Конструирование подшипниковых узлов

Стр 1 из 3Следующая ⇒

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. 21.

Таблица 21

Способы крепления подшипников на валу

Эскиз	Способ крепления
	Круглой гайкой и стопорной шайбой. Язычок шайбы вводят в паз вала, а один из наружных зубцов отгибают в прорезь круглой гайки
	Двумя круглыми гайками, одна из которых выполняет роль контргайки. Между гайками устанавливают стопорную шайбу. Наружные зубцы шайбы отгибают в один из пазов каждой гайки.
	Упругой гайкой, имеющей радиальную прорезь для стопорения затяжным винтом
	Упорной плоской шайбой
	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. 22.

Таблица 22

Способы крепления подшипников в корпусе

Эскиз	Способ крепления
	С помощью глухих или сквозных фланцевых крышек, устанавливаемых в разъемном или неразъемном корпусе
	1. Пружинными стопорными кольцами, вставленными в проточки неразъемного корпуса. Крепление применяют при незначительных осевых нагрузках. 2. Упорными кольцами, устанавливаемыми в проточках разъемного корпуса. Упорное кольцо может состоять из двух половин или иметь прорезь шириной несколько больше диаметра вала, чтобы можно было снять кольцо без демонтажа подшипника
	Винтом с конусным концом, прижимающим распорную втулку к наружному кольцу подшипника

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.

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 Т_п-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.

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 < 5 м/с можно применять как жидкие, так и пластичные смазки. При больших окружных скоростях рекомендуется применять жидкие смазки. При этом, чем выше окружная скорость, тем меньше должна быть вязкость жидкой смазки.

Масляная пленка, обволакивающая шарики и дорожки колец подшипника, должна быть устойчива к действию нагрузки. Устойчивость (прочность) пленок повышается с увеличением вязкости масел или консистентности пластичных смазок. Поэтому чем выше нагрузка, тем большей вязкостью (консистентностью) должны обладать применяемые масла (смазки).

Для подшипников, работающих при низких температурах (ниже 0°С), следует выбирать жидкие смазки. Для подшипников, работающих при 70-80°С жидкие смазки должны обладать повышенной вязкостью, а пластичные – повышенной консистентностью.

Для подшипниковых узлов фрезерных и четырехсторонних продольно-фрезерных станков существуют такие рекомендации: если диаметр наружного кольца подшипника D = 22 – 240 мм, частота вращения n < 80% предельной частоты вращения, отношение нагрузки на подшипник Р (Н) к его динамической грузоподъемности С (Н) Р/С < 0, 1 и рабочей температуре подшипника 50°С, то следует применять пластичную натриевую или литиевую пластичную смазку. Подшипники заправленные указанной смазкой могут работать без дозаправки в течение 150-200 ч для фрезерных станков и 300-500 ч для продольно-фрезерных станков.

Устройства для смазки

Устройства на пластичной смазке. Подшипники заправляются пластичной смазкой при сборке подшипникового узла. Необходимый объем смазки можно определить по формуле, см3:

где f – коэффициент заполнения, при d = 40-100 мм f = 1;

D_o – средний диаметр подшипника, мм;

В – ширина подшипника, мм.

Излишнее количество пластичной смазки вызывает нагрев подшипника при работе.

Для добавления пластичной смазки подшипниковый узел должны быть снабжен пресс-масленкой или колпачковой масленкой. При использовании пресс-масленки смазка продавливается до подшипника шприцем. В колпачковую масленку смазка закладывается сверху, а затем продавливается винтом, который ввертывается в колпачок.

Устройства на жидкой смазке. В подшипниковых узлах наиболее часто используются следующие системы смазки: масляной ванной, фитилями, винтовыми канавками, коническими насадками, масленками, распылением, разбрызгиванием.

Смазывание в масляной ванне применяется для подшипников, посаженных на горизонтальном вале. При частоте вращения вала n < 3000 мин^-1 уровень масла должен доходить до середины нижнего шарика (ролика) подшипника, а при большей частоте вращения уровень масла должен быть ниже указанного. При n ³ 3000 мин^-1 смазка подшипников в ванне недопустима из-за больших энергетических потерь на перемешивание масла.

Для поддержания заданного уровня масла в крышке делается отверстие для заливки нового масла, а в корпусе – для слива отработанного масла (рис. 38 ).

Фитильное смазывание применяется как в горизонтальных (рис. 39), так и в вертикальных быстроходных шпинделях, где требуется дозированная подача масла.

Устройство для смазки состоит из фетровой кольцевой прокладки, которая периодически пропитывается маслом, подаваемом через отверстие в верхней части корпуса. К прокладке прикреплены два кольцевых фитиля, которые соприкасаются с коническими поверхностями вала. Прокладка и фитили не только проводят масло, но и фильтруют его.

При работе капельки масла, поступающие на конические поверхности вала, под действием центробежных сил отбрасываются по радиусу вращения вала. При этом центробежная сила, действующая на капельку, раскладывается на нормальную и касательную составляющую, которая перемещает капельку по конусной поверхности в сторону большего диаметра конуса, т.е. в сторону подшипника. Если в подшипник попадет несколько капелек масла, то этого достаточно на долгие часы работы.

Смазывание разбрызгиванием применяется в подшипниковых опорах горизонтальных валов, работающих с высокой частотой вращения. На валу возле подшипниковой опоры крепится диск, который на 1-5 мм погружается в масляную ванну. При вращении диск разбрызгивает капельки масла на стенки корпуса. Капельки, стекая по стенкам корпуса вниз, частично попадают в подшипник. При использовании данного способа смазки следует беспокоиться о том, чтобы масляная струя, сходящая с диска, была не сильной и не залила подшипник.

Смазывание подшипников насадками применяется в узлах с вертикальным расположением вала. Насадка в виде конической чашки крепится на валу под подшипником и погружается в масляную ванну (рис. 40). При вращении конической чашки одна из составляющих центробежной силы, действующей на капельку масла, направлена в сторону большего диаметра чашки. В результате этого капли масла поступают из ванны к подшипнику. Смазывание насадками применяют при частоте вращения подшипников 8000-10000 мин^-1.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте характеристику подшипников, применяемых в опорах шпинделей.

2. Дайте характеристику четырех схем фиксации подшипников в корпусе подшипников.

3. Изобразите схемы установки подшипников с предварительным натягом.

4. Изобразите возможные схемы крепления подшипника на валу.

5. Изобразите возможные схемы крепления подшипника в корпусе подшипника.

6. Требования, предъявляемые к смазке подшипников.

7. Какие смазывающие материалы применяются для смазки подшипниковых опор?

8. Какие устройства применяются для смазки подшипников маслом?

Компоновка механизмов подач

Общие сведения

Базирующие устройства

Понятия и определения. Для получения на станке детали заданной формы и размеров заготовку необходимо сначала правильно сориентировать относительно режущего инструмента, а затем, сохраняя ее неизменное положение, выполнить движение подачи. При механической обработке на заготовку действуют силы резания, вибрации, которые препятствуют сохранению неизменной ее ориентации. В связи с этим положение сориентированной заготовки следует зафиксировать. Процесс ориентирования заготовки и ее фиксации называют базированием.

Типы механизмов подач

Суппортные механизмы подач. Суппортные механизмы подач обеспечивают возвратно-поступательное движение режущего инструмента и находят применение в станках токарных, лущильных, сверлильных, круглопильных, фрезерных и др. Их устройство отличается простотой и надежностью. Направляющие суппортов обычно делаются круглыми длиной до 2 м. Привод может быть механическим, гидравлическим или пневматическим.

Механизм подачи с прямолинейно перемещаемым столом (рис. 46) находит ограниченное применение, так как станки с таким механизмом подачи трудно встраивать в линии. Используется, например, в шипорезном станке ШПА40.

Механизмы с перемещаемыми каретками. Подача каретками находит применение в станках шипорезных, фрезерных, круглопильных, ленточнопильных, лесопильных рамах и др. Привод каретки может быть механическим или гидравлическим.

Заготовка базируется на каретке неподвижно. Точность обработки определяется точностью изготовления и монтажа действительных направляющих, на которых установлена каретка.

Гусеничные механизмы подач. Гусеничные механизмы используются преимущественно в круглопильных прирезных станках. Они надежно базируют обрабатываемый материал и обеспечивают точное прямолинейное перемещение его относительно режущего инструмента. Заготовка прижимается к гусенице колодочным или роликовым прижимом. Давление прижима, вес заготовки и гусеницы воспринимаются действительными направляющими, по которым скользит гусеница. Износ направляющих – основной недостаток гусеничного механизма подачи.

Коэффициент сцепления гусеницы с древесиной зависит от геометрических параметров элементов насечки. Насечки на поверхности гусеницы могут быть прямоугольного или трапециидального сечения (рис. 47), продольного или поперечного направления. Наилучшее сцепление дают гусеницы с продольно-поперечной насечкой. При этом коэффициент сцепления m = 0, 45…0, 5. Элементы гусениц с поперечной насечкой дают коэффициенты сцепления m = 0, 3…0, 4.

Для элементов насечки прямоугольного сечения, когда углом a = 0, коэффициент сцепления достигает максимального значения. Однако в этом случае гусеница подвергнута засорению опилками. При a = 30° коэффициент сцепления несколько меньше, но и засорение насечек уменьшается.

Двух цепные конвейерные механизмы подач. Такие механизмы подач применяются в станках для поперечной обработки длинных брусковых заготовок: шипорезных, круглопильных и др. Конвейер состоит из двух одинаковых пластинчатых цепей, надетых на звездочки и опирающихся на действительные направляющие. На звеньях цепей с постоянным шагом закреплены упоры.

Обрабатываемая заготовка базируется на цепях по упорам и прижимается прижимами. В этом случае осуществляется неподвижное базирование.

Иногда цепи располагаются ниже действительных направляющих. В этом случае осуществляется подвижное базирование

на действительных напрвляющих. Могут быть и другие варианты подачи.

Вальцовые механизмы подач. Это один из самых распространенных видов подающих механизмов (рис. 48). Механизм подачи состоит из приводных верхних и нижних вальцов, которые базируют заготовку и надвигают ее на режущий инструмент. Верхние вальцы выполнены прижимными. Прижим обеспечивается пружинами или собственным весом вальцов. Для обеспечения точного базирования оси всех вальцов должны быть строго параллельными, однако это выполнить чрезвычайно трудно. Если ось вальца не перпендикулярна к направлению подачи, то при движении заготовки на вальце возникает составляющая силы сцепления, которая направлена вдоль оси вальца. Эта сила вызывает перебазирование заготовки.

Для превращения вреда в пользу механизм подачи снабжают продольной направляющей линейкой и оси всех вальцов наклоняют к линейке под углом 88°. В этом случае вальцы прижимают заготовку к линейке, обеспечивают надежное базирование и подачу.

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 узланеобходимо 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. 35, а).

В глухих корпусах следует предусмотреть резьбовые отверстия, через которые с помощью болтов подшипник можно выпрессовать из корпуса (рис. 35, 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. 36.

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. 37) 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.

12 3 Следующая ⇒