Сферические опоры

Сферические опоры обеспечивают смещение вала вокруг трех взаимно перпендикулярных направлений. Их применяют в тех случаях, когда в процессе эксплуатации или регулировки подвижная система приборного устройства кроме вращения вокруг своей оси должна поворачиваться вокруг опорного узла.

Рис.I-39 – сферическая опора.

Цапфу вала выполняют в виде сферы радиусом r_c (Рис.I-39), а подшипник имеет коническую рабочую поверхность с углом 2·α, так что их касание происходит по окружности диаметром d или узкому шаровому пояску. Опоры обычно выполняют с осевыми и радиальными смещениями одного из подшипников, что позволяет регулировать зазор в опоре. Точность центрирования достигает 10 мкм. Опоры мало чувствительны к изменениям температуры, имеют малый момент трения, и их используют при небольших нагрузках и частотах вращения валов и осей.

Конструктивно сферическую цапфу выполняют как заодно целое с валом, так и в виде отдельного шарика, закрепленного (запрессованного или завальцованного) на вале или оси. Подшипники выполняют из бронзы и материалов, не подвергающихся коррозии, а в ответственных случаях – из стекла или минералов.

Опоры на керне

Типовая опора на керне (см. Рис.I-40) состоит из цапфы конической формы, на конце которой выполнена сферическая полированная поверхность малым радиусом r_к = 0,01…0,15 мм (керн), и подшипника с вогнутой сферической рабочей поверхностью радиусом r_п = r_к·(4…12) мм. Соприкосновение цапфы и подшипника происходит в точке, что обуславливает малый момент трения и возможность использования опор на керне только при незначительных нагрузках и невысоких частотах вращения вала или оси.

Рис.I-40 – опоры на керне.

Опоры на керне применяют как при горизонтальном, так и вертикальном расположении вала. В обоих случаях вал помещают между подшипниками с зазором, который исключает заклинивание при повышении температуры, но одновременно не обеспечивает высокой точности положения оси подвижной системы. Такие опоры получили широкое распространение в электроизмерительных приборах, в которых не требуется точного центрирования валов.

Подшипники качения

Подшипники качения обычно состоят из двух колец – наружного и внутреннего, между которыми размещают тела качения (шарики или ролики), отделяемые друг от друга сепараторами. Наружное кольцо служит для крепления подшипника в корпусе, а внутреннее – на валу.

По сравнению с подшипниками скольжения, подшипники качения имеют меньшие моменты трения при трогании с места (в 5…10 раз) и в процессе движения. Подшипники качения обеспечивают высокую точность центрирования при восприятии значительных радиальных и осевых нагрузок, сохраняют работоспособность при больших частотах вращения и в широком диапазоне изменения температуры, они стандартизованы и нормализованы в производстве, что сокращает время проектирования опор вращения, обеспечивает полную взаимозаменяемость и уменьшает стоимость опорных узлов.

Опоры на ножах

Ножевая опора состоит из ножа, опирающегося на подшипник-подушку. Рабочая поверхность ножа (цапфа) представляет собой цилиндрическую поверхность малого радиуса. В приборах наиболее широкое применение получил нож с треугольным профилем. Форма подушки чаще всего – плоская. Форма опоры зависит от назначения и значения допускаемого момента трения. Плоские подушки обеспечивают минимальный момент трения, их применяют в особо точных приборах (рычажные весы), но такой опоре необходимо дополнительное устройство для центрирования подвижной системы.

Во всех вариантах ножевой опоры происходит соприкосновение двух цилиндров (плоскость – это поверхность цилиндра с бесконечным радиусом кривизны). При колебаниях ножа, его цапфа перекатывается по поверхности подушки, обеспечивая трение качения. Учитывая возникающие силы в точке контакта, необходимо заметить, что максимальный угол отклонения плоскости симметрии ножа относительно нормального положения определяется коэффициентом трения f: