Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7352
(13) U
(46) 2011.06.30
(51) МПК
B 24B 31/00 (2006.01)
(54) СТАНОК ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ
СФЕРИЧЕСКИХ ТОРЦОВ БОЧКООБРАЗНЫХ РОЛИКОВ
(21) Номер заявки: u 20100877
(22) 2010.10.21
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный аг-
рарный технический университет"
(BY)
(72) Авторы: Акулович Леонид Михайло-
вич; Сергеев Леонид Ефимович; Агей-
чик Валерий Александрович; Ермаков
Николай Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Белорусский государствен-
ный аграрный технический универси-
тет" (BY)
(57)
Станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов бочкообразных ро-
ликов, содержащий С-образную станину и магнитную систему, состоящую из проходяще-
го через станину ярма и электромагнитных катушек, установленных на нижнем ведущем и
верхнем прижимном дисках, связанных с приводами вращения, отличающийся тем, что
нижний ведущий диск связан с приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симмет-
рии ярма горизонтальной оси с угловой скоростью ωu и имеет толщину, равную удвоен-
ной длине l ролика, и торец, в радиальном сечении выполненный по вогнутой окружности
радиусом
r = {l2
+ [R + 5-(R2
-l2
)0,5
]2
} / 2[R + 5-(R2
-l2
)0,5
],
Фиг. 1
BY7352U2011.06.30

2. BY 7352 U 2011.06.30
2
где r - радиус вогнутой поверхности торца в радиальном сечении;
l - половина толщины нижнего диска, равная длине конического ролика;
R - радиус сферы сферического торца конического ролика,
причем верхний прижимной диск выполнен в виде патрона с нижним отверстием под
установленный в него соосно меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы
большим сферическим основанием вниз бочкообразный ролик и связан с приводом вра-
щения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси с угловой скоро-
стью ωр с одновременным качательным движением при повороте симметрично ее в
плоскости симметрии ярма вокруг расположенной в центре кривизны сферического торца
ролика оси с максимальной угловой скоростью ωк, при этом отношение максимальной уг-
ловой скорости качания ролика симметрично вертикальной оси в плоскости симметрии
ярма ωк к угловой скорости вращения нижнего ведущего диска вокруг лежащей в плоско-
сти симметрии ярма горизонтальной оси ωu и к угловой скорости вращения ролика вокруг
собственной оси ωр равно
ωк : ωu : ωр = 0,10…0,15 : 20…25 : 55…60,
а нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси
плоскости симметрии кольцевую прямоугольную по ее меньшему диаметру выемку ши-
риной 4…5 мм, глубиной 4…5 мм и расположенные симметрично ей аналогичные коль-
цевые выемки такой же ширины и минимальной глубины, причем расстояние между
ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска
выемок составляет 7…10 мм, а торцевые края нижнего ведущего диска, примыкающие к
крайним выемкам, выполнены цилиндрической формы по максимальным диаметрам бо-
ковых стенок крайних выемок.
(56)
1. А.с. СССР 1030147, МПК В 24В 31/00, 1983.
2. Нарышкин В.Н., Коросташевский Р.В. Подшипники качения : Справочник. - М.:
Машиностроение, 1984. - С. 60-61.
3. ГОСТ 520-2002. Подшипники качения. Общие технические условия. Межгосудар-
ственный стандарт. - Минск, по заказу Госстандарта РФ. - С. 126.
4. ГОСТ 9942-90. Подшипники упорные радиальные роликовые сферические одинар-
ные. Технические условия. - М.: ФГУП, Стандартинформ, 2007. - С. 1-5.
5. Патент Российской Федерации на изобретение 2107110 C1, МПК С 22С 38/60,
H 01F 1/14.
5. Рывкин А.А., Рывкин А.З., Хренов Л.С. Справочник по математике. Изд. 3-е. - М.:
Высшая школа. - С. 199.
Полезная модель относится к чистовой обработке изделий ферроабразивным порош-
ком (ФАП) в магнитном поле и может быть использована в различных отраслях машино-
строения при обработке поверхностей роликов подшипников качения.
Известен [1] станок для магнитно-абразивной обработки шариков, содержащий
С-образную станину и магнитную систему, состоящую из проходящего через станину яр-
ма и электромагнитных катушек, установленных на ведущем и прижимном дисках, пер-
вый из которых связан с приводом вращения вокруг вертикальной оси, а второй - с
приводом возвратно-поступательных перемещений вдоль той же оси, причем на обращен-
ных друг к другу торцах дисков выполнены канавки полукруглого профиля, а в канавке
каждого диска установлены вставки из диамагнитного материала, которые расположены
поочередно по обе стороны от оси симметрии полукруглого профиля канавки.
Такое устройство не позволяет производить качественную и производительную маг-
нитно-абразивную обработку поверхностей сферических торцов бочкообразных роликов

3. BY 7352 U 2011.06.30
3
роликовых упорных сферических одинарных подшипников, например, номер 9039428 и
9039434 [2, 3, 4].
Задачей, которую решает полезная модель, является повышение качества и произво-
дительности магнитно-абразивной обработки поверхностей сферических торцов бочкооб-
разных роликов роликовых упорных сферических одинарных подшипников.
Поставленная задача решается с помощью станка для магнитно-абразивной обработки
сферических торцов конических роликов, содержащего С-образную станину и магнитную
систему, состоящую из проходящего через станину ярма и электромагнитных катушек,
установленных на нижнем ведущем и верхнем прижимном дисках, связанных с привода-
ми вращения, где нижний ведущий диск связан с приводом вращения вокруг лежащей в
плоскости симметрии ярма горизонтальной оси с угловой скоростью ωu и имеет толщину,
равную удвоенной длине l ролика, и торец, в радиальном сечении выполненный по вогну-
той окружности радиусом
r = {l2
+ [R + 5-(R2
-l2
)0,5
]2
} / 2[R + 5-(R2
-l2
)0,5
],
где r - радиус вогнутой поверхности торца в радиальном сечении;
l - половина толщины нижнего диска, равная длине конического ролика;
R - радиус сферы сферического торца конического ролика,
причем верхний прижимной диск выполнен в виде патрона с нижним отверстием под
установленный в него соосно меньшим основанием вверх и выступающим за его пределы
большим сферическим основанием вниз бочкообразный ролик и связан с приводом вра-
щения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма вертикальной оси с угловой скоро-
стью ωр с одновременным качательным движением при повороте симметрично ее в
плоскости симметрии ярма вокруг расположенной в центре кривизны сферического торца
ролика оси с максимальной угловой скоростью ωк, при этом отношение максимальной уг-
ловой скорости качания ролика симметрично вертикальной оси в плоскости симметрии
ярма ωк к угловой скорости вращения нижнего ведущего диска вокруг лежащей в плоско-
сти симметрии ярма горизонтальной оси ωu и к угловой скорости вращения ролика вокруг
собственной оси ωр равно
ωк : ωu : ωр = 0,10…0,15 : 20…25 : 55…60,
а нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси
плоскости симметрии кольцевую прямоугольную по ее меньшему диаметру выемку ши-
риной 4…5 мм, глубиной 4…5 мм и расположенные симметрично ей аналогичные коль-
цевые выемки такой же ширины и минимальной глубины, причем расстояние между
ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска
выемок составляет 7…10 мм, а торцевые края нижнего ведущего диска, примыкающие к
крайним выемкам, выполнены цилиндрической формы по максимальным диаметрам бо-
ковых стенок крайних выемок.
На фиг. 1 изображен общий вид станка; на фиг. 2 показана расчетная схема для опре-
деления радиуса вогнутой поверхности торца нижнего ведущего диска в радиальном се-
чении r.
Станок для магнитно-абразивной обработки сферических торцов бочкообразных ро-
ликов содержит С-образную станину 1 и магнитную систему, состоящую из проходящего
через станину 1 ярма 2 и электромагнитных катушек 3 и 4, установленных соответственно
на нижнем ведущем 5 и верхнем прижимном 6 дисках, связанных с приводами вращения.
Нижний ведущий магнитопроводящий диск 5 связан с включающим электродвигатель 7
приводом вращения вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма 2 горизонтальной оси с
угловой скоростью ωu. Верхний прижимной диск 6 выполнен в виде магнитопроводящего
патрона с нижним отверстием под установленный в него соосно меньшим основанием
вверх и выступающим за его пределы большим сферическим основанием вниз бочкооб-
разный ролик 8, фиксируемый в верхнем прижимном диске 6 силами трения и силами
упругости от сжатия упругого резинового фиксирующего кольца 18, и связан с приводом

4. BY 7352 U 2011.06.30
4
вращения от электродвигателя 9 вокруг присоединенной к нему лежащей в плоскости
симметрии ярма вертикальной оси 10 с угловой скоростью ωp, равной угловой скорости
вращения бочкообразного ролика 8 вокруг собственной оси. Одновременно патрон 6 осу-
ществляет качательное движение с максимальной угловой скоростью ωк во время его по-
ворота симметрично вертикальной оси 10 в плоскости ярма 2 вокруг расположенной в
центре кривизны сферического торца бочкообразного ролика 8 перпендикулярной плос-
кости ярма 2 оси за счет находящейся в этом центре, соединяющей верхнюю и нижнюю
части вертикальной оси 10 шарнирной муфты 11. Нижняя часть вертикальной оси 10 со-
держит шлицевое соединение 12 со стопорным болтом 13 с возможностью изменения
длины нижней части вертикальной оси 10 с закрепленным на ней снизу патроном 6. Элек-
тромагнитная катушка 4 установлена на патроне 6 с помощью подшипника скольжения 14
и, не имея возможности совершать вследствие наличия подшипника 14 вращательного
движения вместе с вертикальной осью 10, с помощью находящихся в плоскости ярма 2
присоединенного к катушке 4 с помощью шарнира 15 стержня 16 и шарнирно присоеди-
ненного к нему кривошипно-шатунного механизма 17 с электродвигателем (на фигуре не
показан) имеет возможность совершать вышеописанное качательное движение. Материал
подшипника скольжения 14 выполнен из магнитострикционного сплава на основе железа,
содержащего ряд компонентов, в том числе алюминий, кремний, углерод и серу. Данный
сплав относится к магнитно-мягким материалам, и технический эффект от его применения
состоит в стабильном получении высоких значений индукции насыщения за счет направ-
ленных напряжений, возникающих при выделении карбидов алюминия, и образования
правильно ориентированной доменной структуры [5]. Нижний ведущий диск 5 имеет
толщину, равную удвоенной длине l ролика, и торец, в радиальном сечении выполненный
по вогнутой окружности радиусом
r = {l2
+ [R + 5-(R2
-l2
)0,5
]2
} / 2[R + 5-(R2
-l2
)0,5
], (1)
где r - радиус вогнутой поверхности торца в радиальном сечении;
l - половина толщины нижнего диска, равная длине конического ролика;
R - радиус сферы сферического торца конического ролика.
При этом толщина нижнего ведущего диска 5 равна 2l - удвоенной длине бочкообраз-
ного ролика 8, а между сферической поверхностью торца бочкообразного ролика 8 за счет
наличия заявленной величины радиуса r вогнутой поверхности торца в радиальном сече-
нии в вертикальной плоскости симметрии образуется увеличение зазора на 5 мм по срав-
нению с минимальным в крайних положениях. Представленная в формуле (1) величина
радиуса r получена в результате решения уравнения (2), где присутствует определенная по
формуле [6], показанная на фиг. 2 разница h между величинами максимального и мини-
мального радиусов нижнего ведущего диска и половина толщины этого диска l:
r = (l2
+ h2
)/2h. (2)
В это уравнение подставляется определенное по фиг. 2 с использованием формулы
Пифагора значение
h = R + 5-(R2
-l2
)0,5
. (3)
Например, при размерах бочкообразного ролика роликового упорного сферического
одинарного подшипника номер 9039428 R = 180 мм, l = 44,8 мм, h = 10,4 мм.
Отношение максимальной угловой скорости качания ролика симметрично вертикаль-
ной оси при повороте в плоскости симметрии ярма ωк к угловой скорости вращения ниж-
него ведущего диска вокруг лежащей в плоскости симметрии ярма горизонтальной оси ωu
и к угловой скорости вращения ролика вокруг его оси ωp равно
ωк : ωu : ωp = 0,10…0,15 : 20…25 : 55…60. (4)
Нижний ведущий диск имеет расположенную симметрично перпендикулярной его оси
плоскости симметрии кольцевую прямоугольную по ее меньшему диаметру выемку ши-
риной 4…5 мм, глубиной 4…5 мм и расположенные симметрично ей аналогичные коль-
цевые выемки такой же ширины и минимальной глубины, причем расстояние между

5. BY 7352 U 2011.06.30
5
ближайшими краями последовательно расположенных вдоль оси нижнего ведущего диска
выемок составляет 7…10 мм, а торцевые края нижнего ведущего диска, примыкающие к
крайним выемкам, выполнены цилиндрической формы по максимальным диаметрам бо-
ковых стенок крайних выемок.
Станок работает следующим образом.
Перед началом работы после установки обрабатываемого бочкообразного ролика 8 в
патрон 6 между сферической поверхностью ролика 8 и торцом нижнего ведущего диска 5
устанавливается с помощью шлицевого соединения 12 и стопорного болта 13 минималь-
ный зазор 1…2 мм и помещается ФАП (на фигуре не показано). Нижний ведущий диск 5
приводится с помощью электродвигателя 7 во вращение вокруг горизонтальной оси, а па-
трон 6 вместе с бочкообразным роликом 8 приводится с помощью электродвигателя 9 во
вращение вокруг своей оси и одновременно с помощью кривошипно-шатунного механиз-
ма 17 и стержня 16 совершает благодаря вмонтированной в вертикальную ось 10 шарнир-
ной муфте 11 качательное движение в плоскости ярма вокруг расположенной в центре
кривизны сферического торца бочкообразного ролика 8 оси. Торцевая сферическая по-
верхность бочкообразного ролика 8 плавно и равномерно обрабатывается ФАП, при этом
силы трения, упругости резинового фиксирующего кольца 18 и магнитное поле катушек 3
и 4 удерживают бочкообразный ролик 8 в патроне 6. Отношение максимальной угловой
скорости качания ролика симметрично вертикальной оси при повороте в плоскости сим-
метрии ярма ωк к угловой скорости вращения нижнего ведущего диска вокруг лежащей в
плоскости симметрии ярма горизонтальной оси ωu и к угловой скорости вращения ролика
вокруг своей оси ωр, равное
ωк : ωu : ωр = 0,10…0,15 : 20…25 : 55…60,
позволяет устранить неоднородность абразивного воздействия на торец ролика, а наличие
серповидного зазора между сферической поверхностью торца бочкообразного ролика 8 и
торцом нижнего ведущего диска 5 обеспечивает подвижность ферроабразивной "щетки"
для нивелирования разницы окружных скоростей точек торца ролика. При этом происхо-
дит процесс самозатачивания абразивных зерен, снижается степень температурного и аб-
разивного воздействия на сферическую поверхность торца, обеспечивается стабильность
качественных характеристик поверхностного слоя торца ролика путем оптимизации глу-
бины резания и уменьшения интенсивности воздействия теплоты, выделяющейся при
резании, от периферии к центру ролика. Имеющее место при работе станка перекрестное
воздействие абразивных зерен обеспечивает высокую степень точности обработки сфе-
рической поверхности торца ролика путем ее совпадения с траекторией движения абра-
зивных зерен и создания эффекта постоянства процесса резания, в отличие от
применяемого прерывистого и приводящего к веерообразной радиальной шероховатости
с температурным ожогом в центре. Выполнение на нижнем ведущем диске вышеописан-
ных кольцевых выемок позволяет интенсифицировать МАО на рабочей части полюсных
наконечников. Образующееся по краям кольцевых выемок неоднородное магнитное по-
ле позволяет удерживать в контакте с деталью максимальное количество порошка, уве-
личивает интенсивность съема материала при устранении дефектного слоя, возникшего
при предшествующих технологических операциях. Имеющее место при этом повышенное
давление порошка на обрабатываемую поверхность обеспечивает повышение качества об-
работки поверхностного слоя детали с уменьшением его шероховатости и остаточных
напряжений растяжения. При этом образуется поверхностный наклепанный слой, сопро-
вождающийся увеличением долговечности детали при одновременном отсутствии необ-
ходимости повышения магнитной индукции, например, за счет увеличения
электрического тока, что улучшает технико-экономические показатели МАО детали.

6. BY 7352 U 2011.06.30
6
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.