2.5 Примеры назначения нормы осевой игры вала

2.5.1 Напомним, что норма в данном случае – это та осе­вая игра вала, которая должна быть получена регулировкой на холодной машине в процессе её сборки на заводе-изготовителе или при выполнении ремонтных работ.

2.5.2 Покажем далее, как назначить норму осевой игры вала, используя вычисленные в пункте 2.4.3 величины изменения его осе­вой игры от разницы температур этого вала и корпуса.

Т аблицей 2.3 для роликоподшипников с внутренним диаметром d = 50…80 мм и углом контакта = 10⁰…16⁰ рекомендованы пределы осевой игры вала на работающей (нагретой) машине S_нагр.= 60...140 мкм.

Для первого варианта (вал стальной, корпус чугунный, под­шипники установлены враспор) изменение осевой игры определено равным – 0,076 мм = – 76 мкм. Знак минус означает, что осевая игра уменьшается. Поэтому для холодной машины, на которой выпол­няется регулировка, приведенные выше цифры S_нагр можно увеличить на 76 мкм. В результате для холодной машины получим S_хол = (60 + 76)… …(140 + 76) мкм или S_хол = 136...216 мкм. Последние цифры можно уже принять за норму. Но для создания некоторого запаса качества и с учетом неизбежных погрешностей при выполнении регу­лировочных операций сузим полученный интервал приблизительно на 10% с каждой стороны. Тогда будем иметь S_хол = 150...200 мкм = 0,15...0,20 мм. Эти цифры и примем в качестве нормы, а в технических требованиях чертежа на сборку редуктора запишем пункт такого, например, содержания "Осевое перемещение вала поз. 4 от 0,15 до 0,20 мм."

Для второго варианта, который отличается от первого только установкой подшипников врастяжку (см. таблицу 2.4), осевая иг­ра меняется в сторону увеличения и притом весьма незначительно, т. е. ΣΔS_{раст.чуг.} = 0,012 мм = 12 мкм. Воспользуемся изложенным выше принципом, но в данном случае уменьшим рекомен­дованные таблицей 2.3 пределы осевой игры в нагретом состоянии S_нагр.= 60...140 мкм на 12 мкм. В итоге для холодной машины получим осевую игру S_хол.= (60 – –12)...(140 – 12) мкм, или S_хол.= 48…128 мкм.

По изложенным выше соображениям сузим несколько полученный интервал и получим для холодной машины норму осевой игры вала S_хол = 53...115 мкм = 0,053...0,115 мм. В технических требованиях чертежа запишем пункт такого содержания: "Осевое пе­ремещение вала поз. 4 от 0,053 до 0,115 мм".

В заключение заметим, что на практике значения t_в и t_к определяют расчетом или же опытным путем. За начальную температуру, при которой ведется сборка и регулировка машины, принима­ют обычно t₀ = 20 ⁰С. В курсовом проектировании можно принимать для цилиндрических и конических редукторов Δt_в = t_в – t₀ = 30...40 ⁰С; Δt_к = t_к – t₀ = 20...30 ⁰С.

Для редукторов червячных, где потери больше и поэтому тем­пературы выше, рекомендуется принимать Δt_к = t_к – t₀ = 40...60 ⁰С.

2.6 Сведения о методах регулирования осевой игры валов

2.6.1 Там, где требуется регулировка осевой игры вала, конст­руктор обязательно предусматривает возможность вы­полнения этой слесарной операции достаточно простыми средствами. При этом в конструкцию могут вводиться специальные детали, участвующие в регулировке: винты, гайки, прокладки и др.

2.6.2 При установке подшипников враспор (см. рисунки 2.1а, 2.2) регулирование осевой игры вала происходит за счет воздейст­вия какой-либо детали подшипникового узла на наружное кольцо подшипника.

На рисунке 2.1а такой деталью служит привертная крышка 7. Вместе с крышкой в регулировке участвует комплект регулировоч­ных прокладок 6. Эти прокладки на собранной машине зажимаются между фланцем привертной крышки и корпусом. Правильно подобран­ная суммарная толщина комплекта прокладок как раз и обеспечивает заданную осевую игру вала (норму). Одна металлическая регулировочная прокладка редко имеет толщину менее 0,1 мм. При такой толщине регулировка получается довольно грубой, т. е. ступенями через 0,1 мм. В ответственных конструкциях (в авиационных редукторах, например) применяют одну прок­ладку, нужную толщину которой тщательно вымеряют и затем подгоняют шлифовкой. Это трудоёмкая и дорогая операция.

На рисунке 2.2а в конструкции подшипниковых узлов предус­мотрены закладные крышки 3 и 4, которые нельзя перемещать вдоль оси вала, как перемещают крышки привертные (см. выше). Поэтому в закладной крышке 4 выполнена резьба и установлен регулировоч­ный винт 5, который, воздействуя своим выпуклым концом на сере­дину нажимной шайбы 6, равномерно, без перекосов, передает уси­лие на наружное кольцо подшипника. Конструкция с регулировочным винтом допускает весьма тонкую регулировку, для чего резьбу на нем предусматривают с мелким шагом. Вместе с тем, эта конструкция сложнее и дороже описанной выше конструкции с регулировочными прокладками.

Конструкция по рисунку 2.2б имеет две привертные крышки 8, 9 и два комплекта регулировочных прокладок 10, 11. Они вместе выполняют две функции: сначала – регулирования осевой игры вала, а затем –регулирования правильного зацепления конического колеса 12 с другим коническим колесом (на рисунке не показано). Для регулирования зацепления колес нужно перемещать вдоль оси вал 1 вместе с колесом 12. Чтобы при этом не нарушить ранее выполненную регулировку подшипниковых узлов, нельзя изме­нять суммарную толщину комплектов прокладок 10 и 11, но можно перекладывать отдельные прокладки слева направо или на­оборот. Если, например, часть прокладок из комплекта 10 пере­нести направо и добавить к комплекту 11, то крышки 8 и 9 подви­нутся вправо, а вместе с ними подвинутся вал 1 и колесо 12. Осевая игра вала 1 при этом не изменится.

В конструкции по рисунку 2.2в предусмотрены два одинако­вых подшипниковых узла, содержащих закладные крышки 13, регули­ровочные винты 5 и нажимные шайбы 6. Здесь регулировочными вин­тами 5 сначала регулируется осевая игра вала 1, а затем – осе­вое положение конического колеса 12. Чтобы при этом не нарушить регулировку подшипниковых узлов, винты 5 нужно поворачивать одновременно и на одинаковый угол, который легко отсчитывать по выступам под ключ на торцах винтов. Если, например, завинтить в крышку на некоторый угол правый винт 5 и на тот же угол вы­винтить из крышки левый винт, то вал вместе с колесом сдвинется влево, а регулировка осевого перемещения вала не нарушится.

В заключение заметим, что привертные крышки, под которые подкладывают металлические регулировочные прокладки, а также закладные крышки и регулировочные винты уплотняют герметиками.

1 – вал; 2 – подшипник радиально-упорный роликовый; 3, 4 - крышка закладная; 5 – винт регулировочный; 6 – шайба нажимная; 7 – кольцо маслоотражательное; 8, 9 – крышка привертная; 10, 11 – комплект регулировочных прокладок; 12 – колесо коническое; 13 – крышка закладная; 14 – корпус.

Рисунок 2.2 – Иллюстрация регулирования осевой игры вала при установке подшипников враспор

2.6.3 При установке подшипников врастяжку (см. рисунки 2.1б и 2.3) регулирование осевого перемещения вала происходит за счет воздействия какой-либо детали подшипникового узла на внутреннее кольцо подшипника. (Напомним для сравнения, что при установке враспор воздействуем на кольцо наружное!).

Деталью, которая воздействует при регулировке на внутреннее кольцо подшипника, служит чаще всего регулировочная гайка, на­винченная на вал. По рисунку 2.1б гайка 9 через стопорную лепест­ковую шайбу 14 воздействует на внутреннее кольцо подшипника 2. Если гайку 9 завинчивать, то внутреннее кольцо будет перемещать­ся влево, а осевая игра вала будет уменьшаться. При отвинчивании гайки 9 осевая игра увеличивается. Чтобы облегчить перемещение кольца подшипника по валу, для кольца назначают посадку с малым натягом, переходную или реже с малым зазором.

2.6.4 Выполнение регулировочных операций требует контроля их результатов. Рисунок 2.3 иллюстрирует распространенный и достаточно точный метод такого контроля. На рисунке представлен подшипниковый узел переднего колеса автомобиля "Жигули". Здесь подшипники 1 (второй справа подшипник не показан) установлены врастяжку на неподвижной оси 2 (на предыдущих иллюстрациях это вал). Ось ук­реплена в передней подвеске автомобиля и не вращается. Корпусом служит вращающаяся ступица 3, к которой болтами крепится автомобильное колесо. Для регулировки осевого перемещения вращающейся ступицы относительно неподвижной оси предусмотрена гайка 4. При завинчивании гайки осевое перемещение ступицы уменьшается, при отвинчивании – увеличивает­ся. Для измерения величины осевого перемещения используется прис­пособление с индикатором часового типа 6, смонтированном на жестком кронштейне 7, ввинченном в резьбовое отверстие для одного из болтов крепления колеса.

Для измерения осевой игры нужно с некоторым усилием (30...50 Н) переместить ступицу в крайнее положение и заметить показание индикатора, затем сделать то же самое для другого край­него положения ступицы. Разница показаний индикатора и будет измеряемой осевой игрой.

Этот инструментальным метод непосредственного измерения применим во всех случаях, где есть возможность смонтировать прис­пособление, как показано на рисунке. Осложнения могут возникнуть, если, например, промежуточный вал редуктора не имеет выхода наружу. Наряду с инструментальным, существуют методы косвенного контроля, дающие менее точные, но зачастую удовлетворительные результаты.

Приведем примеры.

Вал 1 по рисунку 2.2а следует временно смонтировать в корпусе 14 без других валов с сопряжёнными зубчатыми колёсами, чтобы они не затрудняли его вращение. Затем нужно вращать вал, постепенно затягивая винт 5,пока не появится заметный рост сопротивления вращению.

1 – радиально-упорный роликоподшипник; 2 – ось неподвижная; 3 – ступица вращающаяся; 4 – гайка регулировочная; 5 – шайба; 6 - индикатор часового типа; 7 – кронштейн.

Рисунок 2.3 – Иллюстрация одного из методов измерения осевой игры вала

Это будет означать, что осевая игра устранена полностью. Далее следует отвернуть винт 5 в соответствии с его шагом, чтобы обеспечить требуемую осевую игру вала. Если, например, шаг винта 1,5 мм, а осевая игра должна составлять 0,3 мм, то винт следует отвернуть на 0,3 : 1,5 = = 0,2 оборота. После завершения регулировки винт 5 должен быть застопорен.

Рассмотрим ещё пример. Вал 1 по рисунку 2.2б также следует смонтировать в корпусе без других валов с сопряженными зубчатыми колесами. Одну крышку, например левую 8, следует закрепить, как положено с комплектом прокладок 10 ожидаемой толщины, а вторую крышку 9 установить на место без прокладок. Далее следует равномерно и постепенно затягивать болты крепления крышки 9, пока не появится ощутимый рост сопротивления вращению вала. После этого следует замерить щупом в нескольких местах зазор между корпусом 14 и фланцем крышки 9 и рассчитать среднее значение этого зазора. Если прибавить к величине среднего зазора требуемую величину осевой игры вала, то получим в итоге толщину комплекта прокла­док 11 под крышку 9.