ограниченный по длительности эксплуатации жизненный цикл;the absence of radial clearances between balls and raceways in combination with high damping properties of aluminum alloys makes it possible to use increased rotation speeds of up to 40,000 rpm or more in flywheel engines of active orientation systems for nano- and picosatellites with a limited life cycle;
использование алюминиевых сплавов для наружных и внутренних колец опоры в сочетании с прилегающими к его торцам упругоподатливыми в радиальном направлении участками на наружном кольце позволяет решить технически сложную проблему влияния на параметры функционирования изделия в условиях значительного градиента температур из-за разности в коэффициентах температурного расширения материалов, возникающих при использовании для корпуса объекта, например космической техники, алюминиевых сплавов и стальных опор качения;The use of aluminum alloys for the outer and inner rings of the support, in combination with the radially elastically compliant sections on the outer ring adjacent to its ends, makes it possible to solve the technically difficult problem of influencing the parameters of the operation of the product under conditions of a significant temperature gradient due to the difference in the coefficients of thermal expansion of materials arising when used for the body of an object, for example, space technology, aluminum alloys and steel rolling bearings;
себестоимость изготовления опоры качения существенно ниже известных вследствие значительного уменьшения технологической цепочки.the cost of manufacturing a rolling bearing is significantly lower than the known ones due to a significant reduction in the technological chain.
Толщина покрытие Al2O3 70...110 мкм выбрана исходя из условия обеспечения высокой надежности в экстремальных условиях эксплуатации с учетом следующего:The thickness of the Al2O 3 coating 70 ... 110 microns was selected based on the condition of ensuring high reliability in extreme operating conditions, taking into account the following:
при толщине покрытия менее 70 мкм резко снижается его прочность при локализованном нагружении, т.е. покрытие может проламываться;at a coating thickness of less than 70 μm, its strength under localized loading sharply decreases, i.e. the coating can break through;
при толщине покрытия более 110 мкм в экстремальных условиях эксплуатации при циклическом нагружении в ряде случаев возникает самопроизвольное отделение покрытия от материала.with a coating thickness of more than 110 μm in extreme operating conditions under cyclic loading, in some cases, spontaneous separation of the coating from the material occurs.
Пористость 8...12% с размерами пор 1...4 мкм выбрана исходя из следующего:A porosity of 8 ... 12% with a pore size of 1 ... 4 microns is selected based on the following:
при пористости менее 8% и размерах пор менее 1 мкм их заполнение антифрикционным материалом оказывается малоэффективным с позиций обеспечения приемлемых трибологических условий функционирования трущихся сопряжений опоры качения;with a porosity of less than 8% and a pore size of less than 1 μm, filling them with an antifriction material turns out to be ineffective from the standpoint of ensuring acceptable tribological conditions for the functioning of rubbing joints of the rolling support;
при пористости более 12% и размерах пор более 4 мкм снижается контактная прочность покрытия Al2O3, возрастает коэффициент трения качения и снижается КПД опоры качения.at a porosity of more than 12% and a pore size of more than 4 microns, the contact strength of the Al 2 O 3 coating decreases, the rolling friction coefficient increases, and the efficiency of the rolling support decreases.
Использование паза глубиной 0,8...1 мм и шириной 0,15...0,2 от диаметра шарика позволяет пластически деформировать воздействием роликами на боковые прилегающие к торцам наружного кольца конусообразные поверхности с образованием на нем упругоподатливых в радиальном направлении участков без разрушения образующихся в процессе пластического деформирования наружного кольца конусообразных внутренних поверхностей покрытия Al2O3 до его контакта с шариками.The use of a groove with a depth of 0.8 ... 1 mm and a width of 0.15 ... 0.2 of the diameter of the ball makes it possible to plastically deform by the action of rollers on the lateral cone-shaped surfaces adjacent to the ends of the outer ring with the formation of sections elastic in the radial direction without destruction formed in the process of plastic deformation of the outer ring of the tapered inner surfaces of the Al 2 O 3 coating prior to its contact with the balls.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Пример исполнения опоры качения и способа ее изготовления поясняются чертежами, где схематично в упрощенном виде показаны:An example of the execution of a rolling bearing and the method of its manufacture are illustrated by drawings, where the following are schematically shown in a simplified form:
на фиг. 1 - схема конструкции опоры качения после сборки;in fig. 1 is a schematic diagram of the structure of the rolling bearing after assembly;
на фиг. 2 - схема формирования раскаткой дорожки качения на внутреннем кольце опоры до формирования на ней покрытия Al2O3;in fig. 2 is a diagram of the formation of a raceway by rolling on the inner ring of the support before the formation of an Al2O3 coating on it;
на фиг. 3 - схема конструкции опоры качения до сборки.in fig. 3 is a schematic diagram of the rolling bearing structure prior to assembly.
Приведенная выше опора качения (фиг. 1) изготавливается следующим образом.The above rolling bearing (Fig. 1) is manufactured as follows.
На наружной цилиндрической поверхности (не показана) предварительно изготовленного внутреннего кольца 1 из сплава алюминия Д16, установленного на оправку (не показана), обкаткой тремя равномерно расположенными по окружности роликами 2, имеющими в осевом сечении профиль рабочей части, соответствующий профилю дорожки качения 3, и установленными в специальном приспособлении (не показано), принудительным вращением внутреннего кольца 1 приводом вращения (не показан) с приложением в направлении его оси нагрузки пластическим деформированием формировалась полнопрофильная канавка (фиг. 2), имеющая в осевом сечении форму двух пересекающихся дуг с радиусами R=7 мм, превышающими радиус RT = 6,35 мм шариков 4 опоры качения (фиг. 1), и образующая дорожки качения 5 и 6.On the outer cylindrical surface (not shown) of a pre-made inner ring 1 of aluminum alloy D16, mounted on a mandrel (not shown), by rolling in three rollers 2 evenly spaced around the circumference, having in the axial section the profile of the working part corresponding to the profile of the raceway 3, and installed in a special device (not shown), forced rotation of the inner ring 1 by a rotation drive (not shown) with the application of a load in the direction of its axis by plastic deformation, a full-profile groove was formed (Fig. 2), having in the axial section the shape of two intersecting arcs with radii R = 7 mm, exceeding the radius RT = 6.35 mm of the balls 4 of the rolling bearing (Fig. 1), and forming the raceways 5 and 6.
После этого на дорожках качения 5 и 6 анодно-катодной микродуговой обработкой при напряжении 430...450 В и плотности тока 28...30 А/дм2 было сформировано покрытие 7 и 8 (фиг. ) из Al2O3, имеющее толщину 120...130 мкм, пористость 10...18% и размеры пор 1-10 мкм, с которого затем шлифованием удалялся поверхностный слой на глубину ~20 мкм.After that, on raceways 5 and 6 by anodic-cathodic micro-arc treatment at a voltage of 430 ... 450 V and a current density of 28 ... 30 A / dm 2 , a coating 7 and 8 (Fig.) Of Al 2 O 3 was formed , having thickness 120 ... 130 μm, porosity 10 ... 18% and pore size 1-10 μm, from which the surface layer was then removed by grinding to a depth of ~ 20 μm.
На внутренней цилиндрической поверхности наружного кольца 9 из сплава алюминия Д16 (фиг. 3) на его середине протачивался глухой, открытый в сторону внутренней поверхности паз 10, имеющийOn the inner cylindrical surface of the outer ring 9 made of aluminum alloy D16 (Fig. 3), a blind groove 10, open towards the inner surface, was machined in its middle, having
- 3 035600 глубину h=1 мм и ширину b»0,2-2-6,35=2,5 мм, после чего паз 10 заполнялся силиконом 11 и на внутренней цилиндрической поверхности наружного кольца 9 анодно-катодной микродуговой обработкой при напряжении 430...450 В и плотности тока 28...30 А/дм2 в специальном приспособлении (не показано) формировалось покрытие 12 и 13 из Al2O3, имеющее толщину 120...130 мкм, пористость 10...18% и размеры пор 1...10 мкм, после чего с него шлифованием удалялся поверхностный слой на глубину 25 мкм и поры покрытия Al2O3 заполнялись дисульфидом молибдена (не показан). Этим же материалом покрывалась внутренняя цилиндрическая поверхность наружного кольца 9.- 3 035600 depth h = 1 mm and width b »0.2-2-6.35 = 2.5 mm, after which the groove 10 was filled with silicone 11 and on the inner cylindrical surface of the outer ring 9 by anodic-cathodic micro-arc treatment at a voltage of 430 ... 450 V and a current density of 28 ... 30 A / dm 2 in a special device (not shown), a coating 12 and 13 of Al 2 O 3 was formed , having a thickness of 120 ... 130 μm, a porosity of 10 ... 18 % and pore sizes 1 ... 10 μm, after which the surface layer was removed from it by grinding to a depth of 25 μm and the pores of the Al 2 O 3 coating were filled with molybdenum disulfide (not shown). The inner cylindrical surface of the outer ring 9 was coated with the same material.
Затем на внутреннее кольцо 1 устанавливались шарики 4 с сепаратором (не показан) и наружное кольцо 9 с радиальным зазором Δ (фиг. 3), после чего двумя парами раскатного инструмента, в каждом из которых расположены по окружности по три (не показаны) конических 14 и 15 ролика, обкатывались наружные прилегающие к торцам образованные скосами конусообразные поверхности 16 и 17 наружного кольца 9 с воздействием на них в направлении оси по нормали к конусообразным поверхностям 16 и 17 усилием и осуществлялось их пластическое деформирование с образованием на наружном кольце 9 упругоподатливых в радиальном направлении участков 18 и 19 до касания в двух точках 20 и 21 (фиг. 1) внутренней поверхности наружного кольца 9 и в двух точках 22 и 23 наружной поверхности внутреннего кольца 1 с каждым из шариков 4, после чего обкатка прекращалась и ролики 14 и 15 отводись от опоры качения.Then balls 4 with a cage (not shown) and an outer ring 9 with a radial clearance Δ (Fig. 3) were installed on the inner ring 1, after which two pairs of rolling tools, in each of which three (not shown) conical 14 and 15 of the roller, the outer cone-shaped surfaces 16 and 17 of the outer ring 9 adjacent to the ends were rolled, with the action on them in the direction of the axis along the normal to the conical surfaces 16 and 17 by a force and plastic deformation was carried out to form on the outer ring 9 elastic in the radial direction sections 18 and 19 before touching at two points 20 and 21 (Fig. 1) the inner surface of the outer ring 9 and at two points 22 and 23 of the outer surface of the inner ring 1 with each of the balls 4, after which the rolling was stopped and the rollers 14 and 15 were retracted from the rolling bearing.
Опора качения (фиг. 1) состоит из наружного кольца 9 из сплава алюминия, например Д16 с покрытием 12 и 13 из Al2O3 на внутренней поверхности. Покрытие 12 и 13 сформировано анодно-катодной микродуговой обработкой и имеет толщину 70...110 мкм, пористость 8...12% и размеры пор 1...4 мкм, заполненные антифрикционным материалом (не показан), например дисульфидом молибдена.The rolling bearing (Fig. 1) consists of an outer ring 9 of an aluminum alloy, for example D16 coated 12 and 13 of Al 2 O 3 on the inner surface. The coating 12 and 13 is formed by anodic-cathodic micro-arc treatment and has a thickness of 70 ... 110 μm, a porosity of 8 ... 12% and a pore size of 1 ... 4 μm, filled with an antifriction material (not shown), for example, molybdenum disulfide.
Внешняя поверхность наружного кольца 9 имеет цилиндрическую поверхность 24 и прилегающие к торцам 25 и 26 образованные скосами конусообразные поверхности 16 и 17, образующие на наружном кольце 9 упругоподатливые в радиальном направлении участки 18 и 19.The outer surface of the outer ring 9 has a cylindrical surface 24 and bevelled tapered surfaces 16 and 17 adjacent to the ends 25 and 26, forming sections 18 and 19 that are elastically compliant in the radial direction on the outer ring 9.
Упругоподатливые в радиальном направлении участки 18 и 19 установлены с возможностью взаимодействия внутренними конусообразными поверхностями 27 и 28, разделенными глухим, открытым в сторону внутренней поверхности кольцевым пазом 10, с шариками 4 в двух точках 20 и 21 таким образом, чтобы пересекающая их плоскость (не показана) была параллельна оси 29 опоры качения.Elastic in the radial direction sections 18 and 19 are installed with the possibility of interaction with the inner conical surfaces 27 and 28, separated by a blind, open towards the inner surface of the annular groove 10, with balls 4 at two points 20 and 21 so that the plane intersecting them (not shown ) was parallel to the rolling bearing axis 29.
Внутреннее кольцо 1 с дорожками качения 5 и 6 выполнено из сплава алюминия, например Д16 с дорожкой качения в виде канавки, имеющей в осевом сечении форму двух пересекающихся в осевом сечении дуг с радиусами R, с которыми каждый шарик 4 опоры качения установлен с возможностью контакта в двух точках 22 и 23, которые расположены так, что пересекающая их плоскость параллельна оси 29 опоры качения.The inner ring 1 with raceways 5 and 6 is made of an aluminum alloy, for example D16 with a raceway in the form of a groove, having in the axial section the shape of two arcs intersecting in the axial section with radii R, with which each ball 4 of the rolling bearing is installed with the possibility of contact in two points 22 and 23, which are located so that the plane intersecting them is parallel to the axis 29 of the rolling bearing.
На упругоподатливых в радиальном направлении участках 18 и 19 сформированы анодно-катодной микродуговой обработкой покрытия 12 и 13 из Al2O3, имеющие толщину 70...110 мкм, пористость 8...12% и размеры пор 1...4 мкм, заполненные антифрикционным материалом (не показан), например дисульфидом молибдена.On sections 18 and 19 that are elastically compliant in the radial direction, coatings 12 and 13 of Al 2 O 3 were formed by anodic-cathodic micro-arc treatment, having a thickness of 70 ... 110 μm, a porosity of 8 ... 12% and a pore size of 1 ... 4 μm filled with an antifriction material (not shown), for example molybdenum disulfide.
Опора качения работает следующим образом.The rolling bearing works as follows.
От привода (не показан) в опоре качения приводится во вращение наружное 9 или внутреннее 1 кольцо на установленных в сепараторе (не показан), например из фторопласта, стальных шариках 4, катящихся по покрытиям из Al2O3 дорожек качения 5, 6 и 27, 2 8 соответственно внутреннего 1 и наружного 9 колец. При этом каждый из шариков 4 контактирует с двумя точками 20 и 21 внутренней поверхности наружного кольца 9 и двумя точками 22 и 23 наружной поверхности внутреннего кольца 1.From the drive (not shown) in the rolling bearing, the outer 9 or inner 1 ring is set in rotation on steel balls 4 installed in a cage (not shown), for example, made of fluoroplastic, rolling on the Al 2 O 3 coatings of the raceways 5, 6 and 27 , 2 8, respectively, inner 1 and outer 9 rings. In this case, each of the balls 4 contacts two points 20 and 21 of the inner surface of the outer ring 9 and two points 22 and 23 of the outer surface of the inner ring 1.
В процессе функционирования опоры качения в расширенном до минус 150°С и плюс 200°C температурном диапазоне вследствие инертных свойств покрытий Al2O3 дорожек качения 5, 6 и 27, 28 исключается схватывание контактирующих поверхностей без дополнительной смазки.During the operation of the rolling support in a temperature range extended to minus 150 ° C and plus 200 ° C, due to the inert properties of Al 2 O 3 coatings of raceways 5, 6 and 27, 28, seizure of the contacting surfaces without additional lubrication is excluded.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить надежность опоры качения за счет комплексного решения проблемы снижения хрупкости, повышения технологичности конструкции, снижения стоимости ее изготовления и расширения технологических возможностей изготовления опор качения с керамическими компонентами дорожек качения и, в целом, позволяет обеспечить более технологичное конструктивное исполнение опоры. Кроме того, конструкция опоры качения обеспечивает значительно более надежную осевую фиксацию внутреннего кольца опоры относительно внешнего кольца, отсутствие в ней радиальных зазоров и позволяет решить технически сложную проблему влияния на параметры функционирования изделия в условиях значительного градиента температур, что позволяет ее успешно использовать в космической технике, функционирующей в расширенном диапазоне температур.The use of the proposed technical solution makes it possible to increase the reliability of the rolling bearing due to a comprehensive solution to the problem of reducing fragility, increasing the manufacturability of the structure, reducing the cost of its manufacture and expanding the technological capabilities of manufacturing rolling bearings with ceramic components of the raceways and, in general, allows for a more technologically advanced design of the bearing. In addition, the design of the rolling bearing provides a much more reliable axial fixation of the inner ring of the bearing relative to the outer ring, the absence of radial gaps in it and allows solving the technically difficult problem of influencing the parameters of the operation of the product under conditions of a significant temperature gradient, which allows it to be successfully used in space technology. operating in an extended temperature range.
Список использованных источников.List of sources used.
1. Подшипник шариковый радиально-упорный, авт.св. СССР № 1790703, МПК F16C 33/58/ Пиковский В.А., Королев К.В.; Специальное конструкторское бюро технологического оборудования ПО ГПЗ - 4; заявл. 24.04.1990 г.; опубл. 23.01.1993г.1. Angular contact ball bearing, ed.St. USSR No. 1790703, IPC F16C 33/58 / Pikovsky VA, Korolev KV; Special Design Bureau of Technological Equipment PO GPZ - 4; declared 04.24.1990; publ. 23.01.1993
2. Non-lubricated rolling element boll bearing: US 6318899, МПК F16C 33/32, F16C 19/06/ Cary Lewis2. Non-lubricated rolling element boll bearing: US 6318899, IPC F16C 33/32, F16C 19/06 / Cary Lewis
- 4 035600- 4 035600
Boyrd; Ceramic Enginiring Consulting; заявл. 14.12.1999 г.; опубл. 20.11.2001 г.Boyrd; Ceramic Enginiring Consulting; declared 12/14/1999; publ. November 20, 2001
3. Королев, А.В. Исследование упрочняющей технологии раскатки дорожек качения шарикоподшипников/ Королев А.В., Нейгебауэр К.С. // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2015, №1,3. Korolev, A.V. Investigation of the hardening technology of rolling of ball bearings / Korolev A.V., Neigebauer K.S. // Assembly in mechanical engineering, instrument making. 2015, No. 1,
с. 21-23.from. 21-23.
4. Способ раскатки деталей, патент РФ 2222392, Годунов В.Б., Королев А.А., Королев А.А.; заявл. 04.06.2002 г.; опубл. 27.01.2004 г.4. Method of rolling parts, RF patent 2222392, Godunov VB, Korolev AA, Korolev AA; declared 04.06.2002; publ. January 27, 2004
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800549A EA035600B1 (en) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | Rolling bearing and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800549A EA035600B1 (en) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | Rolling bearing and method for production thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800549A1 EA201800549A1 (en) | 2020-03-31 |
| EA035600B1 true EA035600B1 (en) | 2020-07-14 |
Family
ID=69942783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800549A EA035600B1 (en) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | Rolling bearing and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA035600B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR940003142B1 (en) * | 1991-11-20 | 1994-04-15 | 동양특수금속 주식회사 | Aluminum alloy bearing handling lubricating alumite |
| JP2005351443A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Nsk Ltd | Rolling support device and vacuum conveyance device |
| JP2009257416A (en) * | 2008-04-15 | 2009-11-05 | Ntn Corp | Cage for rolling bearing, the rolling bearing, and manufacturing method of cage for the rolling bearing |
-
2018
- 2018-09-20 EA EA201800549A patent/EA035600B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR940003142B1 (en) * | 1991-11-20 | 1994-04-15 | 동양특수금속 주식회사 | Aluminum alloy bearing handling lubricating alumite |
| JP2005351443A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Nsk Ltd | Rolling support device and vacuum conveyance device |
| JP2009257416A (en) * | 2008-04-15 | 2009-11-05 | Ntn Corp | Cage for rolling bearing, the rolling bearing, and manufacturing method of cage for the rolling bearing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800549A1 (en) | 2020-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102677809B1 (en) | Manufacturing method and device for each contact roller bearing | |
| EA035600B1 (en) | Rolling bearing and method for production thereof | |
| US11319994B2 (en) | Thrust roller bearing | |
| US20180347628A1 (en) | Roller bearings | |
| US20160025134A1 (en) | Cage for angular ball bearing | |
| WO2010131993A1 (en) | Method for alleviating the effect of centrifugal force on the rings of a rolling-element bearing (embodiments) and a rolling-element bearing (embodiments) | |
| JP2010169182A (en) | Roller bearing | |
| CN110345159A (en) | Magnetic fluid thrust cylindrical roller bearing and processing technology thereof | |
| JP2012219995A (en) | Rolling bearing and manufacturing method thereof | |
| US11166785B2 (en) | Ball bearing construction with tilt compensation | |
| JP5181953B2 (en) | Ball bearing | |
| RU161497U1 (en) | RADIALLY THrust BALL BEARING UNIQUE BEARING | |
| WO2013018654A1 (en) | Radial ball bearing | |
| CN1551953A (en) | Antifriction bearing for a steering column | |
| JP2004301314A (en) | Roller bearing | |
| JP2013087797A (en) | Rolling bearing | |
| JP4322641B2 (en) | Cylindrical roller bearing | |
| RU2657262C2 (en) | Method of manufacture of roller bearing (versions) | |
| RU116583U1 (en) | RADIAL ROLLER BEARING | |
| KR20200014771A (en) | Rolling Bearing and Rolling Bearing Manufacturing Method | |
| RU209689U1 (en) | BEARING WITH PASSIVE MAGNETIC SUSPENSION | |
| JP2007146889A (en) | Rolling support device | |
| RU172149U1 (en) | BALL BEARING RADIAL-THRESHING UNIQUE | |
| EP3438479B1 (en) | Bearing assemblies with electrodynamically matched races | |
| WO2022023152A1 (en) | Self-aligning roller bearing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG TJ TM RU |