RU2205106C1 - Device and method for manufacture of ball bearing cage from fibrous materials - Google Patents

Device and method for manufacture of ball bearing cage from fibrous materials Download PDF

Info

Publication number
RU2205106C1
RU2205106C1 RU2002113331/12A RU2002113331A RU2205106C1 RU 2205106 C1 RU2205106 C1 RU 2205106C1 RU 2002113331/12 A RU2002113331/12 A RU 2002113331/12A RU 2002113331 A RU2002113331 A RU 2002113331A RU 2205106 C1 RU2205106 C1 RU 2205106C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pins
diameter
snap
ring
winding
Prior art date
Application number
RU2002113331/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Д.В. Афанасьев
Т.Д. Каримбаев
Ю.А. Петров
М.М. Половин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority to RU2002113331/12A priority Critical patent/RU2205106C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2205106C1 publication Critical patent/RU2205106C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: general engineering, particularly, manufacture of ball bearing cages applicable in vacuum, in media with low or high temperatures including chemically active media, or in media not allowing use of any lubricant, and, specifically, in manufacture of nonmetallic cages of ball bearings of gas-turbine high speed rotors. SUBSTANCE: device has attachment for blank winding, die, punch and shells. Attachment include cylindrical mandrel with pins and auxiliary cheeks with flanges in form of rectangular teeth secured to mandrel axle. Teeth are installed opposite to pins. Diameter and number of pins correspond to diameter and number of cage holes formed by them. Width of teeth corresponds to diameter of pins. Shells are made in form of sector of ring with conical external surface and split in axial direction across centers of holes drilled in ring in radial direction. Number and size of holes correspond to number and size of pins. Rind internal surface is cylindrical with diameter equaling cage outer diameter. Number of shells corresponds to number of pins. Method includes winding of fiber in definite directions, location of blank with installed shells in it into die and pressing. EFFECT: light-weight with prolonged service life ball bearing cages made of fibrous materials. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области общего машиностроения, а именно к изготовлению сепараторов шарикоподшипников, которые могут использоваться в вакууме, в средах с низкими или повышенными температурами, в том числе в химически активных, или средах, не позволяющих использовать какую-либо смазку или смазочные масла, и, в частности, к изготовлению неметаллических сепараторов шарикоподшипников высокооборотных роторов газотурбинных двигателей. The invention relates to the field of general engineering, namely to the manufacture of ball bearing cages that can be used in vacuum, in environments with low or elevated temperatures, including chemically active, or environments that do not allow the use of any lubricant or lubricating oils, and in particular, to the manufacture of non-metallic ball bearing cages for high-speed rotors of gas turbine engines.

Сепаратор шарикоподшипника служит для фиксации рабочих тел в кольцевом направлении. Используемые в настоящее время сепараторы, как правило, являются металлическими, штампованными с отверстиями, центрированными по телам качения. В подшипниках, работающих в условиях, например, при повышенных частотах вращения, применяют сепараторы из антифрикционных материалов: бронзы, латуни, текстолита, алюминиевых сплавов. Применение традиционных материалов для изготовления сепаратора не позволяет создать высокооборотные керамические подшипники, использовать их без смазки в химически активных средах, в условиях повышенных температур - из-за низкой прочности, а в условиях пониженных температур - из-за хрупкости. The ball bearing cage serves to fix the working fluid in an annular direction. Currently used separators, as a rule, are metal, stamped with holes centered on the rolling elements. In bearings operating under conditions, for example, at higher speeds, separators are used from antifriction materials: bronze, brass, textolite, aluminum alloys. The use of traditional materials for the manufacture of the separator does not allow the creation of high-speed ceramic bearings, their use without lubrication in chemically active environments, at elevated temperatures - due to low strength, and at low temperatures - due to brittleness.

Использование композиционных материалов в узлах опор вращающихся деталей, особенно, роторов перспективных газотурбинных двигателей, актуально. Композиционные материалы обладают уникальными характеристиками, которые позволяют создавать работоспособные конструкции там, где применение металлических материалов для изготовления сепараторов шарикоподшипников не представляется возможным. The use of composite materials in the nodes of the supports of rotating parts, especially rotors of promising gas turbine engines, is relevant. Composite materials have unique characteristics that allow you to create workable designs where the use of metal materials for the manufacture of ball bearing cages is not possible.

Известно "Устройство для изготовления кольцевых изделий из волокнистых материалов", авторское свидетельство 1593964 от 12.12.1988 г., при помощи которого формируют методом прессования изделия из армированных пластиков, полученных намоткой. Устройство содержит оправку с намотанной на нее заготовкой, матрицу и пуансон, имеющий конусообразные прокладки, установленные между заготовкой и матрицей. Недостатком данного технического решения является то, что при изготовлении сепаратора требуется его дополнительная механическая обработка, связанная с высверливанием отверстий под рабочие тела подшипника, что нарушает целостность волокон и не обеспечивает достаточной прочности формируемого изделия. It is known "Device for the manufacture of annular products from fibrous materials", copyright certificate 1593964 dated 12/12/1988, with the help of which products from reinforced plastics obtained by winding are formed by pressing. The device comprises a mandrel with a preform wound thereon, a die and a punch having cone-shaped spacers installed between the preform and the die. The disadvantage of this technical solution is that in the manufacture of the separator requires additional mechanical processing associated with drilling holes for the working fluid of the bearing, which violates the integrity of the fibers and does not provide sufficient strength of the formed product.

Известен "Роликовый подшипник", US 5271679, который может использоваться в вакууме, в среде, имеющей высокие или низкие температуры, или другой среде, не позволяющей использовать какую-либо смазку или смазочный материал, при этом сепаратор подшипника изготовлен методом прессования с использованием жаростойкого, композиционного, хаотично армированного материала с самосмазывающимися свойствами. Недостатком предложенного технического решения является хрупкость и низкая прочность сепаратора при высокооборотных нагрузках. Known "Roller bearing", US 5271679, which can be used in vacuum, in an environment having high or low temperatures, or another medium that does not allow the use of any grease or lubricant, while the bearing cage is made by pressing using heat-resistant, composite, randomly reinforced material with self-lubricating properties. The disadvantage of the proposed technical solution is the fragility and low strength of the separator at high speed loads.

Техническим результатом является создание облегченных, с повышенной долговечностью неметаллических сепараторов шарикоподшипников из волокнистых материалов. The technical result is the creation of lightweight, with increased durability of non-metallic ball bearing cages made of fibrous materials.

Технический результат достигается тем, что на формообразующей технологической оснастке создают чередующуюся намотку слоев из волокнистых материалов при определенных направлениях армирующих слоев, с применением теплостойких связующих и с добавлением антифрикционных материалов. Полученную заготовку со вставленными в нее коническими вкладышами, которые при прессовании самоцентрируются и самоустанавливаются, помещают в пресс-форму. Прессование осуществляют матрицей, верхним и нижним пуансонами, формообразующие поверхности которых совпадают с размерами изготавливаемого сепаратора. Процесс прессования производят по заданному режиму. В результате получают готовое изделие полностью "в размер", без его дальнейшей механической обработки, с высокими характеристиками жесткости и прочности. The technical result is achieved by the fact that alternating winding of layers of fibrous materials is created on the forming tooling in certain directions of the reinforcing layers, using heat-resistant binders and with the addition of antifriction materials. The resulting workpiece with conical inserts inserted into it, which, when pressed, self-center and self-install, is placed in the mold. Pressing is carried out by a matrix, upper and lower punches, the forming surfaces of which coincide with the dimensions of the manufactured separator. The pressing process is carried out in a given mode. The result is a finished product completely "in size", without further mechanical processing, with high characteristics of rigidity and strength.

На фиг.1 и фиг.2 приведена схема формообразующей технологической оснастки для намотки сепаратора. Figure 1 and figure 2 shows a diagram of the forming technological equipment for winding the separator.

На фиг.3 приведена схема пресс-формы для формования сепаратора. Figure 3 shows a diagram of a mold for forming a separator.

На фиг.4 изображен способ укладки волокна на оснастку. Figure 4 shows a method of laying fiber onto a snap.

На фиг.5 изображен вид конического кольца сверху. Figure 5 shows a top view of a conical ring.

На фиг.6 изображен вид конического кольца в разрезе. Figure 6 shows a sectional view of a conical ring.

На фиг.7 изображен вид вкладыша, изготовленного из конического кольца. Figure 7 shows a view of a liner made of a conical ring.

Устройство для изготовления сепаратора шарикоподшипника из волокнистых материалов на фиг.1 и фиг.2 содержит оснастку для намотки сепаратора, состоящую из цилиндрической оправки 1 с установленными на ней штифтами 2, количество и диаметр которых соответствуют количеству и диаметру формируемых ими отверстий изготавливаемого сепаратора 9. На ось 3 цилиндрической оправки 1 устанавливают правую технологическую щеку 4 и левую технологическую щеку 5, которые закрепляют гайкой 7 и шайбой 8. Технологические щеки 4 и 5 имеют фланцы в виде прямоугольных зубьев 6, ширина которых соответствует диаметру штифтов 2. Прямоугольные зубья 6 ориентируют таким образом, чтобы они были установлены напротив штифтов 2. Пазы технологических щек 4 и 5 и штифты 2 являются направляющими элементами для поперечной намотки сепаратора углеродным волокном. Прямоугольные зубья 6 технологических щек 4 и 5 являются ограничителями по ширине при намотке кольцевых слоев на оснастку. Устройство для изготовления сепаратора шарикоподшипника из волокнистых материалов содержит на фиг.3 пресс-форму для формования сепаратора 9, состоящую из верхнего пуансона 11, нижнего пуансона 12 и матрицы 13. После намотки углеродного волокна на оснастку между штифтами 2 цилиндрической оправки 1 закладывают вкладыши 10. На фиг.7 показан вкладыш 10, имеющий форму сектора кольца, вид которого на фиг.5 изображен сверху, а на фиг.6 - в разрезе, с конической наружной поверхностью, разрезанного в осевом направлении по центрам отверстий, просверленных в кольце в радиальном направлении, при этом количество и размер просверленных отверстий соответствуют количеству и размеру штифтов 2 оснастки для намотки сепаратора 9. Внутренняя поверхность кольца - цилиндрическая, с диаметром, равным наружному диаметру изготавливаемого сепаратора 9, а количество вкладышей 10 соответствует количеству штифтов 2, установленных на цилиндрической оправке 1. A device for manufacturing a ball bearing cage of fibrous materials in figure 1 and figure 2 contains snap-in for separator winding, consisting of a cylindrical mandrel 1 with pins 2 mounted on it, the number and diameter of which correspond to the number and diameter of the holes of the manufactured separator formed by them 9. On the axis 3 of the cylindrical mandrel 1 set the right technological cheek 4 and the left technological cheek 5, which are fixed with a nut 7 and washer 8. The technological cheeks 4 and 5 have rectangular flanges teeth 6, the width of which corresponds to the diameter of the pins 2. The rectangular teeth 6 are oriented so that they are installed opposite the pins 2. The grooves of the technological cheeks 4 and 5 and the pins 2 are guiding elements for the transverse winding of the separator with carbon fiber. Rectangular teeth 6 of technological cheeks 4 and 5 are width limiters when winding the annular layers on the snap. The device for manufacturing a ball bearing cage of fibrous materials in FIG. 3 contains a mold for forming a cage 9, consisting of an upper punch 11, a lower punch 12 and a matrix 13. After winding the carbon fiber on the snap between the pins 2 of the cylindrical mandrel 1, insert 10. 7 shows a liner 10 having the shape of a ring sector, the view of which is shown in FIG. 5 from above, and FIG. 6 is a sectional view, with a conical outer surface, axially cut through the centers of the holes drilled in ring in the radial direction, while the number and size of the drilled holes correspond to the number and size of the pins 2 snap-in for winding the separator 9. The inner surface of the ring is cylindrical, with a diameter equal to the outer diameter of the manufactured separator 9, and the number of inserts 10 corresponds to the number of pins 2 installed on a cylindrical mandrel 1.

На фиг.4 изображен способ укладки углеродного волокна на оснастку, заключающийся в чередовании слоев, имеющих определенные направления армирования. Figure 4 shows a method of laying carbon fiber on a snap, which consists in the alternation of layers having certain directions of reinforcement.

Способ намотки углеродного волокна на оснастку осуществляют следующим образом:
- волокна, оформляющие отверстия сепаратора, наматывают непосредственно вокруг каждого штифта 2 на его высоту, фиг.4а;
- волокна, образующие боковые стенки сепаратора, наматывают в кольцевом направлении оснастки между прямоугольными зубьями 6 и штифтами 2, фиг.4б;
- волокна, образующие перемычки между отверстиями сепаратора, наматывают между штифтами 2 и прямоугольными зубьями 6 технологических щек 4 и 5 в осевом направлении, фиг.4в;
- волокна, связывающие стенки сепаратора и перемычки между отверстиями сепаратора, наматывают в кольцевом направлении, огибая каждый штифт 2 и оставаясь при этом внутри пространства, ограниченного технологическими щеками 4 и 5, фиг.4г;
- волокна, связывающие стенки и перемычки сепаратора, наматывают в кольцевом направлении, огибая штифты 2 и выходя наружу за прямоугольные зубья 6 технологических щек 4 и 5, сначала - слева направо, затем - в обратном направлении, заполняя пространство между штифтами 2 и прямоугольными зубьями 6, фиг.4д.
The method of winding carbon fiber snap is as follows:
- the fibers forming the separator holes are wound directly around each pin 2 to its height, figa;
- the fibers forming the side walls of the separator are wound in the annular direction of the snap between the rectangular teeth 6 and the pins 2, figb;
- the fibers forming the jumpers between the separator holes are wound between the pins 2 and the rectangular teeth 6 of the technological cheeks 4 and 5 in the axial direction, figv;
- the fibers connecting the separator walls and jumpers between the separator holes are wound in an annular direction, enveloping each pin 2 and remaining inside the space bounded by technological cheeks 4 and 5, Fig. 4d;
- the fibers connecting the walls and jumpers of the separator are wound in an annular direction, bending around the pins 2 and going outside the rectangular teeth 6 of the technological cheeks 4 and 5, first from left to right, then in the opposite direction, filling the space between the pins 2 and rectangular teeth 6 Fig. 4d.

После полного заполнения углеродным волокном оснастки поперечные волокна и волокна, выходящие за прямоугольные зубья 6 технологических щек 4 и 5, обрезают с наружной стороны прямоугольных зубьев 6, после чего технологические щеки 4 и 5 раскладывают и удаляют, а вкладыши 10 закладывают между штифтами 2, при этом вкладыши 10 своей внутренней поверхностью касаются верхних намотанных слоев сепаратора, а наружной - конической, скользят по ответному конусу матрицы 13. Собранную оснастку помещают в матрицу 13 и обжимают с обеих сторон верхним 11 и нижним 12 пуансонами. Собранную пресс-форму помещают под пресс и прессуют изделие по заданным технологическим и температурным параметрам. After the carbon fiber is completely filled with equipment, the transverse fibers and fibers extending beyond the rectangular teeth 6 of the technological cheeks 4 and 5 are cut off from the outside of the rectangular teeth 6, after which the technological cheeks 4 and 5 are laid out and removed, and the inserts 10 are laid between the pins 2, In this case, the liners 10 with their inner surface touch the upper wound layers of the separator, and the outer - conical, slide along the response cone of the matrix 13. The assembled snap-in is placed in the matrix 13 and squeezed on both sides by the upper 11 and lower 12 punches. The assembled mold is placed under the press and the product is pressed according to the specified technological and temperature parameters.

Толщину сепаратора после намотки обеспечивают заданной высотой технологических щек. Намотка и контроль натяжения углеродного волокна осуществляется автоматически. Припуск намотки на прессование составляет 1 мм. The thickness of the separator after winding is provided by the specified height of the technological cheeks. The winding and tension control of carbon fiber is carried out automatically. The pressing winding allowance is 1 mm.

Предлагаемое устройство и способ для изготовления сепаратора шарикоподшипника из волокнистых материалов позволяют обеспечить долговечность, прочность и жесткость сепараторов, изготовленных из композиционных материалов с применением теплостойких связующих и с антифрикционными добавками, что повышает долговечность высокооборотных подшипниковых узлов при длительной эксплуатации в различных средах и использовать их без смазки. The proposed device and method for the manufacture of a ball bearing cage made of fibrous materials can ensure the durability, strength and stiffness of cages made of composite materials using heat-resistant binders and with antifriction additives, which increases the durability of high-speed bearing units during long-term operation in various environments and use them without lubrication .

Claims (2)

1. Устройство для изготовления сепаратора шарикоподшипника из волокнистых материалов, содержащее оснастку для намотки заготовки, матрицу, пуансон и вкладыши, отличающееся тем, что оснастка состоит из цилиндрической оправки с установленными на ней штифтами, диаметр и количество которых соответствуют диаметру и количеству формируемых ими отверстий сепаратора, и из закрепленных на оси оправки технологических щек с фланцами в виде прямоугольных зубьев, установленных напротив штифтов, при этом ширина зубьев соответствует диаметру штифтов, а вкладыши выполнены в виде сектора кольца с конической наружной поверхностью, разрезанного в осевом направлении по центрам отверстий, просверленных в кольце в радиальном направлении, причем количество и размер просверленных отверстий соответствуют количеству и размеру штифтов оснастки, при этом внутренняя поверхность кольца - цилиндрическая с диаметром, равным наружному диаметру изготавливаемого сепаратора, а количество вкладышей соответствует количеству штифтов на оснастке. 1. A device for the manufacture of a ball bearing cage of fibrous materials, containing snap-in for winding the workpiece, a matrix, a punch and inserts, characterized in that the snap-in consists of a cylindrical mandrel with pins installed on it, the diameter and number of which correspond to the diameter and number of separator holes formed by them , and from technological cheeks fixed on the mandrel axis with flanges in the form of rectangular teeth mounted opposite the pins, the tooth width corresponding to the diameter of the pins, and the liners are made in the form of a sector of the ring with a conical outer surface, cut in the axial direction at the centers of the holes drilled in the ring in the radial direction, and the number and size of the drilled holes correspond to the number and size of the snap pins, while the inner surface of the ring is cylindrical with a diameter, equal to the outer diameter of the manufactured separator, and the number of inserts corresponds to the number of pins on the snap. 2. Способ изготовления сепаратора шарикоподшипника из волокнистых материалов, заключающийся в намотке волокна на оснастку и формовании полученной заготовки прессованием, отличающийся тем, что намотку на оснастку производят в следующих направлениях армирования: сначала волокна наматывают вокруг каждого штифта на его высоту, затем их наматывают в кольцевом направлении оснастки между прямоугольными зубьями и штифтами, после этого намотку ведут между прямоугольными зубьями и штифтами в осевом направлении, затем волокна наматывают в кольцевом направлении, огибая каждый штифт оснастки, оставаясь внутри пространства, ограниченного технологическими щеками, и после этого волокна наматывают в кольцевом направлении, огибая штифты и выходя наружу за прямоугольные зубья технологических щек, сначала слева направо, затем в обратном направлении, заполняя пространство между штифтами и прямоугольными зубьями, а после намотки заготовки поперечные волокна и волокна, выходящие за прямоугольные зубья, обрезают с наружной стороны зубьев, технологические щеки раскладывают и удаляют, затем закладывают вкладыши между штифтами, собранную оснастку помещают в матрицу и спрессовывают пуансоном. 2. A method of manufacturing a ball-bearing cage made of fibrous materials, which consists in winding the fiber for tooling and molding the obtained workpiece by pressing, characterized in that the tool is wound in the following directions of reinforcement: first, the fibers are wound around each pin to its height, then they are wound in a ring the direction of the snap between the rectangular teeth and pins, after which the winding is carried out between the rectangular teeth and pins in the axial direction, then the fibers are wound in a ring in the direction of rotation around each pin of the snap, remaining inside the space bounded by the technological cheeks, and then the fibers are wound in an annular direction, bending around the pins and going outside the rectangular teeth of the technological cheeks, first from left to right, then in the opposite direction, filling the space between the pins and rectangular teeth, and after winding the workpiece, transverse fibers and fibers extending beyond the rectangular teeth are cut from the outside of the teeth, the technological cheeks are laid out and removed, s laying the inserts between the pins, snap-assembled are placed in a die and punch are pressed.
RU2002113331/12A 2002-05-22 2002-05-22 Device and method for manufacture of ball bearing cage from fibrous materials RU2205106C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002113331/12A RU2205106C1 (en) 2002-05-22 2002-05-22 Device and method for manufacture of ball bearing cage from fibrous materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002113331/12A RU2205106C1 (en) 2002-05-22 2002-05-22 Device and method for manufacture of ball bearing cage from fibrous materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2205106C1 true RU2205106C1 (en) 2003-05-27

Family

ID=20255714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002113331/12A RU2205106C1 (en) 2002-05-22 2002-05-22 Device and method for manufacture of ball bearing cage from fibrous materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2205106C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655532C2 (en) * 2015-11-10 2018-05-28 Сергей Константинович Елгаев Method of processing massive roller bearing separators

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655532C2 (en) * 2015-11-10 2018-05-28 Сергей Константинович Елгаев Method of processing massive roller bearing separators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014163177A1 (en) Tapered roller bearing-use resin made cage and tapered roller bearing provided with such cage
JP3747006B2 (en) Roller bearing cage and roller bearing
US6068406A (en) Needle roller bearing
JP6055357B2 (en) Resin cage for tapered roller bearings
EP2060806A1 (en) Roller bearing, retainer segment for wind-power plant spindle supporting roller bearing, and spindle supporting structure of wind-power plant
CN105247231A (en) Rolling bearing retainer, rolling bearing, and production method for rolling bearing retainer
EP3351815B1 (en) Tapered roller bearing and manufacturing method for tapered roller bearing
JP2012149755A (en) Cage for rolling bearing
CN109996970A (en) Retainer and the rolling bearing for having the retainer
JP2019074214A (en) Angular ball bearing and its manufacturing method
WO2015141021A1 (en) Angular ball bearing
JP2014101946A (en) Rolling bearing
RU2205106C1 (en) Device and method for manufacture of ball bearing cage from fibrous materials
WO2016002681A1 (en) Crown cage and angular contact ball bearing
CN108843689A (en) A kind of pressing cage and processing method with oil leab
US20180003226A1 (en) Double-layer sliding bearing
JP3985402B2 (en) Synthetic resin cage for rolling bearing and manufacturing method thereof
CN102852977A (en) Enclosed carbon graphite retainer antifriction bearing and manufacturing method
CN206429531U (en) A kind of flexible cross roller bearing
JP2013072499A (en) Angular ball bearing
JP3608611B2 (en) Rolling bearing
US3028204A (en) Cage for needle bearings
US10197094B2 (en) Double-row spherical roller bearing
CN205605641U (en) Oil -containing bearing
JP2006038185A (en) Composite sintered bearing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160523