9.3. Конструювання підшипникових вузлів
Конструктивне оформлення підшипникових вузлів (опор) редуктора залежить від типу підшипників, схеми їхньої установки, виду зачеплення редукторної пари й способу змазування підшипників і коліс.
Основним виробом підшипникового вузла є підшипник. Крім цього комплект деталей вузла може включати: деталі кріплення кілець підшипників на валу і у корпусі кришки й компенсаторні кільця; стакани; ущільнення (зовнішні й внутрішні); регулюючі пристрої.
У пп. 1...5 розглянуті схеми установок і вибір посадок підшипників, а також рекомендації з конструювання й вибору окремих комплектуючих деталей підшипникових вузлів.
9.3.1. Схеми установки підшипників. При цьому вал з опорами повинен представляти статично визначену систему у вигляді балки з однією шарнірно-рухливої (плаваючої) опорою для запобігання защемлення в підшипниках від температурних деформацій вала й однією шарнірно-нерухливою (фіксуючою) опорою, що перешкоджає осьовому зсуву вала.
Плаваючі опори допускають осьове переміщення вала від температурних деформацій у будь-якому напрямку й сприймають тільки радіальні навантаження (див. рис. 9.13, 9.14). Якщо в зачепленні діють радіальна Fr і осьова Fa сили* то в якості плаваючої вибирають більше навантажену опору;' якщо в зачепленні діє тільки радіальна сила, те плаваюча — менш навантажена опора.
Фіксуючі опори обмежують переміщення вала в одному (див. рис. 9.15...10.19) або обох напрямках і сприймають радіальну й осьове навантаження.
Таким чином, осьове фіксування валів здійснюється різними способами установки підшипників у плаваючих, і фіксуючих опорах.
Схема 1. Осьове фіксування вала в одній опорі одним підшипником (рис. 9.13)
Плаваюча опора. Внутрішнє кільце підшипника з обох торців закріплено на валу. Зовнішнє кільце в корпусі не закріплене і допускає осьове переміщення вала в обох напрямках.
Фіксуюча опора. Внутрішнє кільце підшипника з обох торців закріплено на валу. Зовнішнє кільце також із двостороннім закріпленням у корпусі обмежує осьове переміщення вала в обох напрямках.
Типи підшипників. Радіальні однорядні кулькові й роликові й дворядні сферичні. Кожної з типів підшипників плаваючої опори може бути застосований з будь-яким типом підшипника фіксуючої. У проектованих редукторах прийняті радіальні однорядні шарикопідшипники.
Рис. 9.13. Установка радіальних шарикопідшипників за схемою 1: права опора - фіксуюча, ліва - плаваюча
Переваги: а) температурні подовження вала не викликають защемлення тіл кочення в підшипниках; б) не потрібно точного розташування посадкових місць підшипників по довжині вала.
Недоліки: а) мала твердість опор і пов'язане із цим збільшення прогинів валів і деформація сидячих на них деталей; б) відносна складність конструкції фіксуючої опори через необхідність кріплення підшипника як на валу, так і в корпусі.
Застосування. При будь-яких відстанях між опорами, значних температурних деформаціях вала і невисоких вимог до твердості опор і вала. У проектованих приводах схему 1 застосовують обмежено (у циліндричних редукторах при а w>180mm.
Схема 2. Осьове фіксування вала в одній опорі двома підшипниками (див. рис. 9.14)
Закріплення внутрішніх і зовнішніх кілець підшипників на валу й у корпусі плаваючої й фіксуючої опор таке ж, як і в схемі 1.
Типи підшипників. У плаваючій опорі — радіальні однорядні кулькові й роликові, а також дворядні сферичні. У фіксуючій опорі — здвоєні одинарні радіальні і радіально-упорні. Кожен з підшипників плаваючої опори може бути застосований з кожним з типів підшипників фіксуючої опори. Підшипники фіксуючої опори встановлюють у стакани. У проектованих редукторах прийняті: у плаваючій опорі радіальні однорядні шарикопідшипники; у фіксуючої-здвоєні одинарні радіально-упорні кулькові й роликові конічні.
Переваги й недоліки схеми 2 такі ж, як і схеми 1, але при цьому схема 2 характеризується більшою твердістю фіксуючої опори.
Застосування. При будь-яких відстанях між опорами, значних температурних деформаціях вала і високих вимог до твердості опор і вала. У проектованих приводах схему 2 застосовують обмежено (на швидкохідних валах черв'ячних редукторів при aw>160мм.
Рис. 9.14. Установка підшипників за схемою 2: нижня опора - фіксуюча на двох конічних роликопідшипниках; верхня - плаваюча (радіальний шарикопідшипник).
Схема 3. Осьове фіксування вала у двох опорах— враспор (див. рис. 9.15...9.18)
Обидві опори конструюють однаково, при цьому кожний підшипник обмежує осьове переміщення вала в одному напрямку. Внутрішні кільця підшипників закріплюють на валу упором у буртики 3-ї або 5-ї ступені вала або в торці інших деталей *, встановлених на 2-й або 4-й ступені. Зовнішні кільця підшипників закріплені від осьового зсуву упором у торці кришок або інших деталей, установлених у підшипниковому гнізді. Кільця радіально-упорних підшипників обох опор мають у своєму розпорядженні широкі торці назовні.
Типи підшипників. У проектованих редукторах прийняті радіальні однорядні кулькові і радіально-упорні кулькові й роликові конічні підшипники. Якщо в опорах застосовані радіальні підшипники, то для компенсації теплових деформацій порівняно коротких (до 300 мм) валів між торцем зовнішнього кільця і кришкою установлюють зазор а = 0,2...0,5 мм (на складальних кресленнях редукторів зазор а не показують). При установці радіально упорних підшипників для запобігання защемлення в тіла* кочення від температурних деформацій вала, передбачають осьове регулювання зазорів у підшипнику (див. п. 5).
Переваги: а) можливість регулювання підшипників; б) простота конструкції опор (відсутність стаканів і інших додаткових деталей).
Недоліки: а) імовірність защемлення тіл кочення в опорах внаслідок температурних деформацій; б) більше тверді допуски на осьові розміри вала і ширину корпуса.
Застосування. При невеликих відстанях між опорами l≤ (6...8)d. Менші значення відносяться до роликових, більші -до кулькових радіально-упорних підшипників. Для радіальних підшипників l≥ 10d . У розроблювальних проектах схема 3 краща і широко застосовується для швидкохідних і тихохідних валів циліндричних і черв'ячних редукторів (для вала-черв'яка при аw<160 мм), а також для тихохідних валів конічних редукторів.
Рис. 9.15. Установка радіальних шарикопідшипників за схемою 3 - враспор; обидві опори фіксуючі, кришки врізні
Рис. 9.16. Установка радіально-упорних шарикопідшипників за схемою 3- враспор; обидві опори фіксуючі, регулювання підшипників - прокладками
Рис. 9.17. Установка конічних роликопідшипників за схемою 3 - враспор: обидві опори фіксуючі, кришки торцеві, регулювання підшипників - прокладками
Рис. 9.18. Установка конічних роликопідшипників за схемою 3 - враспор; обидві опори фіксуючі. кришки врізні, регулювання підшипників - гвинтом
Схема 4. Осьове фіксування вала у двох опорах — врастяжку (див. рис. 9.19, 9.20)
Обидві опори конструюють однаково, при цьому кожний підшипник обмежує осьове переміщення вала в одному напрямку. Внутрішнє кільце одного підшипника (на малюнках-лівого) упирають у регулювальну гайку, при цьому його посадку для можливості переміщення по валу не послабляють; внутрішнє кільце іншого впирають у буртик третьої ступені-або торці інших деталей, установлених на валу. Зовнішні кільця підшипників упирають широкими торцями в буртики отвору корпуса (або стакани-див. рис. 9.20) або застосовують підшипники з бортами на зовнішнім кільці (рис. 9.19).
Типи підшипників. У проектованих редукторах прийняті радіально-упорні кулькові і роликові конічні підшипники.
Переваги: а) можливість регулювання опор; б) мала ймовірність защемлення тіл кочення в опорах при температурних деформаціях, тому що зазори в підшипниках будуть збільшуватися.
Недоліки: а) високі, вимоги точності, пропоновані до різьби вала й гайок і до торців гайок; б) ускладнення конструкції опор.
Застосування. При невеликих відстанях між опорами l= (6...8)d.. Менші значення відносяться до роликових, більші-до кулькових радіально-упорних підшипників. У розроблювальних проектах схема 4 застосовується для швидкохідних валів конічних редукторів.
Рис. 9.19. Установка конічних роликопідшипників за схемою 4 -врастяжку; обидві опори фіксуючі, кришка торцева, регулювання підшипників-круглої шліцевою гайкою
Рис. 9.20. Установка радіально-упорних шарикопідшипників за схемою 4 - врастяжку; обидві опори фіксуючі, кришка торцева, регулювання підшипників - круглої шліцевою гайкою
9.3.2. Кріплення кілець підшипників на валу і у корпусі. При виборі способу кріплення кілець підшипника варто враховувати схему установки підшипників, тип опори (фіксуюча або плаваюча), величину осьового навантаження, спосіб регулювання підшипників і коліс, тип і характер посадки підшипників, частоту обертання вала, розміри й конструкцію вузла в цілому. У кожному окремому випадку прийнятому способу кріплення внутрішнього кільця можуть відповідати різні способи кріплення зовнішнього кільця, і навпаки.
Рис. 9.21. Способи кріплення внутрішнього кільця підшипника: