Быстроходность подшипников
Предельные скорости вращения подшипников ограничиваются:
а) повышением температуры с позиций стойкости смазочного материала и опасности отпуска тел качения и колец;
б) прочностью и долговечностью сепараторов, разрушение которых преимущественно связано с предварительным износом,
в) ускоренным усталостным разрушением колец и тел качения в связи с большим числом циклов нагружений в единицу времени.
Наиболее быстроходными являются подшипники с малым трением на площадке контакта – шариковые и роликовые с короткими цилиндрическими роликами. Предельные частоты вращения конических роликоподшипников в связи с трением роликов о бортик значительно ниже.
К мероприятиям по повышению предельной скорости подшипников относятся:
а) применение подшипников высоких классов точности 2, 4, 5;
б) обеспечение высокой точности расточек под подшипники, балансировка валов и т.д.;
в) применение подшипников с уменьшенными потерями на трение на площадке контакта,в частности, с увеличенными радиусами кривизны профилей дорожек качения до 0,54dШ;
г) уменьшение диаметров шариков до 0,5Н, где H=0.5(D-d), переход на более легкие серии или отказ от внутренних колец;
д) применение массивных сепараторов из высококачественных материалов, хорошо уравновешенных с минимальным смещением от средней плоскости сепаратора отверстий для тел качения; отверстия должны быть выполнены с развалкой в направлении вращения для уменьшения износа сепаратора и автоколебаний шариков; хорошее базирование сепараторов по наружному кольцу для лучшей смазки;
е) назначение для подшипников посадок с незначительным натягом, с полями допусков вала js5 и h5 и корпуса Н6 во избежание уменьшения зазоров в подшипниках;
ж) смазывание масляным туманом, искусственное охлаждение.
Посадки подшипников
В системе соединений колец подшипников с валом и корпусом кольца принимают за основные детали, допустимые отклонения которых назначаются независимо от потребного характера посадок. Различные посадки обеспечивают выбором соответствующих отклонений шеек валов и отверстий корпусов. Таким образом, посадки внутренних колец подшипников осуществляют по системе отверстия, а наружных – по системе вала, иначе бы номенклатура подшипников многократно возросла, так как пришлось бы изготовлять подшипники для каждой посадки колец. В подшипниках качения поле допуска внутреннего кольца располагается не в тело, как это имеет место у основной детали в стандартной системе отверстия, а в противоположную сторону. Поэтому следует иметь в виду, что соединения внутреннее кольцо-вал получаются более плотными, чем обычные соединения системы отверстия при тех же отклонениях вала. Характер соединений наружное кольцо-корпус такой же, как и в обычных, соединениях по системе вала при тех же квалитетах точности.
Влияние режимов работыподшипников на выбор посадок таково: чем больше нагрузка и чем сильнее толчки, тем посадки должны быть более плотными, так как тем больше упругие и остаточные деформации поверхностных слоев и упругие деформации самих колец; чем выше частоты вращения, тем посадки должны быть более свободными, так как при высоких частотах вращения, как правило, нагрузки меньше, температурные деформации больше, а зазоры в подшипниках должны выдерживаться точнее.
Тип подшипника сказывается на выборе посадок следующим образом. Посадки роликоподшипников в среднем выбирают более плотными, чем шарикоподшипников в связи с большими нагрузками Посадки радиально-упорных подшипников можно выбирать более плотными, чем радиальных, так каку последних посадочные натяги могут существенно искажать зазоры в подшипниках, а в радиально-упорных подшипниках зазоры устанавливают при сборке. Посадки крупных подшипников в связи с более тяжелыми нагрузками выбирают более плотными, чем средних и мелких.
Предельные отклонения посадочных поверхностей валов должны быть по допускам 5-6 квалитетов, а корпусов 6-7 квалитетов.
Установка подшипников
Подшипниковый узел (опора) обычно состоит из корпуса, самого подшипника, деталей для фиксирования, а также устройства для смазывания. Он должен обеспечить восприятие радиальных и осевых сил, а также исключить осевое смещение вала, нарушающее нормальную работу сопряженных деталей (зубчатых и червячных колес, червяков, уплотнений и т.д.) Это достигается за счет крепления подшипников на валах и фиксирования их в корпусе.
Подшипники должны быть установлены таким образом, чтобы обеспечивать необходимое радиальное и осевое фиксирование вала, без вредных нагрузок вследствие температурных деформаций, перетяжки при монтаже и т.д. Схемы установки валов в подшипниках показаны на рисунке 27.
Опоры, воспринимающие нагрузку радиальную и осевую, называются фиксирующие. Опоры, воспринимающие только радиальную нагрузку, – плавающие.
Рисунок 27 – Схемы установки валов в подшипниках
Осевое фиксирование вала может выполняться в одной опоре (рис. 28, а, б), а вторую опору делают плавающей. В этом случае фиксирующая опора воспринимает двухстороннюю осевую нагрузку, а плавающая – только радиальную. Недостаток такого способа – малая жесткость валов в осевом, радиальном и угловом направлениях.
Рисунок 28 - Способы установки подшипников
Для повышения жесткости в фиксированной опоре устанавливают два подшипника. Схема применяется при любом расстоянии l, при температурных удлинениях вала плавающая опора смещается вправо. В данной схеме применяются подшипники шариковые двухрядные сферические и роликовые. Схема может применяться для валов с опорами в разных корпусах, например, приводной вал конвейера, так как такие подшипники компенсируют несоосность (перекос) валов, а также для коробок передач.
Вал может фиксироваться в двух опорах (рис. 28, в, г). При такой схеме фиксирующая опора воспринимает одностороннюю нагрузку. На рисунке 28, в показана схема «враспор», на рисунке 28, г – схема «врастяжку». Такой способ наиболее часто встречается при установке валов конических и червячных передач с использованием радиально-упорных подшипников, а также при установке коротких жестких валов. Ограничение расстояния между подшипниками связано с температурными деформациями деталей подшипника и вала.
Подшипники в опорах должны быть нагружены примерно одинаково, поэтому, если на опоры действуют радиальные и осевые силы, плавающей опорой выбирается та, где действует большая радиальная нагрузка. При отсутствии осевых сил в качестве плавающей опоры берется менее нагруженная опора, чтобы уменьшить износ корпуса в результате перемещения. Если вал соединен муфтой с другим валом, опору, ближнюю к муфте делают фиксирующей.
Основные критерии выбора подшипников:
- твёрдость зубьев колёс;
- тип передачи (косозубая или прямозубая, быстроходная или тихоходная, раздвоенная ступень или нет).
В редукторах с цилиндрическими прямо- и косозубыми (для них соотношение между осевой и радиальной нагрузками Fa /Fr < 0,35) передачами при малых и средних нагрузках можно применять, прежде всего, простые и дешёвые шарикоподшипники. При больших нагрузках (с закалёнными колёсами) в этих редукторах используют роликовые конические подшипники.
Если редуктор имеет шевронные колёса, опоры одного из валов (как правило, вала-шестерни) должны быть плавающими. В них устанавливают, например, подшипники с короткими цилиндрическими роликами, позволяющими валу перемещаться в осевом направлении под действием избыточной осевой силы DFa, т.е. зубчатые колёса имеют возможность самоустанавливаться.
Для конических передач (при Fa /Fr = 0,35…0,70) применяют радиально-упорные подшипники: для вала шестерни – шариковые или роликовые в зависимости от угловой скорости, для вала колеса – роликовые конические.
В червячных передачах используют радиально-упорные подшипники, причём по условию обеспечения жёсткости – конические (для вала червяка при небольшой угловой скорости w £ 150 рад/с), которые требуют жёстких валов. Для вала червяка используют шариковые или роликовые, а для вала колеса – роликовые радиально-упорные подшипники. При межосевых расстояниях аw > 180 мм у червяка оба радиально-упорных подшипника следует использовать в одной опоре (опора, фиксирующая червяк относительно корпуса в осевом направлении), а другую опору делать «плавающей», в которой рекомендуется применять соответствующий тип подшипника, например, радиальный роликоподшипник с короткими роликами или радиальный шарикоподшипник. В фиксирующей опоре можно использовать сдвоенный конический роликоподшипник.
Для радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников при сборке узла необходима регулировка, заключающаяся в относительном смещении наружного и внутреннего колец для получения необходимого радиального зазора ∆ (рис. 29). В рабочем режиме необходимо, чтобы ∆=0 или был небольшой натяг. Зазор необходим для компенсации тепловых деформаций. Зазор обеспечивается с помощью металлических прокладок между крышками подшипников и корпусом при применении накладных крышек (на винтах), или с помощью нажимного винта и шайбы при применении врезных (закладных) крышек.
 | Рисунок 29 - Радиальный зазор в роликовом подшипнике |
Большое внимание необходимо уделять фиксированию внутренних и наружных колец подшипников. На рис. 30-31 показаны некоторые конструктивные способы фиксирования колец на валах и в корпусах.
Рисунок 30 - Способы крепления внутренних колец подшипников:
а – посадка с натягом; б – кольцом, посаженным с натягом, и штифтом; в – пружинным стопорным кольцом; г – гайкой и стопорной шайбой; д – торцевой шайбой и корончатой гайкой со шплинтом;
е – плоской торцовой шайбой и винтом
Рисунок 31 - Способы крепления наружных колец в корпусах:
а – пружинным стопорным кольцом; б, г – крышкой;
в – фасонной шайбой