RU2812883C2 - Method for fixing worn shaft-bearing joints of spindle units of metalworking equipment using polymer nanocomposition - Google Patents
Method for fixing worn shaft-bearing joints of spindle units of metalworking equipment using polymer nanocomposition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812883C2 RU2812883C2 RU2021103329A RU2021103329A RU2812883C2 RU 2812883 C2 RU2812883 C2 RU 2812883C2 RU 2021103329 A RU2021103329 A RU 2021103329A RU 2021103329 A RU2021103329 A RU 2021103329A RU 2812883 C2 RU2812883 C2 RU 2812883C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- polymer
- nanocomposition
- bearing
- polymer nanocomposition
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 9
- 238000005237 degreasing agent Methods 0.000 claims description 2
- 239000013527 degreasing agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может применяться как с целью повышения долговечности шпиндельных узлов нового металлообрабатывающего оборудования, так и для восстановления изношенных посадочных поверхностей шпиндельных валов. Суть предлагаемого способа заключается в создании полимерной прослойки (на основе нанонаполненного анаэробного герметика) между посадочными поверхностями вала и внутренними кольцами подшипников. Для подшипников шпинделей станочного оборудования, при установке на вал, должен обеспечиваться натяг от 0 до 5 мкм в зависимости от диаметра внутреннего кольца. При этом, износ посадочных поверхностей может достигать 15 мкм. Анаэробные нанонаполненные составы применимы для фиксации соединений как с натягом, так и с зазором. В результате их применения снижается влияние фреттинг-коррозии на долговечность соединения и исключается проворачивание сопрягаемых деталей. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used both to increase the durability of spindle units of new metalworking equipment, and to restore worn seating surfaces of spindle shafts. The essence of the proposed method is to create a polymer layer (based on nanofilled anaerobic sealant) between the shaft seating surfaces and the inner rings of the bearings. For machine tool spindle bearings, when installed on a shaft, a preload of 0 to 5 µm must be provided, depending on the diameter of the inner ring. At the same time, wear of the seating surfaces can reach 15 microns. Anaerobic nanofilled compounds are applicable for fixing joints with both interference and clearance. As a result of their use, the effect of fretting corrosion on the durability of the connection is reduced and rotation of the mating parts is eliminated.
Известен способ восстановления посадочных мест валов под подшипники качения электромеханической обработкой (Федоров С.К. Повышение долговечности деталей сельскохозяйственной техники электромеханической обработкой дис. … доктор техн. наук: 05.20.03 / Федоров Сергей Константинович. - М., 2009. - 246 с.). В результате электромеханической поверхностной закалки происходит изменение структуры поверхностного слоя и, как следствие, размера вала. Экспериментально установлено: при износе до 0,08 мм восстановление наружных цилиндрических поверхностей деталей из качественных конструкционных сталей обеспечивается изменением кристаллической решетки поверхностного слоя металла и глубиной формирования мартенситной структуры. Однако, в случае применения в качестве ремонтной технологии электромеханической обработки не будет решена проблема фреттинг-износа посадочных поверхностей.There is a known method for restoring shaft seats for rolling bearings by electromechanical processing (Fedorov S.K. Increasing the durability of agricultural machinery parts by electromechanical processing diss. ... Doctor of Technical Sciences: 05.20.03 / Fedorov Sergey Konstantinovich. - M., 2009. - 246 p. ). As a result of electromechanical surface hardening, the structure of the surface layer and, as a consequence, the size of the shaft changes. It has been established experimentally: with wear up to 0.08 mm, restoration of the outer cylindrical surfaces of parts made of high-quality structural steels is ensured by a change in the crystal lattice of the surface layer of the metal and the depth of formation of the martensitic structure. However, if electromechanical treatment is used as a repair technology, the problem of fretting wear of seating surfaces will not be solved.
Наиболее близким по своей сути к предлагаемому способу является применение анаэробных вал-втулочных фиксаторов, из ассортимента которых можно выделить продуты производства ФГУП «ПИИ полимеров» Унигерм-7 (ТУ 2257-399-00208947-2004), Анатерм-112 (ТУ 2257-274-00208947-96 (изм. №1-6)), Анатерм-103 (ТУ 2257-521-00208947-2010 (изм. 1)) и их зарубежные аналоги по применению - Loctite 601, Loctite 603 производства компании Henkel, США. К достоинствам применения вышеуказанных составов можно отнести как предотвращение развития фреттинг-коррозии в соединениях, так и высокую проникающую способность, за счет чего достигается равномерное распределение давления по всей площади склеивания и уменьшение внутренних напряжений в сопрягаемых деталях, что позволяет значительно замедлить процесс их изнашивания. Недостатком указанного способа является то, что современные отечественные и иностранные полимерные составы имеют невысокие упругие свойства и прочностные характеристики. Это ограничивает их применение для ремонта средне- и тяжелонагруженных узлов с повышенными требованиями к жесткости, к которым относятся узлы металлорежущих станков.The closest in essence to the proposed method is the use of anaerobic shaft-sleeve clamps, from the range of which we can highlight products produced by the Federal State Unitary Enterprise "PII of Polymers" Unigerm-7 (TU 2257-399-00208947-2004), Anaterm-112 (TU 2257-274 -00208947-96 (changes No. 1-6)), Anaterm-103 (TU 2257-521-00208947-2010 (changes 1)) and their foreign analogs for use - Loctite 601, Loctite 603 produced by Henkel, USA. The advantages of using the above compositions include both the prevention of the development of fretting corrosion in joints and high penetrating ability, due to which a uniform distribution of pressure is achieved over the entire gluing area and a reduction in internal stresses in the mating parts, which can significantly slow down the process of their wear. The disadvantage of this method is that modern domestic and foreign polymer compositions have low elastic properties and strength characteristics. This limits their use for the repair of medium- and heavily loaded components with increased rigidity requirements, which include components of metal-cutting machines.
Задача изобретения - создание способа фиксации как новых, так и изношенных соединений «вал-подшипник» шпиндельных узлов металлообрабатывающих станков путем назначения оптимальных условий получения и применения полимерных нанокомпозиций при сборке.The objective of the invention is to create a method for fixing both new and worn shaft-bearing joints of spindle units of metalworking machines by setting optimal conditions for the production and use of polymer nanocompositions during assembly.
Решение поставленной задачи обеспечено применением полимерных нанокомпозиций для фиксации соединений «вал-подшипник» и получением математических зависимостей, выражающих связь жесткости подшипниковой опоры, а также физико-механических свойств и толщины промежуточного полимерного слоя в соединении «вал-подшипник».The solution to the problem is achieved by using polymer nanocompositions to fix the shaft-bearing joints and obtaining mathematical relationships that express the relationship between the rigidity of the bearing support, as well as the physical and mechanical properties and thickness of the intermediate polymer layer in the shaft-bearing joint.
Техническим результатом изобретения является повышение долговечности соединений «вал-подшипник» и, как следствие, снижение вероятности их выходя из строя, а также снижение себестоимости технического обслуживания шпиндельных узлов металлообрабатывающего оборудования.The technical result of the invention is to increase the durability of shaft-bearing connections and, as a consequence, reduce the likelihood of their failure, as well as reduce the cost of maintenance of spindle units of metalworking equipment.
Нанокомпозиция, применяемая в предлагаемом способе, представляет собой двухкомпонентный полимерный состав. Основа - анаэробный клей, жидкая вязкая композиция, способная длительное время храниться в тонкостенной кислородопроницаемой полиэтиленовой таре без изменений своих свойств и отверждаться при температуре 15-25°С в узких металлических зазорах с образованием прочного полимерного слоя. Наполнители - нанопорошки металлов и их оксидов. Предлагаемый способ предполагает применение ультразвукового воздействия для приготовления нанокомпозиций, с целью равномерного распределения нанонаполнителя в объеме исходного полимера. Также предполагается использование дополнительной ремонтной детали (тонкостенной втулки) при значительных износах. Рекомендуется также применять полимерную нанокомпозицию при запрессовке подшипника на восстановленную поверхность, с целью повышения ресурса соединения.The nanocomposition used in the proposed method is a two-component polymer composition. The base is anaerobic glue, a liquid viscous composition that can be stored for a long time in thin-walled, oxygen-permeable polyethylene containers without changing its properties and can cure at a temperature of 15-25°C in narrow metal gaps to form a durable polymer layer. Fillers are nanopowders of metals and their oxides. The proposed method involves the use of ultrasonic influence for the preparation of nanocompositions in order to uniformly distribute the nanofiller in the volume of the original polymer. It is also assumed that an additional repair part (thin-walled bushing) will be used in case of significant wear. It is also recommended to use a polymer nanocomposition when pressing a bearing onto a restored surface in order to increase the service life of the connection.
В результате экспериментальных исследований установлено, что прочность заполимеризованного нанонаполненного анаэробного герметика не менее, чем на 30% выше, чем у базового состава, но не менее, чем 3 МПа. Вибростойкость заполимеризованного нанонаполненного анаэробного герметика не менее, чем на 20% выше, чем у базового ненаполненного состава. При возрастании температуры от 20 до 70°С полимерная прослойка сохраняет прочность на уровне не менее 95% от исходного значения. В результате применения предлагаемого способа при монтаже подшипников на валу, долговечность подшипникового соединения будет повышена не менее, чем на 50%. Жесткость узла после применения предлагаемого способа при монтаже подшипников на валу должна составить не менее 80% от исходного значения. Способ может применяться для фиксации вал-втулочных соединений с зазором до 0,005 мм, без использования специальных приспособлений для центрирования. Время схватывания анаэробной нанокомпозиций в зазоре составит не менее 10 минут, время частичного ее отверждения составит от 2 до 6 часов время полного отверждения не более 24 часов.As a result of experimental studies, it was established that the strength of the polymerized nanofilled anaerobic sealant is no less than 30% higher than that of the base composition, but not less than 3 MPa. The vibration resistance of the polymerized nanofilled anaerobic sealant is no less than 20% higher than that of the base unfilled composition. When the temperature increases from 20 to 70°C, the polymer layer retains its strength at a level of at least 95% of the original value. As a result of using the proposed method when mounting bearings on a shaft, the durability of the bearing connection will be increased by no less than 50%. The rigidity of the unit after applying the proposed method when mounting bearings on the shaft should be at least 80% of the original value. The method can be used to fix shaft-sleeve connections with a gap of up to 0.005 mm, without the use of special devices for centering. The setting time of the anaerobic nanocomposition in the gap will be at least 10 minutes, its partial curing time will be from 2 to 6 hours, and its complete curing time will be no more than 24 hours.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ фиксации соединения «вал-подшипник», включающий в себя следующие операции:To achieve the specified technical result, a method for fixing the shaft-bearing connection is proposed, which includes the following operations:
- изготовление компенсационной втулки в соответствии с размерами подготовленной посадочной поверхности шпинделя, предварительно подвергнутой механической обработке, с целью получения переходной посадки или посадки с легким зазором между валом и внутренним кольцом подшипника, обеспечив шероховатость сопрягаемых поверхностей с параметром Ra порядка 3,2 мкм;- production of an expansion sleeve in accordance with the dimensions of the prepared spindle seating surface, pre-machined, in order to obtain a transitional fit or fit with a slight gap between the shaft and the inner ring of the bearing, ensuring the roughness of the mating surfaces with a Ra parameter of the order of 3.2 microns;
- очистка сопрягаемых поверхностей деталей перед нанесением полимерной нанокомпозиций и обработка средством для обезжиривания с выдержкой 15 мин;- cleaning the mating surfaces of parts before applying the polymer nanocomposition and treating with a degreasing agent for 15 minutes;
- подготовка нанонаполненной анаэробной композиции, включающая в себя введение 1,3% по массе наночастиц оксида кремния в исходный состав, последующее смешивание составляющих полимерной нанокомпозиций, а также последующую ультразвуковую обработку полученной полимерной нанокомпозиций в течение 10 минут, которые необходимо производить непосредственно перед ее нанесением;- preparation of a nanofilled anaerobic composition, including the introduction of 1.3% by weight of silicon oxide nanoparticles into the initial composition, subsequent mixing of the components of the polymer nanocomposition, as well as subsequent ultrasonic treatment of the resulting polymer nanocomposition for 10 minutes, which must be done immediately before its application;
- нанесение небольшого количества полимерной нанокомпозиций по окружности переднего края посадочной поверхности и внутренней поверхности втулки;- applying a small amount of polymer nanocomposition around the circumference of the leading edge of the seating surface and the inner surface of the sleeve;
- запрессовка компенсационной втулки на подготовленный участок шпинделя;- pressing the compensation sleeve onto the prepared section of the spindle;
- удаление лишней полимерной нанокомпозиций;- removal of excess polymer nanocompositions;
- полимеризация полимерной нанокомпозиций в течение 12 часов;- polymerization of polymer nanocompositions for 12 hours;
- создание на компенсационной втулке посадочной поверхности под подшипник путем механической обработки ее наружной части;- creating a seating surface for the bearing on the compensation sleeve by machining its outer part;
- установку подшипника на восстановленную поверхность с применением полимерной нанокомпозиций.- installation of a bearing on a restored surface using polymer nanocompositions.
Для сборки соединения с зазором, полимерная нанокомпозиция должна быть нанесена на края сопрягаемых поверхностей, для обеспечения более полного покрытия, причем сборку соединения необходимо производить с проворотом охватывающей детали относительно вала.To assemble a joint with a gap, a polymer nanocomposition must be applied to the edges of the mating surfaces to ensure more complete coverage, and the assembly of the joint must be done by rotating the female part relative to the shaft.
Для сборки соединения с натягом, полимерная нанокомпозиция должна быть нанесена на обе сопрягаемые поверхности, сборку подшипникового соединения необходимо производить при помощи пресса.To assemble a joint with an interference fit, the polymer nanocomposition must be applied to both mating surfaces, and the bearing joint must be assembled using a press.
Для сборки с тепловой посадкой полимерная нанокомпозиция будет наноситься на вал, затем необходимо нагреть втулку до 100°С для обеспечения достаточного монтажного зазора. Сопрягаемые детали не должны подвергаться механическим нагрузкам до достижения достаточной прочности соединения.For thermal fit assembly, a polymer nanocomposition will be applied to the shaft, then the sleeve must be heated to 100°C to ensure sufficient mounting clearance. The mating parts should not be subjected to mechanical stress until sufficient joint strength is achieved.
Следует отметить, что при запрессовке подшипника на восстановленную поверхность рекомендуется также применять полимерную нанокомпозицию.It should be noted that when pressing a bearing onto a restored surface, it is also recommended to use a polymer nanocomposition.
Для оценки применимости предлагаемого способа, исходя из допустимого значения снижения жесткости подшипниковой опоры для конкретного узла, используются математическая зависимость, выражающая связь жесткости подшипниковой опоры, а также физико-механических свойств и толщины промежуточного полимерного слоя в соединении «вал-подшипник» через общее радиальное смещение в подшипнике Ап, которое можно описать формулой:To assess the applicability of the proposed method, based on the permissible value of the reduction in the rigidity of the bearing support for a specific unit, a mathematical relationship is used that expresses the relationship between the rigidity of the bearing support, as well as the physical and mechanical properties and the thickness of the intermediate polymer layer in the shaft-bearing connection through the total radial displacement in the bearing A p , which can be described by the formula:
где Δ0 - радиальное смещение оси вала относительно центра посадочного отверстия корпуса известно и равно табличному значению, установленному производителем подшипника;where Δ 0 - the radial displacement of the shaft axis relative to the center of the housing bore is known and equal to the tabulated value established by the bearing manufacturer;
Р0 - нагруженность центрального тела качения, Н;P 0 - load of the central rolling body, N;
Е - модуль упругости материала подшипника, Н/мм2;E - elastic modulus of the bearing material, N/mm 2 ;
J - момент инерции поперечного сечения внутреннего кольца подшипника, мм4;J - moment of inertia of the cross section of the inner ring of the bearing, mm 4 ;
b - ширина внутреннего кольца подшипника, мм;b - width of the inner ring of the bearing, mm;
μп - осредненный коэффициент Пуассона материала полимерного покрытия;μ p - averaged Poisson's ratio of the polymer coating material;
Еп - осредненный модуль упругости материала полимерного покрытия, Н/мм2;E p - averaged modulus of elasticity of the polymer coating material, N/mm 2 ;
hп - сжимаемая толщина, мм;h p - compressible thickness, mm;
Claims (1)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021103329A RU2021103329A (en) | 2022-08-11 |
| RU2812883C2 true RU2812883C2 (en) | 2024-02-05 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1353595A1 (en) * | 1986-05-08 | 1987-11-23 | Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР | Method of repairing sliding friction units |
| EP0428462B1 (en) * | 1989-11-14 | 1995-01-25 | A.T.R. Advanced Technology Research, S.A. | Mounting method for shaft bearings, in particular in rotation sensors, monitoring device therefor and rotation sensor obtained |
| RU2004113604A (en) * | 2004-05-05 | 2005-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшегоГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Московский государ профессионального образовани "Московский государственный университет сервиса" (ГОУВПО "МГУС") (RU)ственный университет сервиса" (ГОУВПО "МГУС") (RU) | METHOD FOR RESTORING WASTE CYLINDRICAL SURFACES |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1353595A1 (en) * | 1986-05-08 | 1987-11-23 | Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР | Method of repairing sliding friction units |
| EP0428462B1 (en) * | 1989-11-14 | 1995-01-25 | A.T.R. Advanced Technology Research, S.A. | Mounting method for shaft bearings, in particular in rotation sensors, monitoring device therefor and rotation sensor obtained |
| RU2004113604A (en) * | 2004-05-05 | 2005-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшегоГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Московский государ профессионального образовани "Московский государственный университет сервиса" (ГОУВПО "МГУС") (RU)ственный университет сервиса" (ГОУВПО "МГУС") (RU) | METHOD FOR RESTORING WASTE CYLINDRICAL SURFACES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6176619B1 (en) | Water lubricated machine component having contacting sliding surfaces | |
| EP2285884B1 (en) | Self-lubricating surface coating composition | |
| EP2565243A1 (en) | Self-lubricating surface coating composition for low friction or soft substrate applications | |
| US20090311476A1 (en) | Component Unit, in particular a molded component, with a coating | |
| JP2009540240A (en) | Shaft with fixed components | |
| EP2932112A1 (en) | Thrust washer | |
| US10571028B2 (en) | Ceramic seal runner support system | |
| US11428265B2 (en) | Plain bearing and method for its manufacture | |
| EP3803166B1 (en) | Shaft seal arrangement | |
| JP4306903B2 (en) | Wheel bearing device | |
| RU2812883C2 (en) | Method for fixing worn shaft-bearing joints of spindle units of metalworking equipment using polymer nanocomposition | |
| CN1373836A (en) | Hybrid ball bearing comprising ceramic balls and steel rings | |
| JP5761560B2 (en) | Thrust support device | |
| RU2021103329A (en) | METHOD FOR FIXING Worn "SHAFT-BEARING" JOINTS OF SPINDLE ASSEMBLY OF METAL-WORKING EQUIPMENT USING POLYMER NANOCOMPOSITION | |
| JP2001012208A (en) | Connection structure of turbine rotor blade and disk | |
| JP5248366B2 (en) | Power transmission device | |
| JP2007524045A (en) | Rolling bearing with nickel-phosphorus coating | |
| Tarelnyk et al. | Improvement of fixed joints quality by integrated technologies of electroerosive alloying | |
| JP6668098B2 (en) | Fluid dynamic bearing device | |
| KR101379871B1 (en) | Preparing method of bush bearing | |
| RU2766395C1 (en) | Method for crankshaft journals restoration by gluing semi-ring pads | |
| RU2535107C2 (en) | Repair of hydraulic motors | |
| RU74666U1 (en) | ENGINE CYLINDER BLOCK HOUSING | |
| RU2534698C2 (en) | Method of hydraulic engines repair | |
| CN105402415A (en) | Sliding member |