2.4.2. Подшипники

Основным средствам повышения точности работы подшипников, особенно в опорах шпинделей, служит предварительный натяг, устраняющий зазоры между кольцами и телами качения. Этим уменьшается величина радиального и осевого биения и повышается жесткость вала (шпиндельного узла). Правильно выбранный натяг обеспечивает плотное прилегание тел качения к беговым дорожкам, уменьшает износ поверхностей качения, повышает предельные нагрузки и долговечность подшипников, предотвращает вращение тел качения под действием гироскопических моментов, а значит, снижает коэффициент трения.

Чрезмерный натяг уменьшает работоспособностъ опор, так как вызывает защемление тел качения, перегрузку поверхностей качения и повышенное тепловыделение. Предварительный натяг создается в радиально-упорных шариковых, радиально-упорных роликовых, радиальных роликовых с внутренним коническим отверстием, упорно-радиальных шариковых и упорных подшипниках качения.

Радиально-упорные шариковые подшипники служат для восприятия радиальных и осевых нагрузок одновременно, значительно реже они служат только для радиальной или только осевой нагрузки. Подшипники устанавливаются обычно парами с предварительным натягом. Величина натяга А_n может быть подсчитана по формуле

А_n ≥ 1,58 R tg β + 0,5 А₀, (2.1)

где R - радиальная нагрузка на подшипник, Н;

А₀ - осевая нагрузка на подшипник, Н;

β - угол контакта - угол между прямой, проходящей через точки касания шарика с дорожками качения в плоскостью центров шариков.

Предварительный натяг осуществляется следующими основными способами:

1) затяжкой подшипников на определенное осевое смещение наружных колец относительно внутренних;

2) затяжкой подшипников до получения определенного момента сопротивления вращению;

3) приложением к подшипникам постоянной осевой силы с помощью пружин

1) Предварительный натяг затяжкой подшипников на определенное осевое смещение наружных колец относительно внутренних осуществляется следующим образом. Между наружными и внутренними кольцами парных подшипников устанавливаются дистанционные втулки неравной длины. При этом внутреннее (рис. 2.8 а) или наружное (рис. 2.8 б) кольца затягиваются гайками 1 или 2 до упора в торец дистанционной втулки, в результате в опоре возникает натяг, определенный разностью a длин втулок.

Применяется также смещение наружных колец с помощью фланца или крышки 3 до выбора зазора a, регулируемого прокладками 4 (рис. 2.8 в).

Если подшипники расположены рядом (рис. 2.8 г, д), то натяг обеспечивается установкой между кольцами калиброванных шайб 5 толщиной, отличающейся на величину a, от толщины стопорною кольца. Кроме того, промышленность выпускает сдвоенные радиально-упорные подшипники с заранее установленным зазором a, выбираемым при затяжке (рис. 2.8 е - з).

Рекомендуется избегать совместного натяга подшипников, расположенных на больших расстояниях одного от другого вследствие возникновения трудно учитываемых осевых тепловых деформаций. В этом случае можно выполнить фиксирующую опору в виде сдвоенных подшипников 6 с предварительным натягом, а вторую опору сделать плавающей в виде радиального (рис. 2.8 и) или сдвоенного радиально-упорного подшипника с предварительным натягом (рис. 2.8 к).

Величина a подбирается опытным путем, ориентировочно можно принимать для подшипников малого и среднего размера при установке на небольшом расстоянии друг от друга a = 0,05...0,07 мм; для крупных подшипников a  = 0,07...0,12 мм. При высоких нагрузках, малых частотах вращения и больших углах контакта принимаются большие значения a, в противоположных случаях меньшие.

2) Предварительный натяг осуществляется затяжкой подшипников до получения определенного момента сопротивления вращению. В этом случае обеспечивается возможность периодической подтяжки подшипников. Необходимый натяг создается с помощью прокладок 1 требуемой толщины (рис. 2.9 а) или бесступенчатым регулированием путем смещения гайкой 2 внутренних (рис. 2.9 б) или гайкой 3 наружных (рис. 2.9 в) колец.

Рис. 2.9. Схемы регулирования натяга:

а – с помощью прокладок 1; б – смещением гайкой 2 внутреннего кольца подшипника; в – смещением гайкой 3 наружного кольца подшипника

Остальные кольца крепятся жестко. Натяг регулируется до получения беззазорного, но достаточно легкого вращения следующими способами:

1) гайка затягивается до момента, пока вал перестает вращаться от руки, после чего гайка отворачивается на 1/4 оборота и стопорится;

2) гайка затягивается до отказа, затем медленно отворачивается с приложением к проверяемому валу (детали) усилия руки. Гайка стопорится, когда вал начинает вращаться.

Возможна затяжка гайки нормированным моментом, определяемым опытным путем.

3) Предварительный натяг осуществляется приложением к подшипникам постоянной осевой силы с помощью пружин. При этом способе используются спиральные или тарельчатые пружины, обеспечивающие натяг практически постоянной величины, почти независимо от износа поверхностей качения, колебания линейных размеров и тепловых деформаций.

Пружинный натяг применяется:

• в опорах, расположенных на больших расстояниях одна от другой;

• в прецизионных узлах;

• в быстроходных станках;

• в оборудовании, подверженном динамическим нагрузкам.

На рисунке 2.10 в качестве примера показаны схемы создания предварительного натяга с помощью тарельчатых пружин со смещением внутренних (рис. 2.10 а) или наружных (рис. 2.10 б) колец подшипника. При этом подшипники следует устанавливать таким образом, чтобы наибольшие рабочие нагрузки воспринимались корпусом непосредственно через один из подшипников, а не через пружины. Для схем, изображенных на рис. 2.10, это нагрузки, действующие на вал справа налево.

а б

Рис. 2.10. Схемы создания предварительного натяга с помощью

тарельчатых пружин:

а – со смещением внутренних колец подшипника; б – со смещением наружных колец

Радиально-упорные роликовые подшипники.Конические роликовые подшипники применяются в парной установке. Предварительный натяг создается перемещением внутреннего или наружного кольца. Основные способы создания натяга те же, что и для шариковых подшипников. Схемы изображены на рис. 2.11.

Регулирование натяга с помощью регулировочных шайб 1, установленных за кольцами подшипников (рис. 2.11 а, б, д), требует демонтажа переднего подшипника и применяется в узлах, не нуждающихся в частой регулировке.

В конструкциях с регулировочными шайбами 2, установленными перед кольцами (рис. 2.11 е) или крышками (рис. 2.10 ж), для регулирования величины натяга достаточно снять крышки и заменить шайбы. Регулирование без демонтажа узла обеспечивает схема с центральным регулировочным винтом 3 (рис. 2.11 и). В узлах, где требуется периодическое регулирование натяга, используется смещение внутренних (рис. 2.11 в) или наружных (рис. 2.11 з) колец с помощью гаек. Длительную работу подшипникового узла без подтяжки обеспечивает пружинный натяг (рис. 2.11 г).

Радиальные роликовые подшипники с коническим отверстием

во внутреннем кольце широко применяются в шпиндельных опорах токарных, фрезерных, шлифовальных и многоцелевых станков. Установка их производится следующими тремя основными способами.

П е р в ы й с п о с о б. Натяг в подшипнике достигается за счет осевого смещения вдоль шпинделя 1 внутреннего кольца при нажиме гайки на промежуточную втулку 2 (рис. 2.12 а).

В исходном свободном состоянии между беговыми дорожками колец подшипника и роликами имеется радиальный монтажный зазор 0,03 - 0,06 мм При смещении вправо вдоль шпинделя внутреннее кольцо подшипника растягивается на конусе шпинделя (перемещение на 0,1 мм уменьшает монтажный зазор на 0,008 мм), монтажный зазор вначале уменьшается до нуля, а затем в подшипнике возникает натяг. Величина натяга ограничивается высотой дистанционного кольца 3. Однако при такой конструкции неудобен демонтаж подшипника. При вторичном регулировании подшипника необходима

разборка шпиндельного узла со снятием подшипников для освобождения дистанционного кольца, подвергаемого дополнительной шлифовке.

Этих недостатков лишена конструкция, в которой дистанционное кольцо 3 состоит из двух частей и устанавливается между фланцем шпинделя и промежуточным кольцом 4 (рис. 2.12 б). Подшлифованные на определенную высоту обе части дистанционного кольца устанавливаются на место и закрепляются с помощью винтов 5, ввертываемых в отверстия фланца шпинделя и проходящих через отверстия дистанционного и промежуточного колец. Данная конструкция позволяет производить регулирование зазора в подшипнике, не снимая его со шпинделя.

Первый способ применяется в станках повышенной точности при значительных нагрузках.

В т о р ы м с п о с о б о м величина натяга ограничивается и регулируется с помощью гайки 3 (рис. 2.12 в) или винта 5 (рис. 2.12 г), с помощью которых также легко снять подшипник. Способ применяется в станках общего назначения при средних нагрузках.

Т р е т и й с п о с о б. Торец внутреннего кольца подшипника со стороны большего подшипника не имеет упора (рис. 2.12 д). Конструкция опоры наиболее проста, но возможна и чрезмерная затяжка подшипника и неудобен его демонтаж. Способ применяется в основном при установке подшипников в задние опоры шпинделей.

Упорно-радиальные шариковые подшипники применяются для восприятия только осевых нагрузок и устанавливаются в передней опоре шпинделей в сочетании с роликовым радиальным двухрядным подшипником (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Установка упорно-радиального шарикового подшипника

1 – гайка; 2 и 3 – внутренние кольца подшипника; 4 – втулка;

5 – наружное кольцо подшипника

При затягивании гайки 1 плотно смыкаются торцы колец 2, 3 и втулки 4. При этом в подшипнике между кольцами, шариками и наружной обоймой 5 возникает натяг, величина которого обеспечена при изготовлении подшипника размерами сопрягаемых деталей.

Упорные шариковые подшипники применяются для восприятия значительных осевых нагрузок при относительно небольших частотах вращения. В металлообрабатывающем оборудовании они устанавливаются в шпиндельных узлах привода главного движения, на валу червяка и ходовом винте привода подач.

Поджим невращающегося кольца к неподвижной опоре осуществляется обычно с помощью гайки непосредственно или через переходные втулки, действующие на вращающееся кольцо. Например, в шпиндельных узлах тяжелых токарных станков возможна установка двух упорных подшипников в передней опоре, воспринимающих осевые нагрузки в обоих направлениях (рис. 2.12 а).

В вертикально-сверлильных станках один из таких подшипников 2 устанавливается в передней опоре, другой - 3, в задней опоре шпинделя (рис. 2.14). При этом оба подшипника поджимаются к опорным поверхностям гильзы 4 с помощью гайки 1.

В передачах винт-гайка упорные подшипники могут быть установлены аналогично рис. 2.15 в сочетании с радиальными подшипниками скольжения.

Рис. 2.14. Установка упорных подшипников в шпиндельном

узле вертикально-сверлильного станка:

1 – гайка; 2 и 3 – упорные подшипники; 4 - рейка

Рис. 2.15. Установка упорных шариковых подшипников в сочетании

с радиальными подшипниками скольжения