RU2228830C2 - Apparatus for testing pressing strength of bearing race onto journal of shaft at heat assembling - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanic assembling production, namely direct testing of strength of interference joining of parts of formed joints. SUBSTANCE: apparatus includes elastic member mounted concentrically relative to bearing race and having on its surface strain-sensitive resistor elements closed by casing. Elastic member is in the form of sleeve with cone inner surface and it has on its outer cylindrical surface (in mean portion of said surface) annular turning on bottom of which high temperature strain- sensitive resistor elements under protective casing are placed. At side of large diameter of cone surface of elastic member, internal thread is formed on length portion of elastic member. Apparatus includes slit type fastening sleeve with cone outer surface mounted with possibility of engagement of inner surface of elastic member with outer surface of race of bearing assembly. EFFECT: enhanced reliability of evaluated strength value of heat pressing of bearing races onto journals of paired wheel axles. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к механосборочному производству, в частности к сборке поперечно-прессовых соединений с использованием нагрева охватывающей детали, а именно к технологии тепловой напрессовки внутренних колец роликовых буксовых подшипников на шейки осей колесных пар железнодорожного подвижного состава. Предназначено для осуществления прямого контроля прочности сопряжения деталей с натягом в сформированных соединениях.The invention relates to mechanical assembly production, in particular to the assembly of cross-press joints using heating of the female part, and in particular to the technology of thermal pressing of the inner rings of axlebox bearings on the necks of the axles of the wheel sets of railway rolling stock. Designed for direct control of the strength of the mating parts with interference in the formed joints.

В производстве применяется способ косвенного контроля прочности тепловой напрессовки колец на шейки осей, который заключается в определении разности величин диаметров посадочных поверхностей сопрягаемых деталей перед сборкой (усредненный натяг, нормируемый в пределах 0,04-0,06 мм для роликовых колесных пар вагонов РУ-950) с помощью мерительных инструментов. Контроль посадки по замерам диаметров не обеспечивает возможности получения вполне достоверных оценок фактической величины контактного давления, обуславливающего напряженное состояние деталей полученного соединения с натягом, сопротивление посадки относительному сдвигу и проворачиванию охватывающей детали [1].In production, a method is used to indirectly control the strength of the thermal pressing of rings on the axle journals, which consists in determining the difference in the diameters of the seating surfaces of the mating parts before assembly (average interference, normalized within 0.04-0.06 mm for roller wheelsets of RU-950 wagons ) using measuring tools. Monitoring of fit by measuring diameters does not provide the possibility of obtaining quite reliable estimates of the actual value of contact pressure, which determines the stress state of the parts of the obtained connection with interference, the resistance of the fit to relative shear and turning of the covering part [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является тензодатчик измерения сил в деталях и узлах механизмов [2]. Тензодатчик состоит из измерительных элементов с тензорезисторами, включенных в измерительный мост тензорезисторного усилителя. Тензодатчик содержит упругий чувствительный элемент в виде цилиндра, на наружной поверхности которого вдоль и поперек оси симметрии наклеены тензорезисторы, соединенные в мостовую измерительную схему. Применение этого тензодатчика не обеспечивает достоверности контроля прочности сопряжения деталей с натягом в сформированных соединениях.Closest to the technical nature of the claimed device is a strain gauge for measuring forces in parts and components of mechanisms [2]. The strain gauge consists of measuring elements with strain gauges included in the measuring bridge of the strain gauge amplifier. The strain gauge contains an elastic sensing element in the form of a cylinder, on the outer surface of which, along and across the axis of symmetry, strain gages are glued connected to a bridge measuring circuit. The use of this strain gauge does not provide reliable control of the strength of the mating parts with interference in the formed joints.

Задачей изобретения является достоверность контроля качества сборки тепловых соединений “шейка оси - кольцо подшипника” для повышения технического ресурса и надежности буксовых узлов и колесных пар вагонов колеи 1520 мм.The objective of the invention is the reliability of the quality control of the assembly of thermal connections “axis of the axis - bearing ring” to increase the technical resource and reliability of axle boxes and wheel pairs of 1520 mm gauge cars.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для контроля прочности напрессовки на шейку оси кольца подшипника при тепловой сборке соединения содержит упругий элемент, установленный концентрично относительно последнего, который имеет на своей поверхности закрытые кожухом тензорезисторы. Упругий элемент выполнен в виде втулки с конусной внутренней поверхностью и имеет на своей наружной цилиндрической поверхности в средней части последней кольцевую проточку, на данной части которой размещены под защитным кожухом высокотемпературные тензорезисторы. Со стороны большого диаметра конусной поверхности упругого элемента выполнена внутренняя резьба на части длины последнего. Устройство дополнительно содержит разрезную закрепительную втулку с конусной наружной поверхностью, обеспечивающую в качестве промежуточного сжимаемого звена взаимодействия внутренней поверхности упругого элемента с наружной поверхностью контролируемого кольца подшипника, и снабжено нажимной гайкой с проходным отверстием под наружный диаметр рабочей цилиндрической поверхности контролируемого кольца подшипника, которая при ее заворачивании во внутреннюю полость упругого элемента воздействует на торец конусной закрепительной втулки, при этом создается предварительное напряженное состояние элементов соединения.The technical result is achieved due to the fact that the device for controlling the compressive strength on the neck of the axis of the bearing ring during thermal assembly of the connection contains an elastic element mounted concentrically relative to the latter, which has strain gages closed by a casing on its surface. The elastic element is made in the form of a sleeve with a conical inner surface and has an annular groove on its outer cylindrical surface in the middle part of the latter, on this part of which high-temperature strain gauges are placed under the protective casing. From the side of the large diameter of the conical surface of the elastic element, an internal thread is made on a part of the length of the latter. The device further comprises a split adapter sleeve with a tapered outer surface, which provides as an intermediate compressible link the interaction of the inner surface of the elastic element with the outer surface of the controlled bearing ring, and is equipped with a compression nut with a bore for the outer diameter of the working cylindrical surface of the controlled bearing ring, which, when screwed in the internal cavity of the elastic element acts on the end face of the conical fixing tulki, while creating a preliminary stress state of the connection elements.

На чертеже изображено устройство для контроля прочности напрессовки на шейку оси кольца подшипника при тепловой сборке.The drawing shows a device for monitoring the strength of pressing on the neck of the axis of the bearing ring during thermal assembly.

Устройство содержит измерительную конусную резьбовую втулку 1, снабженную кольцевой полостью А для размещения равномерно по окружности четырех высокотемпературных тензорезисторов 2 и термопары 3, кольцевым ребром 4 с прорезями 5 под накидной гаечный ключ и защитный кожух 6 с креплением 7, а также конусную разрезную закрепительную втулку 8 с нажимной гайкой 9 для затяжки резьбы после установки втулки 1 на кольце 10 подшипника, подлежащего тепловой напрессовке.The device comprises a measuring conical threaded sleeve 1, equipped with an annular cavity A for evenly spacing four high-temperature strain gauges 2 and a thermocouple 3, an annular rib 4 with slots 5 for a ring wrench and a protective casing 6 with a fastening 7, as well as a conical split adapter sleeve 8 with a pressure nut 9 for tightening the thread after installing the sleeve 1 on the bearing ring 10 to be heat-pressed.

Устройство работает следующим образом. Конусную измерительную втулку 1 надевают на кольцо 10 и устанавливают концентрично относительно кольца при помощи закрепительной втулки 8. Затем затягивают нажимную гайку 9. При этом уменьшается зазор, обозначенный на чертеже, и обеспечивается радиальный натяг тензометрической втулки 1 относительно поверхности диаметром дорожки качения на кольцо 10 подшипника за счет промежуточного сжимаемого звена (конусной втулки 8). В сборе элементы 1, 8, 10 (составной толстостенный цилиндр) подготовлены к тепловой сборке соединения “шейка ось-кольцо подшипника”. С помощью измерительной аппаратуры записывают температуру и начальные окружные напряжения на поверхности измерительной втулки 1, снимая показания тензодатчиков 2 при температуре производственного помещения и термопары 3.The device operates as follows. The conical measuring sleeve 1 is put on the ring 10 and mounted concentrically with respect to the ring using the adapter sleeve 8. Then tighten the pressure nut 9. This reduces the gap indicated in the drawing, and provides a radial tension of the strain gauge sleeve 1 relative to the surface with a raceway diameter on the bearing ring 10 due to the intermediate compressible link (conical sleeve 8). Assembled elements 1, 8, 10 (composite thick-walled cylinder) are prepared for the thermal assembly of the “neck-ring-bearing” joint. Using measuring equipment, record the temperature and initial circumferential stresses on the surface of the measuring sleeve 1, taking readings of strain gauges 2 at the temperature of the production room and thermocouple 3.

Данные автоматически выводятся на печатающее устройство. Отсоединяют измерительную аппаратуру и нагревают в сборе составной толстостенный цилиндр (1, 8, 10) до момента окончательного расширения кольца подшипника под посадочный размер (с зазором) на шейку оси колесной пары. Температура нагрева не более 100-120°С, перегрев не допускается. Подсоединяют к нагретому блоку (1, 8, 10) измерительную и записывающую аппаратуру и совмещают кольцо подшипника 10 с шейкой оси, фиксируя положение последнего по месту посадки. Записывают максимальные напряжения на поверхности закрепления тензодатчиков 2 и температуру нагрева. Выключают записывающую аппаратуру на время полного остывания элементов и получения соединения с натягом “шейка оси-кольцо подшипника”. После этого включают измерительную аппаратуру и печатающее устройство. Повторный замер указанных напряжений производится после остывания сформированного напряженного соединения (шейка оси-кольцо подшипника-закрепительная втулка-тензометрическая втулка) до температуры производственного помещения. Расчетным путем проводится определение величин окружных напряжений G_tn на внутренней поверхности кольца подшипника, фактического натяга и контактного давления в зоне сопряжения кольца с шейкой оси колесной пары. Таким образом, контроль осуществляется дважды: 1 - перед тепловой сборкой косвенным способом путем замеров посадочных поверхностей деталей и подбора их по заданной величине натяга (0,04-0,06 мм); 2 - после остывания кольца подшипника по месту его посадки на шейке оси по величине напряжений от фактического натяга в сопряжении. Это существенно повышает достоверность оценки прочности сопряжения тепловых напрессовок колец подшипников на шейки осей колесных пар. Результаты получены по замеру напряжений, превышающих нормированные значения от установленных эталонных величин. В противном случае полученное тепловое соединение бракуется и подлежит расформированию. Полученные данные характеризуют величины нормальных напряжений растяжения на поверхности втулки 10 при температуре производственного помещения.Data is automatically output to the printing device. The measuring equipment is disconnected and the assembled composite thick-walled cylinder (1, 8, 10) is heated until the final extension of the bearing ring to the landing size (with a gap) on the neck of the axle of the wheelset. The heating temperature is not more than 100-120 ° C, overheating is not allowed. Connect measuring and recording equipment to the heated block (1, 8, 10) and combine the bearing ring 10 with the neck of the axis, fixing the position of the latter at the landing site. The maximum stresses on the fixing surface of the load cells 2 and the heating temperature are recorded. The recording equipment is turned off for the period of complete cooling of the elements and obtaining a connection with an interference fit “neck axis-bearing ring”. After that include measuring equipment and a printing device. Re-measurement of the indicated stresses is carried out after cooling the formed stress joint (neck of the axis-bearing ring-adapter sleeve-strain gauge sleeve) to the temperature of the production room. The calculation method is used to determine the magnitude of the circumferential stresses G _tn on the inner surface of the bearing ring, the actual interference fit and contact pressure in the area of the interface between the ring and the neck of the wheel pair axis. Thus, the control is carried out twice: 1 - before thermal assembly in an indirect way by measuring the seating surfaces of the parts and selecting them according to a given interference fit (0.04-0.06 mm); 2 - after cooling of the bearing ring at the place of its landing on the neck of the axis according to the magnitude of the stresses from the actual interference in the pair. This significantly increases the reliability of assessing the strength of the mating of the thermal pressings of the bearing rings on the necks of the axles of the wheelsets. The results are obtained by measuring the voltages in excess of the normalized values of the established reference values. Otherwise, the resulting thermal compound is rejected and must be disbanded. The obtained data characterize the values of normal tensile stresses on the surface of the sleeve 10 at the temperature of the production room.

Источники информацииSources of information

1. Гречищев Е.С., Ильяшенко А.А. Соединения с натягом. Расчеты, проектирование, изготовление. - М.: Машиностроение, 1981, сс. 5, 32-33, 204.1. Grechishchev E.S., Ilyashenko A.A. Interference fit. Calculations, design, manufacturing. - M.: Mechanical Engineering, 1981, ss. 5, 32-33, 204.

2. А.с. СССР № 1656361, МПК G 01 L 1/22. Тензодатчик усилий, 1991. Бюл. № 22 - прототип.2. A.S. USSR No. 1656361, IPC G 01 L 1/22. Strain Gauge, 1991. Bull. No. 22 is a prototype.

Claims (3)

1. Устройство для контроля прочности напрессовки на шейку оси кольца подшипника при тепловой сборке, содержащее упругий элемент, установленный концентрично относительно последнего и имеющий на своей поверхности закрытые кожухом тензорезисторы, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде втулки с конусной внутренней поверхностью и имеет на своей наружной цилиндрической поверхности в средней части последней кольцевую проточку, на данной части которой размещены под защитным кожухом высокотемпературные тензорезисторы, а со стороны большого диаметра конусной поверхности упругого элемента выполнена внутренняя резьба на части длины последнего.1. A device for controlling the strength of the pressing on the neck of the axis of the bearing ring during thermal assembly, containing an elastic element mounted concentrically relative to the latter and having strain gauges closed by a casing on its surface, characterized in that the elastic element is made in the form of a sleeve with a conical inner surface and has its outer cylindrical surface in the middle part of the latter an annular groove, on this part of which high-temperature strain gauges are placed under the protective casing, and with Rhone large diameter tapered surface of the elastic member is formed on the internal thread portion of the length of the latter. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что имеет разрезную закрепительную втулку с конусной наружной поверхностью, установленную с возможностью взаимодействия внутренней поверхности упругого элемента с наружной поверхностью контролируемого кольца подшипника.2. The device according to claim 1, characterized in that it has a split adapter sleeve with a tapered outer surface, mounted with the possibility of interaction of the inner surface of the elastic element with the outer surface of the controlled bearing ring. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что снабжено нажимной гайкой с проходным отверстием под наружный диаметр рабочей цилиндрической поверхности контролируемого кольца подшипника, установленную с возможностью заворачивания во внутреннюю полость упругого элемента и воздействия на торец конусной закрепительной втулки.3. The device according to claim 2, characterized in that it is equipped with a compression nut with a bore for the outer diameter of the working cylindrical surface of the controlled bearing ring installed with the possibility of wrapping an elastic element in the inner cavity and impacting the end of the conical adapter sleeve.