Глава 5 размерный анализ сборочных единиц редукторов

Допуски и предельные отклонения размеров поверхностей деталей сборочных единиц редукторов не могут проставляться произвольно. Их величина должна определяться расчётом при размерном анализе сборочных размерных цепей с учетом комплексных показателей точности передач, радиального зазора в подшипниках качения, метода сборки и т. д.

Расчёт точности деталей и размерный анализ узлов редуктора должен начинаться с формулировки задачи проектирования и с определения исходных звеньев сборочных размерных цепей. Затем определяются составляющие звенья сборочных размерных цепей. Особенности расчёта размерных цепей зависят от выбранного метода расчёта и метода сборки.

5.1. Радиальный зазор и осевая игра в подшипниках

Радиальный зазор является одним из исходных звеньев и ставит задачу проектирования точности размеров между поверхностями деталей, входящих в сборочные единицы вала шестерни, вала колеса или червяка.

Радиальный зазор S (рис. 5.l a), как расстояние между беговыми дорожками и телами качения, обуславливает свободу взаимного перемещения колец относительно друг друга в радиальном и осевом направлениях.

Осевая игра С (рис. 5.1 б) – это величина полного осевого перемещения кольца подшипника из одного крайнего положения в другое при неподвижном парном кольце. Величина радиального зазора и осевая игра в подшипнике определяются с учётом эксплуатационных характеристик опор, условий монтажа и регулирования подшипников.

а

б

Рисунок 5.1 – Радиальный зазор S (а) и осевая игра С (б) в радиальном

шарикоподшипнике

При сборке узла вала редуктора или других изделий необходимо обеспечить требуемую осевую игру, при которой в подшипнике сохраняется в известных пределах гарантированный радиальный зазор. Таким образом, осевая игра является замыкающим (исходным) звеном в сборочной размерной цепи и ставит задачу проектирования точности размеров деталей, входящих в сборочные единицы редуктора.

Между радиальным зазором S и осевой игрой С подшипника имеется зависимость

, (5.1)

где r – радиус желоба; d_ш – диаметр шарика.

Для радиальных однорядных шариковых подшипников осевая игра при известном радиальном зазоре может определяться по номограмме (прил. 6).

Радиальный зазор S влияет на осевую игру, а, следовательно, на радиальное биение оси вала при вращении и на осевое смещение торцевых поверхностей вала. При сборке можно регулировать пределы осевой игры за счёт, например, укладки прокладок-компенсаторов между торцом крышки и поверхностью корпуса или стакана (рис. 5.3 а). Количество и размеры прокладок определяют при расчёте сборочных размерных цепей. Таким образом, с помощью компенсаторов, размеры которых определены на стадии проектирования, можно регулировать осевую игру и радиальный зазор при сборке. Это позволяет обеспечить рациональные характеристики эксплуатации подшипника и требуемую точность расположения оси вала при вращении относительно базовых поверхностей корпуса изделия.

Следует различать осевую игру в нерегулируемых и регулируемых подшипниках.

Радиальный зазор в нерегулируемом подшипнике может быть в трёх состояниях:

1. начальный S_н (в состоянии поставки) – до установки подшипника на вал и в корпус;

2) посадочный (монтажный) – после установки подшипника в изделие. При установке подшипника с заданными посадками на вал и в корпус зазор уменьшается, сохраняя некоторое значение S_м > 0, или образуется натяг S_м  0;

3) рабочий (эксплуатационный) зазор S_р, который образуется под рабочей нагрузкой при установившемся температурном режиме в подшипниковом узле. Изменение зазора подшипника зависит от рабочей температуры вала и корпуса и других условий.

Требуемый зазор S_н в подшипнике

S_н = D₂ – (D₁ + 2d_ш). (5.2)

Установка подшипника качения на вал и в корпус сопровождается деформацией колец и уменьшением зазора S. При напрессовке подшипника на вал внутреннее кольцо деформируется с увеличением диаметра :

, (5.3)

где S₁ – зазор в подшипнике после запрессовки на вал; D₁ – диаметр беговой дорожки подшипника после запрессовки на вал;

. (5.4)

После запрессовки подшипника в корпус

, (5.5)

где – диаметр беговой дорожки наружного кольца после запрессовки подшипника в корпус.

Тогда

, (5.6)

где N – натяг по цилиндрической поверхности вала; ; – расчётный диаметр внутреннего кольца подшипника.

В зависимости от действительного натяга на сопрягаемых посадочных поверхностях требуемый зазор в подшипнике уменьшается в следующих пропорциях:

0,8 от – при установке подшипника на вал;

0,8 от – при установке подшипника в корпус.

При неблагоприятном случае тела качения могут быть заклинены. Монтажный зазор S_м всегда меньше требуемого зазора, а рабочий зазор может уменьшаться или увеличиваться под действием перепада температур, и увеличиваться под действием приложенной нагрузки.

Рассмотренные выше три состояния связи между радиальным зазором справедливы лишь для нерегулируемых подшипников и не касаются подшипников, у которых величина радиального зазора и осевой игры регулируется при сборке узла.

Размеры радиальных зазоров и осевой игры радиальных и радиально-упорных подшипников в состоянии поставки приведены в табл. П1.15–П1.18.

Осевая игра в нерегулируемых подшипниках представляет собой замыкающее (исходное) звено сборочной размерной цепи с номинальным размером, равным нулю, и предельными отклонениями, приведенными в табл. П1.14–П1.18 для различных типов подшипников. Подшипники, предназначенные для нормальных условий эксплуатации, должны иметь радиальный зазор и осевую игру, соответствующие основному ряду стандарта на нормальные линейные размеры.

Зависимость между радиальным зазором и осевой игрой в конических роликоподшипниках можно представить схемой (рис. 5.2).

Здесь:

; (5.7)

. (5.8)

Требуемые зазоры в коническом роликоподшипнике регулируют различными способами (рис. 5.3) в зависимости от конструкции узла установки подшипника в изделии.

В зависимости от конструкции узла имеются свои особенности регулирования зазора в конических роликоподшипниках.

Рисунок 5.2 – Зависимость между радиальным зазором S, зазором

на линии давления и осевой игрой С в коническом роликоподшипнике

Требуемый зазор (см. рис. 5.3 а) регулируют в такой последовательности.

1. Поставить в узел при сборке крышку без прокладок.

2. Затягивать винты (крепёжные) до тех пор, пока вал не начнёт проворачиваться очень туго.

3. Измерить щупом зазор А между торцом крышки и торцом корпуса.

4. Рассчитать требуемую толщину прокладок :

, (5.9)

где С – осевая игра подшипника, определённая по табл. П1.14–П1.18;  – зазор, измеренный с помощью щупа между торцами крышки и корпуса при завинченных крепёжных винтах; – требуемая (фактическая) толщина набора прокладок, гарантирующая осевой (радиальный) зазор в подшипнике после сборки сборочной единицы вала. Количество и размеры прокладок в наборе, с помощью которых регулируют осевую игру в подшипнике при сборке, определяют при расчёте сборочных размерных цепей.

а б

в г

Рисунок 5.3 – Способы регулирования зазора в конических роликоподшипниках:

а – установкой компенсирующих прокладок или подрезкой торца; б – винтом через дистанционную шайбу; в – установкой заглушки; г – гайкой со стопорной шайбой или гайкой с контргайкой – для случая применения роликовых конических однорядных подшипников с упорным буртиком на наружном кольце (ГОСТ 3169-71)

Если прокладки изготовлены из бумаги, то толщина прокладок должна быть на 0,020,03 мм больше расчётной, что необходимо для учёта сжатия прокладок.

При регулировании осевого зазора С винтом (б), заглушкой (в) или гайкой (г) конический роликоподшипник затягивают до тугого провёртывания вала, а затем отворачивают винт (гайку, заглушку) на угол

, (5.10)

где С – осевая игра конического роликоподшипника; р – шаг резьбы.

Величина осевой затяжки подшипника зависит от допускаемого момента затяжки, который определяют до сборки экспериментальным путём по известным методикам для конкретного типа роликоподшипника. Момент затяжки регулируют динамометрическими ключами.