5. Расчет шпиндельных узлов на точность. Шпиндельные опоры качения

Наряду с обычными требованиями, предъявляемыми к под­шипникам качения по критериям их работоспособности, к шпин­дельным опорам качения предъявляют дополнительные требова­ния по условиям работы шпиндельного узла и всего станка. К числу таких требований относятся высокая точность вращения, повышенные радиальные и осевые жесткости, незначительное вы­деление тепла и небольшие температурные деформации.

Высокую точность вращения шпиндельного узла достигают прежде всего при высокой точности изготовления подшипников качения. В табл. 11 приведены рекомендуемые классы точности подшипников для шпинделей станков.

Геометрические погрешности подшипников с точностными тре­бованиями выше класса С должны быть в пределах 1—2 мкм, вол­нистость беговых дорожек колец 0,1—0,2 мкм, а разноразмерность и некруглость тел качения примерно 0,3 мкм. Биение ∆ конца шпинделя, ограниченное требованиями точности обработки, связано с биениями передней δ_А и задней δ_В опор, если они на­правлены в разные стороны (рис. 20, а), простой геометрической зависимостью

(1.5)

Если в передней опоре шпинделя установлено г_х подшипников,. а в задней опоре z₂ подшипников, то формулу (1.5) можно пред­ставить в общем виде

(2.5)

Для выбора допуска на биение каждого подшипника в формуле (1.5) условно принимают оба члена в скобках равными друг другу,

Если при сборке шпиндель­ного узла в соответствии с тех­ническими условиями гаранти­рована установка подшипников (за счет поворота одного из них в корпусе) таким образом, что биения их направлены в одну сторону (рис. 20, б), то это резко снижает биение конца шпин­деля.

Выбор посадки подшипников качения оказывает большое влияние на точность вращения шпинделя, а также и на другие критерии работоспособности шпиндельного узла. С увеличением натяга ухудшается форма дорожек качения, но наряду с этим в еще большей мере происходит усреднение погрешностей под­шипников. Усреднение погрешностей усиливается после устране­ния зазоров в подшипнике и при увеличении натяга до определен­ного значения, что. и предопределяет целесообразный выбор поса­док.

Для шпинделей станков классов точности Н и П наружные и внутренние кольца радиально-упорных шарикоподшипников рекомендуется устанавливать по посадке П_1п, а наружные кольца роликоподшипников типа 3182100 по посадке Н_1п. В шпинделях прецизионных станков (классов точности В, А и С) желательно гарантировать натяг при посадке до 5 мкм.

Жесткость подшипников качения зависит главным образом от типа подшипника, его диаметра и величины предварительного натяга. Радиальная и осевая жесткости подшипников шпинделей наиболее распространенных типов приведены на рис. 21. На жесткость подшипников оказывают влияние погрешности изготов­ления. Неперпендикулярность торца кольца подшипника его оси может снизить осевую жесткость в 2—2,5 раза; повышенные за­зоры в подшипнике существенно снижают как радиальную, так и осевую жесткость.

Предварительный натяг в подшипниках качения, исполь­зуемых для опор шпинделей, необходим для повышения точности вращения и жесткости. Шариковые радиально-упорные и кони­ческие роликовые подшипники при сборке устанавливаются по­парно с предварительным натягом.