3. Рекомендации по использованию типовых схем при конструировании подшипниковых узлов

Схемы I и II. Эти схемы представляют собой статически определимые системы и могут быть представлены в виде балки с одной шарнирно-подвижной и одной шарнирно-неподвижной опорами. В качестве плавающей целесообразно выбрать менее нагруженную опору. Но если опоры нагружены кроме радиальной еще и осевой силой, то для выравнивания нагрузки на опо­ры в качестве плавающей берут нагруженную большей радиальной силой.

Если выходной конец вала соединяется с другим валом муфтой, то в ка­честве фиксирующей принимают опору вблизи этого конца вала.

Основные достоинства этих схем:

1. Опоры могут быть установлены на любом расстоянии, т.к. даже зна­ чительные температурные деформации будут компенсироваться осевыми перемещениями плавающей опоры.

2. Не требуется точного расположения посадочных мест по длине, что бывает особенно важно при расположении опор в отдельных корпусах.

3. Высокая осевая жесткость фиксирующей опоры (особенно в схеме П в случае применения подшипников с большими углами конусов или двухряд­ных упорных подшипников). Недостаток этой схемы – сложная конструкция крепления подшипни­ков на валах и в корпусах.

Схему I следует применять при отсутствии внешней осевой нагрузки (допустимо при незначительной осевой нагрузке) и сравнительно длинных валах (l > 350 мм). Такую схему используют в коробках передач, редукторах и других передачах, а также для приводных валов конвейеров (рис.3).

В схеме I в фиксирующей опоре обязательно устанавливается подшип­ник, воспринимающий двустороннюю осевую нагрузку. Таким подшипником может быть: однорядный радиальный шариковый, радиальный роликовый типов 62000, 92000, сферический шариковый или роликовый. Наружные и внутренние кольца этого подшипника закрепляются соответственно в корпу­се и на валу (см. рис. 3). Радиальные роликовые подшипники можно приме­нять в фиксирующей опоре только для восприятия осевых нагрузок случай­ного характера. При небольших внешних осевых нагрузках следует приме­нять однорядный радиальный шариковый или сферические подшипники. В плавающей опоре может устанавливаться такой же подшипник, что и в пер­вой опоре, тогда на валу крепится только внутреннее кольцо (см. рис. 3). Мо­жет быть установлен и роликоподшипник типов 2000, 32000 (без буртов на наружном и внутреннем кольцах соответственно). В этом случае крепятся как внутренние, так и наружные кольца подшипника (см. рис. 2).

Рис. 3. Фиксирование в одной опоре

Схему II следует применять при значительных осевых нагрузках и длин­ных валах. Эта схема позволяет получать точную и жесткую осевую фикса­цию вала (при соответствующей регулировке подшипников фиксирующей опоры). Схему применяют в червячных, конических и цилиндрических зубча­тых передачах (рис. 4).

В схеме II в фиксирующей опоре устанавливают два однорядных или один сдвоенный подшипник. Чаще всего применяют радиально-упорные подшипники, устанавливая их одноименными торцами в разные стороны (см. рис. 4). Осевые зазоры в этих подшипниках посредством регулировки сводят до минимума или иногда создают предварительный натяг подшипника.

Рис. 4. Фиксирующая опора с двумя однорядными подшипниками

При действии на валы больших осевых нагрузок в случае невозможности подобрать по грузоподъемности радиально-упорные подшипники фикси­рующую опору выполняют из комбинации упорных (одинарных или двой­ных) и радиального подшипника.

Схемы I и II применяют иногда и для фиксирования коротких валов, ес­ли этого требуют конструктивные соображения или условия сборки.

Схемы III и IV. В этих схемах каждая из опор ограничивает перемеще­ние вала в одном направлении.

В схеме III подшипники устанавливаются "враспор". Эта схема благо­даря простоте конструкции и дешевизне подучила самое широкое распро­странение в различных видах зубчатых передач, особенно при малых рас­стояниях между опорами. При больших расстояниях между опорами следует учитывать опасность нарушения нормальной работы узла в результате не­одинакового удлинения вала и корпуса при нагреве. Исходя из этих сообра­жений, расстояние между опорами l ограничивают: в цилиндрических пере­дачах l < 300 мм, в червячных l < 200 .. 250 мм.

Если в опорах применены радиальные подшипники, то для компенсации температурных деформаций между крышкой и наружным кольцом подшип­ника (рис. 5 должен быть оставлен зазор С, который рекомендуется принимать: ,

где – разница тепловых удлинений вала и корпуса;

.

Здесь а_в, и а_к – коэффициенты линейного расширения материалов вала и корпуса; t_pк и t_pe – рабочая температура вала и корпуса; t_ce и t_ск – темпера­тура вала и корпуса при сборке механизма; L – расстояние между опорами.

Это обстоятельство требует более точного изготовления вала и корпуса по размеру, определяющему расстояние между торцами подшипника, и дос­таточно точного выдерживания при сборке зазора С. В практике зазор С при­нимают: в узлах с радиальными шарикоподшипниками 0,2...0,3 мм; в узлах с радиальными роликоподшипниками 0,5...1,0 мм.

Зазор устанавливается при помощи набора стальных регулировочных прокладок или подшлифовки при монтаже компенсаторных колец (см. рис. 5).

Если в опорах применены радиально-упорные подшипники (см. рис. 6), то для нормальной работы они должны быть отрегулированы. В процессе ре­гулировки подшипники и, следовательно, вал устанавливают с определенной осевой игрой, допустимые пределы которой весьма малы и назначаются для каждой конкретной конструкции с учетом размеров деталей, режима работы, рабочих температур и требований к жесткости опор. В процессе эксплуата­ции осевая игра не должна выходить за допустимые пределы, а при устано­вившемся температурном режиме должна приближаться к нулю.

Подшипники с большими углами контакта (а > 20°) более чувствитель­ны к изменениям осевой игры, поэтому их не рекомендуется применять в опорах, выполненных по схеме "враспор".

С хема IV "врастяжку" на практике применяется часто для установки ва­лов консольно расположенных конических шестерен (рис.7). В этом случае по сравнению со схемой "враспор" схема "врастяжку" выгодно отличается тем, что при одинаковом расстоянии между серединами подшипников l₂ больше, чем l₁ (см. рис. 6, 7). Этим обеспечивается меньшая величина реак­ций и большая жесткость конструкции.

Рис. 5. Установка подшипников "враспор"