2.3. Конструирование подшипниковых узлов

В редукторах в основном применяются подшипники качения. Под­шипниковый узел состоит из корпуса, подшипника и шипа вала. В зависимости от условий эксплуатации и функциональных требований в состав подшипниковых узлов могут включаться сквозные или глу­хие крышки, уплотнения, кольца, стаканы, регулируемые упоры, прокладки и другие детали.

Основное назначение подшипниковых узлов заключается в обеспе­чении вращения вала с малыми потерями на трение и передаче нагрузки от вала к корпусу.

Дополнительно могут устанавливаться следующие требования:

- фиксация вала от осевых перемещений; ограничение или обеспече­ние свободного осевого перемещения вала (опору в последнем слу­чае называют плавающей);

- надежное закрепление внутреннего кольца подшипника на валу для предотвращения его осевого смещения (посадка внутреннего кольца подшипника с натягом не решает эту задачу);

- ограничение подвижности наружного кольца подшипника или свобо­ду его осевого перемещения; возможность регулирования зазора в коническом роликоподшипнике;

- возможность компенсации теплового расширения вала;

- регулирование положения вала по отношению к корпусу редуктора в направлении оси вала;

- хорошая смазка подшипников; защита подшипника от попадания избыточного масла (при общей смазке с зубчатыми колесами) или от вымывания смазки из подшипникового узла (при раздельной смазке);

- предотвращение вытекания смазки из подшипникового узла и по­падания загрязнений и влаги в подшипниковый узел.

Некоторые из перечисленных требований могут быть удовлетво­рены выбором типа подшипника, другие - усложнением конструкции подшипникового узла.

Тип подшипника выбирается с учетом величины и характера действующих нагрузок, функциональных требований к подшипниково­му узлу, габаритных ограничений. В некоторых учебниках устанав­ливается соответствие между типом передачи и типом подшипника, которое можно считать весьма условным. В первую очередь следу­ет рассматривать возможность использования радиальных шарико­подшипников, которые могут воспринимать до 70% нереализованной радиальной нагрузки. Они относительно просты и дешевы, не требуют регулировки при сборке узла или замене подшипника. Использование других типов под­шипников необходимо обосновать. Выбор конкретного подшипника производится по диаметру вала.

С целью исключения статической неопределимости, обычно, вал устанавливается на двух опорах, которые могут использоваться в следующих вариантах: 1) обе опоры плавающие (шарнирно подвижные); 2) одна фиксирующая (шарнирно неподвижная) и одна плавающая; 3) каждая из опор ограничивает перемещение в одном направлении. Применимость каждого из вариантов определяется конструктивными особенностями редуктора и длиной его валов, и имеет свои досто­инства и недостатки.

Подшипники на вал могут устанавливаться с односторонней или двусторонней фиксацией внутреннего кольца. Односторонняя фикса­ция достигается упором внутреннего кольца в заплечик вала, рас­порную втулку, зубчатое колесо или другие детали, располагаемые на валу между опорами. При этом не только предупреждается смеще­ние кольца по валу, но и достигается требуемая точность располо­жения подшипника на валу и беговой дорожки его внутреннего коль­ца. Двустороннее закрепление внутренних колец используется в случаях, когда возможно смещение кольца относительно вала под действием осевой силы (рабочей или монтажной), приложенной к валу, или осевой составляющей от радиальной нагрузки на подшип­ник, или силы трения. Справочная литература предлагает различные варианты двустороннего закрепления подшипников на валу с помощью закрепительных гаек, торцовых шайб, пружинных упорных колец, закрепительных и распорных втулок.

Закрепление наружных колец также бывает одно и двусторон­ним. Двустороннее закрепление применяют для фиксирующих опор двустороннего действия и разбирающихся конструкций подшипников. Одностороннее закрепление, как правило, обеспечивается торцом крышки подшипникового узла. В слу­чае использования конического роликоподшипника фиксирующим эле­ментом может быть упор, предназначенный для регулирования зазо­ра в подшипнике. При двустороннем закреплении дополнительно ис­пользуют заплечики корпуса, или стакана, располагаемого в корпу­се, или стопорное кольцо.

При выборе способа крепления колец следует учитывать величи­ну осевой нагрузки, частоту вращения вала, технологичность из­готовления. Для регулирования зазора в подшипнике или теплового зазора между подшипником и крышкой подшипникового узла применя­ют прокладки из жести, латуни или технического картона, распола­гаемые между крышкой подшипникового узла и корпусом редуктора. Этими же прокладками регулируют положение вала относительно кор­пуса. В конструкции подшипникового узла быстроходного вала кони­ческого редуктора для достижения указанной цели используют про­кладки, подкладываемые под фланец стакана.

Подшипниковые крышки выполняются закладными или прижимными. Их размеры определяют из конструктивных и технологических сооб­ражений по рекомендациям учебных пособий. Выбор типа крышки сле­дует согласовать с принятым типом уплотнений, которые подразделяются на две группы: контактные и бесконтактные. К контактным уплотнениям относятся: фетровые, войлочные, манжетные, торцовые уплотнения; к бескон­тактным - щелевые, лабиринтные, центробежные. Контактные уплот­нения при работе изнашиваются, поэтому конструкция подшипни­ковых крышек должна приниматься с учетом удобства их замены.

При выборе типа уплотнения учитывают вид смазки подшипника, рабочую температуру подшипникового узла, окружную скорость вала, характер внешней среды. Сравнительная оценка уплотнений приведена в книгах [5 , 8] .

Главное требование к корпусу подшипникового узла - жесткость. В редукторе корпуса подшипниковых узлов являются составными элементами его корпуса, поэтому вопросы их конструирования здесь отдельно не рассматриваются.