§ Опоры шпиндельных узлов

Как правило применяются подшипники качения специальных конструкций.

Увеличение быстроходности, уменьшение жёсткости

Типовые конструктивные схемы шпиндельных узлов на подшипниках качения:

Низкоскоростные

1. d·n<(1÷1,4)·10⁵ мм·мин^-1

2. d·n<(1,5÷1,8)·10⁵ мм·мин^-1

3. d·n<(1,6÷2)·10⁵ мм·мин^-1

Среднескоростные

4. d·n<(2,5÷3,5)·10⁵ мм·мин^-

5. d·n<(3 ÷4,5)·10⁵ мм·мин^-1

6. d·n<(4÷5)·10⁵ мм·мин^-1

Высокоскоростные

7. d·n<(5÷6)·10⁵ мм·мин^-1

8. d·n<(6÷8)·10⁵ мм·мин^-1

9. d·n<(7÷10)·10⁵ мм·мин^-1

10. d·n<(10÷15)·10⁵ мм·мин^-1

d · n

- скоростной параметр,

где:

d – диаметр отверстия под подшипник (мм);

n – частота вращения шпинделя(мин^-1);

1 – применяются радиальные роликовые и упорные роликовые подшипники.

2 – роликоподшипники конические двухрядные и упорные шарикоподшипники.

3 – радиально-упорные роликоподшипники одно и двух рядные.

4 - роликоподшипники конические и шарикоподшипники конические двухрядные.

5, 6, 7 – особо быстрые радиально-упорные шарикоподшипники. Их собирают в комплекты по 2, 3 и 4.

8, 9, 10 – радиально-упорные шарикоподшипники в комплектах и радиально-упорные со встроенными пружинами для восприятия нагрузок в задних опорах.

К опорам шпинделей предъявляются следующие требования:

1. Точность. Оценивается радиальным или осевым биением вращающегося кольца в передней и задней опорах.

2. Жёсткость подшипников. Различают радиальную и осевую жёсткость. Для повышения жёсткости, а также для устранения зазоров в подшипниках применяют предварительный натяг (постоянная предварительная нагрузка).

В радиальных шарикоподшипниках для его создания смещают наружные кольца относительно внутренних в осевом направлении, для чего устанавливают, например, распорные пружины.

В роликовых подшипниках предварительный натяг создают осевым смещением внутреннего кольца подшипника на конической шейке шпинделя, что создаёт радиальные деформации кольца.

В шариковых, радиально-упорных и конических роликовых подшипниках натяг создаётся при сборке за счёт осевого взаимного сближения рядов тел качения.

Недостаток предварительного натяга: резко возрастает тепловыделение в подшипниках.

Натяг или зазор шпиндельных подшипников обычно регулируют в специально приспособленных на собранном узле вне станка или на станке. Для упрощения этой операции применяют специальные кольца. Их размеры устанавливают заранее и при сборке точно ограничивают силу предварительного натяга.

3. Низкое тепловыделение. Тепловыделение оценивается тепловым потоком по формуле:

Q = 0,4 · 10^-2 · R · d · n · f

(Вт)

где R – нагрузка на подшипник (Н);

d – диаметр подшипника (мм);

n – частота вращения (мин-1);

для шариковых и роликовых цилиндрических подшипников (f = 0,002 ÷ 0,003), для конических роликоподшипников (f = 0,004 ÷ 0,008).

Теплота, выделяемая в подшипнике, ведёт к нагреву стенок корпуса и самого шпинделя, а значит к температурным деформациям. Неравномерность нагрева наружного и внутреннего кольца существенно изменяет первоначально установленную величину натяга. Поэтому окончательное регулирование подшипников целесообразно проводить при достижении в узле установившегося значения температуры.