Расчет шпиндельных опор качения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Более 95% металлорежущих станков изготавливают со шпиндельными узлами на подшипниках качения. Параметры этих опор во многом определяют надежность работы шпиндельного узла.

Наряду с обычными требованиями относительно работоспособности, предъявляемыми к подшипникам качения шпинделей, выдвигают особые условия, заключающиеся в необходимости обеспечения высокой точности вращения, повышенной радиальной и осевой жесткости, незначительного тепловыделения и низких температурных деформаций. Долговечность подшипников качения существенно зависит от конструкции, качества изготовления, технологии монтажа, регулирования натяга и условий работы шпиндельных узлов.

Точность подшипников в значительной мере определяет точность вращения шпинделя. Однако при этом следует учитывать, что необоснованный выбор подшипника высокого класса точности без обеспечения соответствующей точности сопряжения деталей, качества монтажа, регулирования зазоров приведет к нерациональным материальным расходам. Рекомендуемые соотношения классов точности станков и подшипников качения шпиндельных узлов приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Соотношения классов точности станков и подшипников качения шпиндельных узлов.

Класс точности станка	Класс точности радиальных опор	Класс точности упорных подшипников
Передней	Задней
Н
П
В
А
С

В отдельных типах станков целесообразны отклонения от приведенных рекомендаций. Например, для станков нормальной точности, используемых для заготовительных операций и черновой обработки, возможно использование подшипников на класс точности ниже. В связи со специфичностью требований к опорам шпинделей в станкостроении применяют подшипники качения специальных конструкций, предназначенные для шпиндельных узлов. Типовые конструктивные схемы опор шпиндельных узлов, их параметры и область применения приведены в табл. 2.2.

Для восприятия радиальных нагрузок в опорах (особенно передних) наиболее часто применяют двухрядные подшипники с цилиндрическими роликами типа 3I82I00 с посадкой на коническую шейку. При ограниченных диаметральных размерах опор используют подшипники типа 4162900 более легкой диаметральной серии с буртиками на наружном кольце. Сдвоенные конические роликоподшипники типа 2007100 устанавливают в передней опоре широкими торцами внешних колец внутрь в целях обеспечения максимальной жесткости.

Таблица 2.2. Типовые конструктивные схемы опор шпиндельных узлов

Конструктивная схема	Параметр	Коэффициент защемления передней опоры
Низкоскоростные			1…1, 4	0, 65…0, 75
		1, 5…1, 8	0, 45…0, 85
		1, 6…2	0, 3…0, 45
Среднескоростные			2, 5…3, 5
		3…4, 5	0, 2…0, 3
		4…5	0, 1…0, 2
Высокоскоростные			5…6
		6…8
		7…10
		10…15

Для восприятия осевых усилий применяют радиально-упорные подшипники в обычном исполнении 3600, 4600, но чаще всего используют радиально-упорные шарикоподшипники типа 178600 с углом контакта 60°, имеющие быстроходность в 2...2, 5 раза выше, чем у упорных шарикоподшипников. В последнее время применяют роликоподшипники конические однорядоходности в зависимости от типаные (тип 67000) и двухрядные (тип 697000) с упорным буртом на наружном кольце, предназначенные для восприятия радиальной и осевой нагрузок, и однорядные со встроенными в широкое наружное кольцо пружинами (тип 17000), служащие для восприятия радиальных нагрузок в задних опорах.

При повышенных требованиях к быстроходности используют особо быстроходные радиально-упорные шарикоподшипники 36000К, которые собирают в комплекты по 2, 3 или 4. При относительно небольшой частоте вращения в опорах шпинделя используют шарикоподшипники, а для восприятия больших осевых нагрузок - сферические роликоподшипники.

Требования к жесткости подшипников диктуются жесткостью шпиндельного узла. Разрабатывая станок, следует учитывать податливость опор шпинделя, с тем чтобы обеспечить требования стандартов и специальных технических условий.

Жесткость подшипников определяется упругими сближениями тел качения с кольцами и контактными деформациями на поверхностях посадок колец на шпиндель и в корпус. Расчет жесткости опор качения состоит в следующем.

Определяются реакции в передней и задней опорах шпинделя F_r₁ и F_r₂. Для этого предварительно выбирают l=3с, где с - вылет шпинделя. Жесткость опоры (например, передней) на подшипниках качения

, (2.1)

где - упругое сближение тел качения и колец подшипника; - контактные деформации на посадочных поверхностях подшипника, шпинделя и корпуса.

Для расчета двухрядного роликоподшипника типа 3I82I00 вначале определяют радиальную податливость подшипника при предварительном натяге е = О по графику рис. 2.1. Вычисляют относительный зазор-натяг е / . Коэффициент податливости определяют по графику рис. 2.2.

Податливость подшипника

(2.2)

Соответственно податливость посадочных поверхностей

(2.3)

где ; d и D - соответственно внутренний и наружный диаметр подшипника, мм; b - ширина подшипника, мм; - коэффициент податливости (0, 005...0, 025) , /Н. Меньшие значения принимают для подшипников класса точности 2, при больших натягах и установке внутреннего кольца на конус.

По формуле (2.1) вычисляют радиальную жесткость опоры. Для одного конического роликоподшипника типа 2007100 радиальную жесткость можно принять на 25% меньше по сравнению с подшипником типа 3I82I00 того же размера.

Для дуплекса (пары) радиально-упорных шарикоподшипников жесткость определяется в такой последовательности.

Выбирается сила осевого предварительного натяга Fa. Для особо высокоскоростных внутришлифовальных шпинделей Fa =0, 5 d; для высокоскоростных шлифовальных и алмазно-расточных шпинделей Fa=d; для низкоскоростных шлифовальных, токарных и расточных шпинделей Fa=(2…3d).

Находят отношение Fa / с_о , где с_о - статическая грузоподъемность подшипника. Коэффициент kF выбирают по графику рис. 2.3 в зависимости от угла контакта. Вычисляют соотношение Fr /Co вспомогательный коэффициент податливости kR находят по графику рис. 2.4.

Величина упругого сближения колец

, (4.12)

где d_ш - диаметр шариков данного подшипника.

По зависимости (2.3) находят упругое сближение на поверхности посадки колец подшипников (ширина подшипника указывается двойная). Затем, используя (2.1), окончательно определяют радиальную жесткость опоры.

Данные для расчета готовят согласно табл. 2.3.

Долговечность подшипников существенно зависит от смазывания и уплотнений. Применяют жидкий либо твердый смазочный материал. В высокоскоростных шпиндельных узлах смазывание осуществляют масляным туманом. Пластичный смазочный материал особенно удобен для подвижных и съемных шпиндельных узлов и опор вертикальных или наклонных шпинделей. Жидкое масло не только смазывает поверхности, но и отводит теплоту. Смазывание подшипников в определяющей мере должно обеспечить минимальные тепловыделения и температурные деформации шпиндельного узла, которые влияют как на точность обработки, так и на работоспособность опор.

Тепловыделения регламентируются допустимым нагревом подшипников. Норма нагревания установлена только для станков класса Н (допустимый нагрев на наружном кольце подшипника 70 °С). Рекомендации для станков других классов приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.3. Данные необходимые для расчета жесткости опор качения

Идентификатор	Обозначение	Единица	Наименование величины

NOP			Номер опоры(1-передняя, 2-задняя)
NPODSH1, NPODSH2			Тип подшипника
KPODSH1, KPODSH2			Число подшипников
FR1, FR2		H	Реакция опор шпиндельного узла
BETA1, BETA2			Отношение внутреннего диаметра подшипника к наружному

Продолжение табл. 2.3


DE1, DE2	мм	Внутренние диаметры подшипников
BE1, BE2	мм	Ширина подшипника
CRO1, CRO2	Н/мм	Радиальная жесткость для подшипника типа 2007100, 4074900
DSH1, DSH2	мм	Диаметры шариков подшипников
DK1, DK2		коэффициенты податливости
DRO1, DRO2	мм/Н	Радиальная податливость подшипника
AK2		Коэффициент податливости

Таблица 2.4. Допустимый нагрев подшипников

Класс точности станка	П	В	А	С
Допустимая температура наружного кольца,	50…55	40…45	35…40	28…30

Лабораторная работа 3

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒