2.6. Загальні вимоги до конструкцій опор валів

Підшипники кочення є складовими елементами опор валів та інших обертових деталей. Надійна і тривала робота підшипників залежить від конструктивних особливостей опор. Під час конструювання підшипникових вузлів беруть до уваги призначення механізму, умови його експлуатації, величину і напрям навантажень підшипників, необхідний ресурс, частоти обертання, температуру і стан навколишнього середовища.

Найбільш загальними вимогами до опор з підшипниками кочення є забезпечення співвісності посадочних поверхонь під підшипники, належна жорсткість деталей підшипникового вузла і умови правильного монтажу і демонтажу опор.

Співвісність посадочних поверхоньпід підшипники означає повну збіжність осей цапф валів і отворів корпусів після монтажу. Якщо не вжито заходів по забезпеченню співвісності, робота підшипникової опори буде ненормальною внаслідок перекосу кілець і перенавантаження тіл кочення.

Способи забезпечення співввісності:

а) розташування підшипникових опор у спільному корпусі або фіксація окремих корпусів на спільній основі з метою обробки отворів під зовнішні кільця підшипників за оди прохід різального інструмента;

б) обробка посадочних поверхонь валів за одне встановлення на верстаті;

в) застосування самоустановлювальних сферичних підшипників.

Жорсткість деталейпідшипникового вузла досягається при виконанні таких вимог:

а) розміри спряжених з підшипниками деталей повинні бути такими, щоб під дією експлуатаційних навантажень, вони не деформувались і не змінювали свою геометричну форму;

б) навантаження, що діють на опору, не повинні спричиняти відхилення від співввісності посадочних поверхонь;

в) висота і площа буртиків на валах і в корпусах повинна бути достатньою для сприйняття осьових зусиль без деформацій;

г) торцеві кришки і шайби для фіксації підшипників в осьовому напрямі повинні мати достатню жорсткість для уникнення деформацій, які можуть змінити нормальне положення підшипника.

Умови правильного монтажу і демонтажу опор з підшипниками кочення:

а) наявність відповідних фасок на поверхнях цапф і в розточках корпусів;

б) можливість застосування відповідних пристроїв для напресування і випресування підшипників;

в) забезпечення технологічності монтажу всіх деталей опори з можливістю регулювання зачеплень у передачах, а також зазорів у підшипниках.

2.7. Конструкції опор валів з підшипниками кочення

У конструкціях опор валів підшипники відповідним чином закріплюють як на валах, так і в корпусах. Це необхідно для забезпечення сталого положення валів та розташованих на них деталей, а також для можливості сприймання опорою осьових навантажень. Деякі найбільш поширені деталі кріплення підшипників наведені в додатку Б.

Внутрішні кільця підшипників закріплюють на валах, використовуючи буртики вала і посадку з натягом (рис. 2.12, а). Крім того, підшипники додатково закріплюють пружинними стопорними кільцями (рис. 2.12, б), торцевими шайбами (рис. 2.12, в), круглими спеціальними гайками зі стопорними шайбами (рис. 2.12, г). Таке закріплення підшипників використовується здебільшого для валів, які обертаються відносно нерухомого корпусу.

Рис. 2.12 – Кріплення підшипників кочення на валах

Закріплення підшипників у нерухомому корпусі здійснюється способами, показаними на рис. 2.13. Для забезпечення осьового переміщення підшипника в

Рис. 2.13 – Кріплення підшипників кочення у корпусі опори

гнізді корпуса (наприклад, для компенсації температурних деформацій вала) зовнішнє кільце не фіксується в осьовому напрямі (рис. 2.13, а). Однобічна фіксація осьового положення підшипника і вала здійснюється закріпленням зовнішнього кільця з одного боку буртиком у гнізді корпуса або кришкою (рис. 2.13, б, в). Двобічне закріплення зовнішнього кільця у гнізді корпусу виконується за допомогою буртика у корпусі або пружинного стопорного кільця та кришки (рис. 2.13, г, д). При застосуванні підшипників із захисними шайбами фіксація зовнішнього кільця може виконуватись стопорними пружинними кільцями без кришок. Існують також інші способи закріплення та фіксації підшипників кочення у гнізді корпусу.

При конструюванні підшипникових вузлів слід завжди дотримуватись того, щоб вал з опорами являв собою статично визначену систему.

За здатністю фіксувати осьове положення валу опори діляться на плаваючі та фіксуючі. Плаваючі опори допускають осьове переміщення валу в будь-якому напрямку (див. рис. 2.13, а). Фіксуючі опори можуть обмежувати переміщення валу в одному (див. рис. 2.13, б, в) або в обох напрямках (див. рис. 2.13, г, д). Осьові навантаження можуть сприймати тільки фіксуючі опори.

При виборі типів підшипників для плаваючих чи фіксуючих опор слід враховувати їх конструктивні особливості. Зазвичай вал установлюється на двох опорах, причому в залежності від конструкції вузла можливі різні комбінації плаваючих і фіксуючих опор:

Схема 1. Обидві опори плаваючі. Застосовується у випадках, коли осьова фіксація валу здійснюється якимись іншими елементами конструкції (наприклад, зубцями шевронних коліс).

Схема 2.Одна з опор фіксуюча і обмежує переміщення валу в обох напрямках, друга опора плаваюча і допускає вільне осьове переміщення валу. У такому вигляді система є статично визначеною і може бути представлена у вигляді балки з однією шарнірно-рухомою і однією шарнірно-нерухомою опорами. Основна перевага цієї схеми полягає в тому, що її можна застосовувати при установці опор на будь-якій відстані, тому що навіть значні теплові деформації будуть компенсуватись осьовим переміщенням плаваючої опори.

Схема 3.Кожна з опор обмежує переміщення валу в одному напрямку. Ця схема найбільш проста. Вона широко застосовується при малих відстанях між опорами. При великих відстанях між опорами слід враховувати небезпеку порушення нормальної роботи вузла в результаті неоднакового видовження валу і корпусу при нагріванні.

Розглянемо деякі особливості встановлення підшипниківдвох опор вала у випадках використання радіальних, радіально-упорних та упорних підшипників.

Радіальні підшипникизастосовують тільки при радіальному навантаженні опор і деколи при незначному осьовому навантаженні (кулькові радіальні підшипники). На рис. 2.14, а зображено варіант розміщення вала на радіальних кулькових підшипниках, який використовується для коротких валів (коли відношення відстані між опорами до діаметра валу). Тут підшипники мають однобічну фіксацію зовнішніх кілець у обох опорах. Невеликий зазор 0,2...0,3 мм між зовнішнім кільцем та кришкою призначений для запобігання заклинюванню тіл кочення при температурному видовженні вала.

Довгі вали розміщують на радіальних кулькових підшипниках за варіантом на рис. 2.14, б. Тут внутрішні кільця двох підшипників мають двобічну фіксацію на валу, зовнішнє кільце одного з підшипників зафіксовано у корпусі з двох боків, а зовнішнє кільце другого підшипника має можливість переміщуватись у корпусі в осьовому напрямі. Цим можна запобігти заклинювання підшипників при температурному видовженні вала. Фіксований з двох боків на валу та в корпусі підшипник сприймає радіальне і осьове навантаження, а вільно розміщений у корпусі підшипник (плаваюча опора) – тільки радіальне навантаження Підшипник плаваючої опори повинен бути навантажений меншою радіальною силою.

Рис. 2.14 – Конструкції опор валів на радіальних кулькових підшипниках

Схеми монтажу роликових радіальних підшипників у опорах валів залежать значною мірою від конструктивних особливостей цих підшипників.

Радіально-упорні підшипникиодночасно сприймають радіальне та осьове навантаження. Особливістю цих підшипників є те, що під час їхнього радіального навантаження виникає осьова сила, яка зумовлена кутом контактутіл кочення. Ця осьова сила примушує вал зміщатись в осьовому напрямі. Щоб запобігти цьому зміщенню, вал слід розміщувати на двох радіально-упорних підшипниках, встановлених так, щоб осьові сили, які в них виникають, були направлені в протилежні боки (тобто з протилежним напрямом кутів контакту).

На рис. 2.15 показані варіанти монтажу радіально-упорних шарико- та роликопідшипників у опорах валів.

Для коротких валів застосовують варіанти монтажу "у розпір" (рис. 2.15, а) та "у розтяжку" (рис. 2.15, б). Тут кожне кільце обох підшипників має тільки однобічну фіксацію на валу та в гнізді корпуса.

Іноді вали, навантажені радіальними та осьовими силами, розміщують на комбінованих опорах (рис. 2.15, в). На одній опорі встановлюють "у розпір" два радіально-упорні підшипники. Ця опора сприймає радіальне і двобічне осьове навантаження. На другій опорі може бути встановлений радіальний підшипник із можливістю осьового переміщення при температурних видовженнях вала. Ця опора сприймає тільки радіальне навантаження.

Радіально-упорні підшипники вимагають ретельного регулювання, яке здійснюють при робочій температурі за допомогою набору прокладок між кришкою та корпусом (рис. 2.15, а, в) або за допомогою гайки на валу (рис. 2.15, б).

Рис. 2.15 – Конструкції опор валів на радіально-упорних підшипниках

Упорні підшипникисприймають тільки осьові навантаження. Одинарні упорні підшипники сприймають одностороннє осьове навантаження (рис. 2.16, а).Подвійні підшипники можуть сприймати двобічне осьове навантаження (рис. 2.16, б).

Рис. 2.16 – Опори валів на упорних кулькових підшипниках

Слід зазначити, що упорні підшипники не фіксують радіальне положення вала, тому в одній опорі, як правило, використовують радіальний і упорний підшипники. Така комбінована опора здатна сприймати як радіальне, так і осьове навантаження. В цьому випадку зовнішнє кільце радіального підшипника встановлюється в корпусі без фіксації з обох боків, тобто плаваючим.