PL202382B1 - Sposób ustalania kołka łożyskowego w gnieździe - Google Patents

Abstract

Ustalanie ko lka lo zyskowego w gnie zdzie, zw laszcza ko lka lo zyskowego stosowanego w wa- runkach wysokich obci aze n, przyk ladowo w d zwi- gniach zaworowych silników spalinowych, ko lach obiegowych skrzy n biegów do pojazdów mechanicz- nych, który to ko lek dla uzyskania polaczenia z za- mkni eciem si lowym i/lub kszta ltowym, przynajmniej na jednym ko ncu od strony czo lowej doszczelnia si e w otworze gniazda, przy czym ko lek na powierzchni p laszcza posiada warstw e przypowierzchniow a o twardo sci, która jest wi eksza od twardo sci ko nców od strony czo lowej, polega na tym, ze ca ly ko lek lo zyskowy (6) poddaje si e nitrow eglowaniu, szybkie- mu sch ladzaniu i odpuszczaniu do twardo sci HV 745-950 (HRC 62-68), a nast epnie poddaje si e wy zarzaniu zmi ekczaj acemu do twardo sci HV 212-305 (HRB 93-HRC 30), po czym warstw e przypowierzch- niow a poddaje utwardzaniu indukcyjnemu do twar- do sci ko ncowej HV 745-950 (HRC 62-68). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób ustalania kołka łożyskowego w gnieździe, zwłaszcza kołka łożyskowego stosowanego w warunkach wysokich obciążeń, przykładowo w dźwigniach zaworowych silników spalinowych, kołach obiegowych skrzyń biegów do pojazdów mechanicznych.

Z opisu US 5,054,440 jest znany kołek łożyskowy dla rolki dźwigni zaworowej, napędzanej przez krzywkę. Dźwignia zaworowa posiada odcinek w postaci widełek, którego dwie ścianki boczne posiadają po jednym otworze ustalającym, tworzącym gniazdo dla kołka, przez który przeprowadzony jest kołek łożyskowy. Na kołku jest ułożyskowana za pośrednictwem igiełek rolka, która jest napędzana przez krzywkę. Kołek jest osadzony w gnieździe przez proces doszczelnienia, to znaczy, że jest on na jednej lub na obu powierzchniach czołowych ściskany odpowiednim narzędziem, dzięki czemu część materiału kołka jest wypychana w kierunku promieniowym do otworu ustalającego.

Ponieważ kołek łożyskowy stanowi z jednej strony oparcie bieżni wieńca łożyska tocznego, a z drugiej strony jest osadzony w gnieź dzie dź wigni zaworowej przez doszczelnienie, toteż musi być on jednocześnie twardy i miękki. Zgodnie z dotychczasowym stanem techniki, te krańcowo przeciwstawne właściwości kołka były realizowane w ten sposób, że obszar bieżni był poddawany utwardzaniu, natomiast powierzchnie czołowe kołka nie były poddawane obróbce, a więc pozostały miękkie.

Zgodnie z opisem US 5,054,440 uzyskuje się to w ten sposób, że obszar bieżni kołka poddaje się procesowi utwardzania, dzięki czemu obszar ten posiada twardość 640-840 HV, natomiast jego końce niepoddane obróbce posiadają twardość 200-336 HV.

Podczas stosowania tego rodzaju kołków w warunkach wysokich obciążeń, jakie występują przykładowo przy łożyskowaniu kół obiegowych skrzyni biegów pojazdów mechanicznych, a także rolek w dźwigniach zaworowych silników spalinowych, okazało się, że kołki te posiadają względnie nieznaczną żywotność.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu ustalania kołka łożyskowego w gnieździe, który pozwalałby na uzyskanie jego długiej żywotności w warunkach wysokich obciążeń.

Według wynalazku zadanie to zostało rozwiązane, dzięki temu, że cały kołek poddaje się nitrowęglowaniu, szybkiemu schładzaniu i odpuszczaniu do twardości HV 745-950 (HRC 62-68), a następnie wyżarzaniu zmiękczającemu do twardości HV 212-305 (HRB 93-HRC 30), po czym warstwę przypowierzchniową na powierzchni płaszcza poddaje utwardzaniu indukcyjnemu dla uzyskania twardości końcowej HV 745-950 (HRC 62-68).

Według wynalazku po utwardzeniu indukcyjnym w warstwie przypowierzchniowej kołka łożyskowego zachowuje się węgliki w postaci kulek dokładnie rozłożone w matrycy z odpuszczonego martenzytu, o resztkowej zawartości austenitu, wynoszącej 5-25%.

Korzystnie, jako kołek łożyskowy stosuje się kołek pełny lub co najmniej na odcinku swoich końców od strony czołowej ukształtowany, jako cylindrycznie wydrążony.

Zaleta sposobu według wynalazku jest to, że w obszarze bieżni kołka łożyskowego występuje zwiększona twardość i wyższe naprężenie własne, dzięki czemu kołek w tym obszarze posiada podwyższoną odporność na zużycie i twardość, a jednocześnie jego końce od strony czołowej pozostają miękkie. Specjalistom znany jest proces nitrowęglowania jako termochemiczny sposób obróbki przedmiotu obrabianego w stanie austenitycznym, w celu wzbogacenia warstwy brzegowej w węgiel i azot, przy czym wskutek tego oba pierwiastki znajdują się w austenicie w stałym roztworze. Bezpośrednio po tej obróbce następuje szybkie schłodzenie, w celu uzyskani stosownej twardości. Poprzez nitrowęglowanie uzyskuje się określoną budowę warstwy w postaci warstwy łączącej i leżącej pod nią warstwy dyfuzyjnej. Warstwa łącząca decyduje o wszystkich właściwościach obrabianego kołka łożyskowego, które są związane z oddziaływaniem na bezpośrednią powierzchnię, a więc związane z zuż yciem i odpornoś cią na korozje, natomiast wła ś ciwoś ci mechaniczne, trwał o ść i wytrzymał o ść na rozciąganie są określone przez warstwę dyfuzyjną.

Po szybkim schłodzeniu, to znaczy po ochłodzeniu za pomocą bardzo wysokiej dawki chłodzącej, w celu przemiany austenitu w martenzyt, następuje odpuszczanie. Wskutek ogrzania do ś rednio wysokich temperatur i bezpośredniego schłodzenia usuwane są naprężenia wewnętrzne, dzięki czemu zmniejsza się twardość i wytrzymałość, natomiast zwiększa się ciągliwość i zdolność do odkształcania.

Następnie przeprowadza się wyżarzanie zmiękczające nitrowęglowanego, szybko schłodzonego i odpuszczonego kołka, w celu uzyskania twardości, wynoszącej HV 212-305 (HRB 93 - HRC 30), które są wartościami twardości dla obu powierzchni czołowych kołka. Wyżarzanie zmiękczające służy zwłaszcza do polepszenia możliwości zmiany kształtu kołka, dzięki czemu podlega on nieznacznemu

PL 202 382 B1 plastycznemu odkształceniu w swoich obszarach końcowych i dzięki temu kołek łożyskowy może być w prosty sposób doszczelniany w otworze gniazda.

Temperatury wyżarzania zależą od zastosowania kołka łożyskowego i w przypadku stali wynoszą 650 - 700°C, ponieważ celem wyżarzania zmiękczającego jest nadanie stali struktury odpowiedniej do utwardzania i przeprowadzenia jej w stan miękki, nadający się do obróbki.

Podczas następującego potem utwardzania indukcyjnego warstwy przypowierzchniowej kołka, uzyskuje się żądaną twardość końcową HV 745 950 (HRC 62-68). Utwardzenie indukcyjne jest obecnie najczęściej stosowanym sposobem termicznego utwardzania warstwy przypowierzchniowej. Zgodnie z tym sposobem, za pomocą cewki (induktor), przez którą przepływa prąd) wytwarzane jest magnetyczne pole zmienne, które w elektrycznie przewodzącym przedmiocie obrabianym (kołek), zgodnie z zasadą transformatora indukuje prąd zmienny. Tym samym bezpośrednia przemiana energii elektrycznej w energię termiczną poprzez wewnętrzne źródła energii powoduje ogrzanie kołka łożyskowego, przy czym przeniesienie energii następuje bezstykowo. W przypadku krótkiego okresu oddziaływania pola magnetycznego i natychmiastowego schłodzenia, ogrzanie ogranicza się w głównej mierze do warstwy przypowierzchniowej, w której działają wewnętrzne źródła ciepła. Z upływem czasu, wskutek przewodzenia ciepła dochodzi do promieniowo postępującego ogrzewania kołka.

Z powyższego wynika, że głębokość utwardzania uzyskuje się za pomocą prostych środków i zawsze bez duż ych nakł adów mo ż liwe jest jej dopasowanie do każ dego przypadku zastosowania.

Ponieważ kołek łożyskowy jest ukształtowany jako masywny lub na odcinku swoich końców od strony czołowej, co najmniej jest ukształtowany jako cylindrycznie wydrążony, to zaleta tego wydrążonego cylindrycznego kołka polega na tym, że oprócz zmniejszenia ciężaru, polepszone jest rozszerzenie przy doszczelnieniu na jego powierzchniach czołowych.

Osadzenie kołka łożyskowego obrobionego według wynalazku jest uwidocznione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia napęd zaworu silnika spalinowego, w schematycznym widoku z boku, fig. 2 -przekrój wzdłuż linii II-II na fig. 1, a fig. 3 - kołek łożyskowy w powiększeniu.

Ustalenie kołka łożyskowego jest przedstawione w przykładzie wykonania odnoszącym się do dźwigni zaworowej silnika spalinowego.

Przedstawiona na fig. 1 dźwignia zaworowa 1 napędu zaworu silnika spalinowego jest wychylna wokół osi 2. Swoim obszarem końcowym po prawej stronie, dźwignia zaworowa 1 znajduje się w połączeniu roboczym z trzonkiem zaworowym 3, który jest przytrzymywany w swoim położeniu zamknięcia za pomocą przynależnej sprężyny 4. Na swoim końcu po lewej stronie, w dźwigni zaworowej 1 na kołku łożyskowym 6 jest osadzona rolka 5, która styka się z krzywką 1. Podczas jej obracania się występuje ruch wychylny dźwigni zaworowej 1 wokół osi 2, jak to jest znane.

Jak jest to uwidocznione na fig. 2, dźwignia zaworowa 1 na swoim końcu po lewej stronie posiada widełki, utworzone z umieszczonych w pewnym odstępie od siebie bocznych ścianek 1.1, 1.2. W ściankach bocznych 1.1, 1.2 jest wykonany otwór ustalający 13, w którym umieszczony jest kołek łożyskowy 6, na którym za pośrednictwem wieńca 8 łożyska tocznego jest osadzona rolka 5. Powierzchnia zewnętrzna kołka łożyskowego 6 tworzy wewnętrzną bieżnię 6.1 dla wieńca 8, a jego obie powierzchnie czołowe 6.2 są doszczelniane w otworze ustalającym 1.3 ścianek bocznych 1.1, 1.2 dźwigni zaworowej 1 poprzez doprowadzenie siły osiowej, co powoduje wtłaczanie materiału kołka łożyskowego 6 w kierunku ścianek bocznych 1.1, 1.2, dzięki czemu zostaje utworzone połączenie z zamknięciem kształtowym między kołkiem łożyskowym 6 a dźwignią zaworową 1.

Z fig. 2 i 3 jest widoczne, że z jednej strony kołek łożyskowy 6 na swoich powierzchniach czołowych 6.2 musi być miękki, aby mógł zostać doszczelniony, a z drugiej strony w obszarze bieżni 6.1 musi charakteryzować się dostateczną twardością, aby spełniać funkcję obciążalnego łożyska promieniowego.

Kołek łożyskowy 6, wykonany ze stali typu 17MnCr5, to znaczy 0,17% węgla i po 1,25% manganu i chromu, został poddany nitrowęglowaniu w mieszaninie gazowej, poczym został szybko schłodzony w łaźni olejowej i odpuszczony. Dzięki odpuszczeniu w średnich temperaturach, usunięte zostały naprężenia wewnętrzne, to znaczy twardość i wytrzymałość zmniejsza się, natomiast wzrasta ciągliwość. W wyniku takiej obroki względem struktury kruchy, tetragonalny (czworokątny) martenzyt przemienia się w ciągliwy, prostopadłościenny martenzyt. Po procesie odpuszczania kołek posiada twardość wynoszącą HV 800. Następnie kołek poddaje się wyżarzaniu zmiękczającemu, przy tym pod tym pojęciem należy rozumieć długotrwałe ogrzewanie stali do temperatury dokładnie w punkcie A1, z następującym potem wolnym schłodzeniem. Celem wyżarzania zmiękczającego jest z jednej strony nadanie stali struktury odpowiedniej do utwardzania, a z drugiej strony przeprowadzenie jej w stan

PL 202 382 B1 miękki, nadający się do obróbki. Po wyżarzaniu zmiękczającym, kołek łożyskowy 6 posiada twardość HV 250, przy czym twardość ta jest jednocześnie twardością końcową dla jego obu powierzchni czołowych 6.2. Następnie przeprowadza się częściowe utwardzanie indukcyjne warstwy przypowierzchniowej powierzchni zewnętrznej kołka łożyskowego 6, dzięki czemu warstwa ta posiada twardość końcową, wynoszącą HV 800.

W wyniku tak przeprowadzonych operacji kołek łożyskowy 6 uzyskuje obszar 6.3 (fig. 3), który służy jako bieżnia 6.1 dla wieńca 8.

Obszar 6.3 po utwardzaniu indukcyjnym posiada strukturę, w której zostały dokładnie rozłożone węgliki w postaci kulek w matrycy z odpuszczonego martenzytu, o zawartości resztkowego austenitu, wynoszącej 5-25%. Obszar przejściowy 6.4 kołka łożyskowego 6 (fig. 3) oddziela utwardzony obszar 6.3 od miękkich powierzchni czołowych 6.2.

Kołek łożyskowy 6 w zależnościom przeznaczenia może być wykonany jako pełny lub co najmniej w swoich obszarach końcowych wykonany jako cylindrycznie wydrążony.

Claims (3)

1. Sposób ustalania kołka łożyskowego w gnieździe, zwłaszcza kołka łożyskowego stosowanego w warunkach wysokich obciążeń, przykładowo w dźwigniach zaworowych silników spalinowych, kołach obiegowych skrzyń biegów do pojazdów mechanicznych, który to kołek dla uzyskania połączenia z zamknięciem siłowym i/lub kształtowym, przynajmniej na jednym końcu od strony czołowej doszczelnia się w otworze gniazda, przy czym kołek na powierzchni płaszcza posiada warstwę przypowierzchniową o twardości, która jest większa od twardości końców od strony czołowej, znamienny tym, że cały kołek łożyskowy (6) poddaje się nitrowęglowaniu, szybkiemu schładzaniu i odpuszczaniu do twardości HV 745-950 (HRC 62-68), a następnie poddaje się wyżarzaniu zmiękczającemu do twardości HV 212-305 (HRB 93-HRC 30), po czym warstwę przypowierzchniową poddaje utwardzaniu indukcyjnemu do twardości końcowej HV 745-950 (HRC 62-68).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po utwardzeniu indukcyjnym w warstwie przypowierzchniowej kołka łożyskowego zachowuje się węgliki w postaci kulek dokładnie rozłożone w matrycy z odpuszczonego martenzytu, o resztkowej zawartości austenitu, wynoszącej 5-25%.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako kołek łożyskowy stosuje się kołek pełny lub co najmniej na odcinku swoich końców od strony czołowej ukształtowany jako cylindrycznie wydrążony.