3607

n – частота вращения вала, об/с;

Р – удельная нагрузка на материал вкладыша, Па (Р = R/ℓ· d). Величину оптимального зазора ψ находят по специальным

графикам, или по формуле

где – диаметральный зазор.

Валы устанавливают в подшипниках по посадкам:

Величина коэффициента трения при жидкостной смазке находится в пределах 0,001…0,005. При неблагоприятных условиях (высокая вязкость масла, большие окружные скорости, малые зазоры) коэффициент трения возрастает до 0,01…0,03. У подшипников, работающих в условиях граничной смазки коэффициент трения достигает значений 0,1…0,2.

24. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ

24.1. Схемы установки подшипников

Валы должны занимать вполне определенное положение

вопорах, которые могут быть фиксирующие и плавающие.

Вфиксирующих опорах ограничивается осевое перемещение вала в обоих направлениях, а в плавающих осевое перемещение вала в обоих направлениях не ограничивается.

Фиксирующая опора воспринимает радиальную и в любом направлении осевую нагрузку.

239

Плавающая опора воспринимает только радиальную нагрузку. В схемах на рис. 24.1 и 29.2 вал фиксируется в одной левой опоре одним или двумя радиальными или радиальноупорными подшипниками.

Рис. 24.1. Установка вала в фиксирующей и плавающей опорах

Схемы рис. 24.1 и 24.2 применяют при любом расстоянии между опорами, причем схема (рис. 24.2) характеризуется большей жесткостью фиксирующей опоры.

Осевая фиксация (рис. 24.1) широко применяется в коробках передач, редукторах и т.д. для валов цилиндрических зубчатых передач и приводов валов ленточных и цепных транспортеров.

Осевую фиксацию по схеме (рис. 24.2) применяют в цилиндрических, конических и червячных передачах.

Рис. 24.2. Установка вала в технологичной фиксирующей опоре

240

При назначении фиксирующей и плавающей опор учитывают следующие рекомендации:

–подшипники обеих опор должны быть нагружены по возможности равномерно. Поэтому, если опоры нагружены кроме радиальной еще и осевой нагрузкой, то в качестве плавающей выбирают опору, нагруженную большей радиальной силой;

–при температурных колебаниях плавающий подшипник (вместе с валом) перемещается в осевом направлении, что под нагрузкой, изнашивает посадочную поверхность в корпусе. Поэтому, если на опоры действуют только радиальные нагрузки, то

вкачестве плавающей выбирают менее нагруженную опору;

–если выходной конец вала соединяется с другим валом муфтой, в качестве фиксирующей принимают опору в близи этого конца вала.

Применяют также схемы, в которых осевое фиксирование вала происходит в двух опорах, причем в каждой из них осевое перемещение вала ограничивается только в одном направлении.

Обе схемы (рис. 24.3, 24.4) применяют с определенными ограничениями и связано это с изменением зазоров в подшипниках вследствие нагрева при работе.

Из-за увеличения длины вала осевые зазоры в подшипниках (схема «враспор») еще больше уменьшаются.

Рис. 24.3. Установка вала «враспор»

Для исключения защемления вала в опорах предусматривают осевой зазор «а», величина которого должна быть несколько больше ожидаемой тепловой деформации подшипников и вала. Из опыта эксплуатации этот зазор устанавливают в пределах

241

0,2…0,5 мм. Конструктивно эта схема (рис. 24.3) наиболее проста и ее широко применяют при относительно коротких валах.

Рис. 24.4. Установка вала «врастяжку»

Поскольку радиально-упорные чувствительны к изменению осевых зазоров, то соотношение l/d можно брать более 10.

При установке вала «врастяжку» (рис. 24.4) осевой зазор в подшипниках при увеличении температуры вала увеличивается (вероятность защемления подшипников уменьшается). Поэтому расстояние между подшипниками можно брать несколько больше, а именно l/d = 8…10.

Более длинные валы по схеме «врастяжку» устанавливать не рекомендуется из-за возможности появления недопустимых для радиально-упорных подшипников осевых зазоров.

24.2. Конструирование опор валов конических шестерен

В узлах конических передач широко применяют консольное закрепление вала-шестерни (рис. 24.5 а, б, в). Конструкция узла при этом получается простой, компактной и удобной для обслуживания и регулировки. Недостатком такой конструкции является повышенная концентрация нагрузки по длине зуба шестерни.

Если шестерню расположить между опорами (рис. 24.5 г), то концентрация нагрузки уменьшится за счет уменьшения прогиба вала, однако конструкция узла и конического колеса существенно усложниться. Такая схема на практике применяется редко.

242

В силовых конических передачах преимущественное распространение имеет установка подшипников «врастяжку»

(рис. 24.5).

Эта схема обеспечивает повышенную жесткость ведущего вала и подшипники гарантированы от заклинивания при расширении вала.

Рис. 24.5. Схемы опор ведущего вала конической передачи

Для радиально-упорных подшипников радиальная реакция считается приложенной к валу в точке пересечения его оси с нормалью, проведенной через середину контактной площадки на кольцах подшипника. В этой схеме соотношение b/a при тех же габаритах удается сделать больше. При конструировании стремятся получить:

D 1,3a; b/a = 2…2,5.

Для уменьшения изгибающего момента, действующего на вал, конструктор стремится получить минимальное расстояние «а». В этой схеме это удается и узел получается весьма компактным.

Недостатком этой схемы «врастяжку» является то, что ближний к шестерне конический подшипник нагружен большей радиальной силой, кроме того, он же воспринимает и осевую нагрузку. Поэтому в ряде случаев этот подшипник делают большего диаметра.

В этой конструкции (рис. 24.6) осевой зазор в подшипниках регулируют круглой шлицевой чашкой 4, а осевое положение вала-шестерни – набором тонких металлических прокладок 2 межу корпусом и фланцем стакана.

243

Рис. 24.6. Установка подшипников «врастяжку»

Типовая конструкция вала конической шестерни фиксированного по схеме «враспор» (рис. 24.7) имеет значительные осевые размеры при соблюдения соотношения b/a = 2…2,5.

Однако, в этой схеме, осевая нагрузка воспринимается дальним от шестерни подшипником, на который действует меньшая радиальная нагрузка. Подшипники нагружены более равномерно.

Регулировка подшипников осуществляется набором прокладок 1, а зацепления – набором прокладок 2.

При проектировании узла конической шестерни угол наклона зубьев и направление вращения выбирают одинаковыми, чтобы осевая сила в зацеплении была направлена от вершины делительного конуса.

Рис. 24.7. Установка подшипников «враспор»

244

24.3. Конструирование опор валов-червяков

Опоры валов-червяков выполняют по схеме «враспор» или с одной плавающей и одной фиксирующей опорами (рис. 24.8).

Рис. 24.8. Схемы осевого фиксирования валов-червяков

Схему «враспор» применяют при ожидаемой разности температур червяка и корпуса до 20 С и относительно коротких валах: l/d 8 для шариковых радиально-упорных подшипников и l/d 6 для конических роликовых подшипников (рис. 24.9).

Набор тонких металлических прокладок 1 служит для регулировки осевого зазора в подшипниках.

Конструкция фиксирует опоры по схеме (рис. 24.8 б) дана на рис. 24.10. В опоре устанавливают два радиально-упорных подшипника для восприятия осевой нагрузки любого направления. Регулировка осевого зазора в подшипниках применяют прокладки 1.

Рис. 24.9. Установка подшипников червяка «враспор»

В многопоточных передачах и соосных редукторах имеет место опоры, в которых размещаются разные по габаритам подшипники. Один из них является опорой быстроходного вала, а другой – опорой тихоходного. Сами валы фиксируются, как правило, «враспор».

245

Рис. 24.10. Фиксирующая опора червяка

Наиболее технологичными являются конструкции, представленные на рис. 24.11 и 29.12.

В схеме (рис. 24.11) подшипник ведущего вала размещают в кольце 3, которое фиксируется в корпусе кольцевым выступом.

Регулировка подшипников обоих валов осуществляется раздельно.

Рис. 24.11. Кинематическая схема соосного редуктор

Рис. 24.12. Опора соосных валов (с кольцом и буртом)

246

Конструкция по рис. 24.13 имеет кольцо 3 без фиксирующего бурта, поэтому обработка посадочного места кольца и большого подшипника упрощается. Но при этом оба вала 1 и 2 образуют общую систему. Регулирование осевой «игры» для четырех подшипников обоих валов производится сразу. Осевые силы, действующие на один вал, передаются на подшипники другого вала, что является недостатком этого исполнения опоры.

Рис. 24.13. Опора соосных валов (кольцо без бурта)

24.4.Установка элементов передач на валах

1.При установке колес на валах необходимо обеспечить надежное базирование колеса на валу, передачу вращающего момента от колеса к валу (или вала к колесу), решить вопросы, связанные с осевым фиксирование колес на валах.

Базирование зубчатых колес, как правило, осуществляют по цилиндрической посадочной поверхности при ℓ/d ≥ 0,8,

при ℓ/d < 0,8.

Базирование осуществляют по торцам. Так же базируют дистанционные колеса, втулки, маслоотражательные шайбы.

При передаче крутящего момента шпоночным соединением применение посадок колеса на вал с зазором недопустимо, а посадок переходных крайне нежелательно.

Объясняется это тем, что если в соединении имеется зазор, то при вращении вала происходит обкатывание со скольжением поверхностей вала и отверстия колеса, которое приводит к их изнашиванию. Поэтому на посадочных поверхностях вала и отверстия колеса следует создавать натяг, гарантирующий нераскрытие стыка.

247

Для корпусов, не имеющих плоскости разъема по осям валов (корпуса коробок передач), на выбор посадок колес жесткие условия диктует технология сборки. Сборку деталей производят внутри корпуса в стесненных условиях. Поэтому для колес коробок передач применяют переходные посадки.

Рекомендуемые посадки колес при передаче крутящего момента шпоночным соединением

При посадке с натягом очень трудно при установке зубчатых колес совместить шпоночный паз колеса со шпонкой вала для облегчения сборки рекомендуется предусматривать направляющий цилиндрический поясок с допуском d11 или скос под углом 30º (цилиндрический участок).

С той же целью выпускают шпонку за пределы детали.

В каждом из этих вариантов вначале путем свободного поворота колеса относительно вала совмещают шпоночный паз колеса со шпонкой, а затем напрессовывают колесо на вал.

248