Сборка узлов с подшипниками качения

Узлы с подшипниками качения состоят из корпуса, вала, подшипника и элементов его крепления - крышки, болтов ее крепления, прокладок, пружинных колец, гаек и т.п. Применяют одно- и двухрядные шариковые и роликовые подшипники различных размеров. Иногда применяют наборы роликов без колец или сепараторы с роликами - игольчатые подшипники. Наиболее широко применяют подшипники качения классов точности «0» и «6» по ГОСТ 520-В89.

Долговечность подшипникового узла зависит от точности применяемых подшипников, от его конструкции, правильно выбранных посадок, качества сборки, исключающей перекосы и повреждения элементов узла и его загрязнение.

В собранных узлах валы должны легко и без вибраций вращаться в подшипниках, иметь радиальное и осевое биение в заданных пределах и занимать точное требуемое положение в корпусе. Это достигается точностью обработки посадочных поверхностей на валу и в корпусе, а также оптимальными зазорами в регулируемых подшипниках.

Сопряжение одного из колец подшипника с валом или корпусом осуществляется по посадке с натягом N6 (п6), М6 (m6), К6 (k6), что вызывает деформацию кольца и, как следствие этого, уменьшение радиального зазора и даже возможное защемление тел качения. Приближенно считают, что уменьшение радиального зазора составляет (0,55 - 0,6)d при напрессовке внутреннего кольца подшипника на вал и (0,65 - 0,7)d при запрессовке наружного кольца в корпус (где d – натяг при посадке подшипника).

Особое внимание в конструкторско-технологическом обеспечении качества сборки узла уделяется равномерности распределения натяга по окружности (углу) между кольцом подшипника и сопрягаемой деталью, который, в свою очередь, влияет на равномерность радиального зазора в подшипнике. Неравномерность радиального зазора, несоосность посадочных мест под подшипники и неуравновешенность вращающихся деталей узла служат причинами вибрации при работе.

Перед сборкой подшипники расконсервируют (промывают), смазывают, устанавливают на посадочные места, контролируют и, при необходимости, регулируют зазоры в подшипниках, а затем собранный узел смазывают и испытывают.

Монтаж подшипников осуществляется методами силового или теплового воздействия. При силовой установке подшипников в узел усилие следует прикладывать к тому кольцу, которое устанавливается с натягом. Во избежание перекосов прикладываемое усилие должно распределяться равномерно по торцу кольца, что достигается применением специальных оправок (рис.6).

Если запрессовываются оба кольца, то усилие запрессовки прикладывают одновременно к торцам обоих колец с использованием специальной оправки.

Необходимое усилие запрессовки:

P = 5×10^–5d×p×E×f×B/k,

где d - натяг в сопряжении, мм.; Е - модуль упругости материала деформируемого кольца, МПа; В - ширина кольца, мм; f - коэффициент трения (f = 0,1 - 0,15 при напрессовке кольца, f = 0.15 – 0.25 при снятии кольца);

где d и D - соответственно номинальные диаметры внутреннего и наружного колец подшипника, мм.

Для повышения качества сборки сопрягаемые поверхности смазываются маслом, а скорость запрессовки не превышает 7 - 10 мм/сек.

Монтаж подшипников облегчается при тепловом воздействии на него. Для этого подшипник нагревают до 80 - 95° С в масляной ванне и в нагретом виде устанавливают на вал.

Рис6. Оправка для запрессовки подшипников: а, б — схема передачи усилия соответственно на внутреннее и наружное кольцо подшипника; в, г - схема передачи усилия одновременно на оба кольца

Монтаж радиально-упорных конических подшипников производят раздельно: наружное кольцо - в корпус, а внутреннее кольцо в сборе с сепаратором и роликами — на вал.

Некоторую особенность представляет монтаж игольчатых подшипников, рабочими поверхностями которых являются поверхность вала и внутренняя поверхность сопряженной с ним детали. Иглы или ролики в беговом зазоре во избежание перекосов должны располагаться так плотно, чтобы суммарный зазор по начальной окружности составлял 1,5-2,0 мм. Радиальный зазор в этих подшипниках для диаметров валов от 25 до 100 мм составляет 20 - 130 мкм, а торцевой зазор между телами качения и ограничительными кольцами обычно должен быть не менее 100 - 200 мкм.

Монтаж этих подшипников производят несколькими способами в зависимости от конструкции узла. Если торец подшипника открыт, то тела качения вводятся в зазор между валом и корпусом до сборки всего комплекта. Если торцы закрыты, то сборку производят с помощью монтажного валика (рис.7), диаметр которого на 0,1 - 0,2 мм меньше собираемого вала. Для того чтобы тела качения не выпадали из зазора, на поверхность отверстия детали наносят тонкий слой консистентной смазки. После этого собранная группа тел качения устанавливается в корпус, извлекается монтажная ось и вводится рабочая ось. Комплектные игольчатые и роликовые подшипники запрессовывают в корпус с помощью пресса.

Рис.7. Сборка узлов с игольчатыми подшипниками: а, б - установка роликов соответственно по охватываемой поверхности и охватывающей поверхности; в - установка собранного подшипника в корпус; г - проверка суммарного зазора; 1 - монтажное полукольцо; 2 - монтажный валик; 3 - корпус; 4 - собираемый вал; 5 - ограничительное кольцо; 6 – щуп.

Во всех случаях, когда позволяют габариты изделия, установку подшипников следует выполнять на прессах с применением приспособлений, обеспечивающих надежное базирование (без перекосов) собираемых деталей. Если размеры изделия не позволяют применять стационарное оборудование, то применяют переносные (подвесные) пневмо- или гидропрессы-скобы (см. рис.4).

После напрессовки подшипника на вал (или установки его в узел) проверяют легкость вращения, шумность, а также осевой и радиальный зазоры в нем и плотность прилегания кольца по торцу. Схема проверки зазоров в подшипнике приведена на рис.8.

Ответственной операцией в собранном узле с подшипниками качения является обеспечение требуемых зазоров, величины которых оказывают влияние на нормальную pa6oтy подшипников. Измерение радиального зазора в собранном узле затруднено. Поэтому измеряют осевой зазор G_o, а затем рассчитывают радиальный зазор G_р, по формулам:

для однорядных шарикоподшипников

для радиальных сферических шариковых и роликовых подшипников G_р = 0,44 – G_o / v_o

для радиально-упорных роликовых конических подшипников G_р = G_o tgl;

где G_o, G_р - соответственно осевой и радиальный зазоры, мм; r - радиус беговой дорожки, мм; d_o - диаметр шарика, мм; v₀ - коэффициент осевой статической нагрузки (приводится в справочниках по подшипникам); l - угол конусности беговой дорожки наружного кольца.

Рис.8. Схема проверки зазора в подшипнике после напрессовки на вал

Осевой зазор в радиально-упорных подшипниках регулируют осевым смещением одного из колец, что достигается установкой набора прокладок по торцу кольца подшипника, шлифованием колец или с помощью регулировочных винтов и гаек. Толщину набора прокладок или размеры установочного кольца определяют после предварительной сборки узла без прокладок или с заведомо более широким установочным кольцом. Затягивая крышку до появления заметного торможения вала, которое наступает после выбора всех осевых зазоров, измеряют зазор между торцом крышки и корпусом. С учетом требуемой игры подшипников определяют толщину набора прокладок или ширину установочного кольца как:

S_пр = Δ ± G_о,

где S_пр - требуемая толщина набора прокладок, мм; G_o - требуемый осевой зазор в подшипнике, мм; D - расстояние между торцами кольца и сопрягаемой детали, мм.

Выбор знака зависит от расположения набора прокладок в узле - на валу или в корпусе.

Некоторой особенностью отличается процесс сборки подшипниковых узлов с радиально-упорными подшипниками, воспринимающими осевые нагрузки. В этом случае для повышения осевой жесткости и уменьшения торцового и радиального биения валок создают предварительный натяг в подшипниках. Для этого путем приложения постоянной осевой нагрузки принудительно смещают одно из колец подшипника на соответствующую этому натягу величину. Предварительный натяг создают с помощью прокладок, распорными втулками различной длины, с помощью спиральных и тарельчатых пружин, упругих распорных втулок и т.п. О величине предварительного натяга судят косвенно по требуемому моменту вращения вала М_тр собранного подшипникового узла. Величина М_тр задается в технических условиях на узел (М_тр » 1,5 – 5 Нм) и контролируется динамометрическими устройствами.

При сборке узлов проверяют также наличие зазоров между вращающимися и неподвижными деталями, совпадение канавок подачи масла, отсутствие посторонних частиц в собранном узле и т.п.

После сборки подшипники смазывают, устанавливают уплотнения, крышки с болтами и затягивают их. После окончательной сборки узлы подвергают испытанию на работоспособность, отсутствие утечек смазки, нагрев подшипников (< 75°С) и контролируют уровень шума и вибрации.