8.4. Конструирование подшипниковых узлов
Выбор типа подшипника. При выборе типа подшипника необходимо учитывать
их стоимость. Самыми дешевыми считаются шариковые радиальные подшипники
легкой серии.
Для подавляющего большинства механизмов общего машиностроения обычно
используют подшипники класса точности 0, но если требуется повышенная
точность вращения вала, то следует выбирать подшипники более
высокого класса 6, 5, 4 или 2.
Подшипниковый узел – источник шума. Для уменьшения шума быстроходных
шпинделей рекомендуется применять подшипники высокого класса точности.
Радиальный шариковый однорядный подшипник – самый дешевый
подшипник и поэтому находит широкое применение в машиностроении. Этот
подшипник воспринимает радиальную, радиальную и осевую одновременно или
чисто осевую нагрузку. Обеспечивает осевое фиксирование вала в двух
направлениях. Допускает перекос колец до 1/4(. Подшипник хорошо
работает при высокой частоте вращения.
Радиальный шариковый двухрядный сферический подшипник воспринимает
главным образом радиальную нагрузку. Осевую нагрузку воспринимает, но
только незначительной величины. При незначительной осевой нагрузке может
фиксировать вал от осевых смещений в двух направлениях. Подшипник
допускает перекос колец до 2(. Этот тип подшипника применяется в ножевых
валах фуговальных и рейсмусовых станков.
Радиально-упорный шариковый подшипник может воспринимать одновременно
радиальную и одностороннюю осевую нагрузку или чисто осевую нагрузку.
Подшипник хорошо работает при высокой частоте вращения. Подшипники этого
типа устанавливают парными комплектами, при этом одноименные торцы
наружных колец (узкие или широкие) должны быть обращены друг к другу.
Это позволяет фиксировать вал в обоих осевых направлениях.
При высокой радиальной нагрузке в шпиндельных узлах применяют также
роликовые радиальные или радиально-упорные подшипники [34]. При этом
следует учитывать, что шариковые подшипники обеспечивают большую
точность и частоту вращения, а роликовые – большую грузоподъемность и
жесткость.
Соосность посадочных мест. Для предотвращения перекоса колец подшипника
и перегрузки его тел качения цилиндрические поверхности посадочных мест
под подшипники должны быть соосны. Это достигается просто, если
подшипниковые опоры размещаются в общем корпусе. Если используется два
корпуса, то их сначала фиксируют на станине штифтами, а затем отверстия
под наружные кольца подшипников растачивают с одной установки за один
проход. Использование двух корпусов без дополнительной расточки возможно
в случае установки в них сферических самоустанавливающихся подшипников.
Посадочные места на валах всегда должны вытачиваться на станке с одной
установки.
Жесткость и прочность деталей подшипникового узла достигается при
использовании следующих рекомендаций. Нагрузки, действующие на опоры, не
должны вызывать в стенках корпусов и валах прогибов, способных привести
к нарушению соосности. Для этого стенки корпусов с расточками под
наружные кольца подшипников должны иметь достаточную толщину.
Высота заплечиков на валах и в отверстиях корпусов должна быть
достаточной для восприятия осевых нагрузок. Торцовые крышки должны быть
достаточно жесткими, чтобы предотвращать нарушение положения подшипника.
Для обеспечения нормальной сборки и разборки подшипникового узла
необходимо предусмотреть фаски на конце шейки вала и расточки у корпуса.
В конструкции узла должна быть предусмотрена возможность применения
съемников для снятия подшипника. Для этого в корпусах и на валах
выполняются специальные пазы под лапы съемников, расположенные под углом
120( (рис. 48, а).
В глухих корпусах следует предусмотреть резьбовые отверстия, через
которые с помощью болтов подшипник можно выпрессовать из корпуса (рис.
48, б).
Фиксация подшипников. Валы должны удерживаться подшипниками от осевых
смещений, т.е. должны быть зафиксированы в осевом направлении
относительно корпуса. Фиксирование подшипников в корпусе осуществляется
по одной из четырех схем, приведенных на рис. 49.
Схема I. В корпусе фиксируется с обеих сторон наружное кольцо одного
подшипника. Вторая опора является скользящей (плавающей) не
зафиксированной в осевом направлении. Такая конструкция позволяет
компенсировать тепловое удлинение деталей узла. Удлинение вала при
нагревании равно, мм:
,
где t2 – рабочая температура вала, (С;
t1 –температура окружающей среды, (С;
l – длина вала, мм.
Требуемый осевой зазор создается с помощью набора мерных прокладок,
устанавливаемых между торцовыми поверхностями корпуса и фланцев крышек.
Обычно осевой зазор составляет около 0,5 мм.
При использовании схемы I жесткость вала радиальная, осевая и угловая
получается небольшой. Кроме того, затрудняется расточка корпуса, т.к.
исключается возможность его обработки с одной установки.
Схема II. В фиксируюшей опоре устанавливается два подшипника, которые
при регулировании позволяют исключить радиальную и осевую игру вала.
Сдвоенный подшипник значительно увеличивает угловую жесткость вала.
Однако конструкция подшипникового узла усложняется.
Схема III. Внешние торцы подшипников упираются в торцы крышек или других
деталей корпуса. Обеспечивается фиксация в распор. Схема конструктивно
проста и находит широкое применение при коротких и жестких валах.
Схема IV. Эта схема обеспечивает осевую фиксацию вала врастяжку. Она
исключает заклинивание вала при его нагревании, однако такая схема
конструктивно сложна и применяется сравнительно редко.
В конструкциях шпинделей наиболее часто применяются схемы I и II, в
которых фиксируется обычно опора, ближняя к режущему инструменту. В ней
устанавливается один или два подшипника. Другая подшипниковая опора,
расположенная около шкива или муфты, делается “плавающей”.
Предварительный натяг подшипников. Предварительный натяг обязательно
создается в спаренных радиально-упорных
подшипниках. Предварительный натяг создается следующими основными
способами [34]:
– затяжкой подшипников на мерное осевое смещение наружных колец
относительно внутренних;
– затяжкой подшипников до получения определенного момента сопротивления
вращению;
– приложением к подшипникам постоянной осевой силы (пружинный натяг).
Для реализации указанных способов известно много конструктивных решений.
При первом способе, например, между внутренними и наружными кольцами
парных подшипников устанавливают дистанционные втулки 1 и 2 (рис. 50)
неравной длины. При сжатии колец подшипников в осевом направлении в
системе возникает натяг, определяемый разностью а длин втулок. Указанное
значение для быстроходных валов принимают равным а = 0,05-0,07 мм.
Крепление подшипников. Торцовые поверхности колец подшипника являются
базирующими. Они определяют положение подшипника относительно оси вала
(отверстия). От положения этих поверхностей зависит степень перекоса
колец. При значительном перекосе колец подшипник быстро изнашивается и
выходит из строя. Для предотвращения перекоса кольца подшипников надо
точно базировать по их торцам.
Кольца подшипников имеют небольшую жесткость. При запрессовке подшипника
на вал из-за неравномерности приложения внешних сил и сил трения
внутреннее кольцо деформируется. Чтобы выправить положение подшипника
его внутреннее кольцо надо довести до заплечиков вала и плотно прижать к
ним.
Таким образом, внутренние кольца подшипников запрессовываются до упора
в заплечики вала. Очевидно, что заплечики должны быть строго
перпендикулярны к оси посадочной шейки вала.
Тип посадки внутреннего кольца при сборке зависит от класса точности
подшипника. Для подшипников классов точности 0 и 6 посадочное место
вала обрабатывается с основным отклонением k6, m6, n6.
Кроме того, внутренние кольцо подшипника должно быть зафиксировано на
вале от осевого смещения. Основные способы крепления подшипника на вале
приведены в табл. 30.
Таблица 30
Способы крепления подшипников на валу
Эскиз Способ крепления
Пружинным стопорным кольцом, вставленным в проточку на валу. Крепление
применяют при незначительных осевых нагрузках
Упорные заплечики на валах и в отверстиях корпусов должны иметь
достаточную высоту, чтобы кольца подшипников имели хорошую опорную
поверхность. Если величину фаски колец подшипника обозначить r, то
высоту заплечиков t приблизительно можно принять t ( 2r.
Отверстия корпусов под подшипники шпинделей и быстроходных валов
должны выполняться с основным отклонением Н7.
Основные способы крепления подшипников в корпусе приведены в табл. 31.
Таблица 31
Способы крепления подшипников в корпусе
Эскиз Способ крепления
1. Пружинными стопорными кольцами, вставленными в проточки неразъемного
корпуса. Крепление применяют при незначительных осевых нагрузках.
Винтом с конусным концом, прижимающим распорную втулку к наружному
кольцу подшипника
8.5. Смазка подшипников
В технической системе “шпиндель” устройства и способы
подведения смазывающего материала к трущимся поверхностям выделяются в
отдельную подсистему смазки. Эта
подсистема взаимодействует с объектом смазки и состоит из совокупности
смазывающего материала и устройства, реализующего конкретный способ
подведения смазки к объекту. При этом для каждого объекта смазки может
быть создана отдельная подсистема смазки. При функционировании шпинделя
подсистема смазки оказывает влияние на величину КПД, коррозию его
деталей, уровень шума, создаваемого подшипниками, долговечность и
надежность. Работа шпинделя без смазки невозможна.
Подсистема смазки отличается динамическими свойствами. С течением
времени смазывающий материал высыхает, густеет, уменьшается в объеме, в
нем накапливаются продукты износа. Поэтому периодически приходится
смазывающий материал заменять. При этом известно, что система “шпиндель”
работает неудовлетворительно, когда смазывающего материала подается к
подшипникам качения и мало, и много. Когда смазки в подшипниках мало, то
происходит их быстрый износ, повышается уровень шума. Если смазки в
подшипниках много, то повышается момент сопротивления вращению вала,
увеличиваются потери мощности, подшипник нагревается.
Таким образом, подсистема смазки должна обеспечить и поддерживать
оптимальный режим работы подшипников качения шпинделя. Влияние смазки на
работу шпинделя и его надежность не меньше, чем влияние конструктивных
форм и размеров деталей. Смазку надо рассматривать как один из элементов
конструкции.
8.5.1. Смазывающие материалы
Подшипники могут работать на жидкой или пластичной смазке. В качестве
жидкой смазки используются различные масла: индустриальные марок И-5А,
И8А, …, И-100А, авиационные МС-14, МС-20, турбинные Т22, Т30,
турбинные масла с присадками Тп-22 и др.
В состав пластичных смазок входят жидкие масла и твердые загустители.
Мельчайшие твердые частицы загустителя, сцепляясь друг с другом,
образуют каркас, заполненный жидким маслом. Загустители в виде мыла
могут быть трех типов: кальциевые, натриевые и литиевые. Для смазки
подшипников качения используют следующие пластические материалы:
на кальциевых загустителях – солидол синтетический по ГОСТ-4366-76,
солидол С, пресс-солидол, солидол жировой по ГОСТ-1033-79, солидолы УС-1
и УС-2, униол-1, ЦИАТИМ-221 по ГОСТ-9433-80;
на натриевых загустителях – смазка автомобильная по ГОСТ9432-60;
на литиевых загустителях – литол-24 по ГОСТ-21150-87, смазка ВНИИ НП-242
по ГОСТ-18142-80, фиол-1, фиол-2 и др.
8.5.2. Выбор типа смазки
На основании опыта эксплуатации подшипниковых узлов установлено, что при
выборе типа смазки следует учитывать такие факторы, как размеры
подшипника и частоту его вращения, величину нагрузки на подшипник и
температуру.
При окружной скорости вращающегося кольца подшипника V
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
