Контрольная работа: Підшипники кочення

При встановленні підшипників на вал і в корпус обов’язковим є виконання наступної умови: осьове зусилля має передаватися безпосередньо на те кільце, яке напресовується або знімається. Це зусилля не повинне передаватися через тіла кочення (кульки або ролики), інакше на доріжках і самих тілах кочення утворюються вм’ятини.

Існують три види навантаження кілець підшипників:

1) кільце обертається відносно радіального навантаження, зазнаючи так зване циркуляційне навантаження;

2) кільце нерухоме відносно радіального навантаження і зазнає місцеве навантаження;

3) кільце навантажене рівнодіючою радіального навантаження, яка не здійснює повний оберт, а коливається на певній частині кільця; таке навантаження буде коливальним.

Внутрішні кільця підшипників додатково закріплюють на валу виступом вала, розпірною втулкою і стопорним кільцем, яке закладують в канавку вала (рис.7, рис.8, б), торцевою шайбою, яка закріплена на валу гвинтами (рис.8, в), упорною гайкою зі стопорною шайбою, в якій внутрішній зуб входить в паз на валу, а один із зовнішніх зубців відгинається в шлиць гайки (рис.7 а, 8, г), та іншими методами закріплення. Закріплення внутрішніх кілець підшипників кочення на валах постійного діаметра (наприклад, трансмісійного) здійснюють за допомогою конічної розрізної фіксуючої втулки і упорної гайки зі стопорною шайбою (рис.8, д).

Рис.8. Закріплення внутрішніх кілець підшипників

Зовнішні кільця підшипників кочення закріплюють у корпусі, який обертається, за допомогою відповідної посадки (звичайно напруженої або щільної) і додатково наступними засобами: для усунення можливого переміщення в одному осьовому напрямку – виступом (заплечиком, буртиком) в корпусі (рис.9, а), стакані або кришці підшипника (рис.7, рис.9, б), для усунення можливих переміщень в обох осьових напрямках – поєднання виступів у корпусі і в кришці (рис.9, в) або в стакані і в кришці (рис.9, г).

Рис.9. Закріплення зовнішніх кілець підшипників

Для кілець, які рухаються , у „плаваючих” підшипниках або для кілець радіально-упорних підшипників кочення, які отримують осьове переміщення під час регулювання їхнього встановлення, має бути підібрана відповідна посадка.

1.1.3 Конструктивне оформлення посадочних місць

Шорсткість посадочних поверхонь у місцях встановлювання підшипника на валу і у корпусі повинна відповідати ГОСТ 2789 Ra=0,4...1,6 мкм. Таку шорсткість доцільно отримувати шліфуванням. Для виходу шліфувальних кругів виконують канавку. Канавки на валах призводять до підвищеної концентрації напружень і знижують міцність валів при змінних напруженнях. Тому канавки виконують частіше за все на валах, діаметри котрих визначаються за умовами жорсткості. Такими валами є вали редукторів, коробок передач. Канавки (рис.10, а, б) використовують при шліфуванні поверхні вала, а канавки ( рис.10, в) – при шліфуванні отвору в корпусі.

Рис.10. Виконання канавок

Таблиця 3. Розміри канавок

Меншою концентрацією напружень характеризується виконання перехідної поверхні вала галтеллю постійного радіуса (рис.11). Радіус галтелі приймають меншим координати фаски r за таблицею 4. Шліфування галтелі дуже важке. Тому таку форму перехідної поверхні застосовують тільки при високому напруженні вала.

Таблиця 4. Значення радіуса галтелі

При проектуванні підшипникового вузла контакт суміжних з підшипником деталей необхідно передбачати тільки по торцям підшипникових кілець, на висоті заплечика. Інші поверхні суміжних деталей повинні відстояти від торців кілець для усіх типів підшипників (зокрема конічних роликових) на а = (2...3) мм (рис. 12).

Особливістю конструкції конічного роликового підшипника є те, що сепаратор виступає за межі зовнішнього кільця (рис.13, а). Це слід враховувати при встановленні суміжних з підшипниками деталей, наприклад, шлицьових гайок (рис.13, б), або при встановленні двох поряд розташованих підшипників (рис.13, в). Суміжна деталь повинна відстояти від торця зовнішнього кільця конічного роликового підшипника на b = 4...6 мм. Щоб циліндричні поверхні суміжних деталей не торкалися сепаратора, висоти h1 і h2 не повинні бути більшими за наступні величини:

Рис.13. Кріплення конічного підшипника

Тому у дуже поширеному кріпленні конічного підшипника шлицьовою гайкою (рис.13, б) між торцями зовнішнього кільця підшипника і гайки встановлюють дистанційну втулку 1. Приблизно на половину своєї довжини втулка 1 заходить на вал діаметром d, інша половина довжини перекриває канавку для виходу інструмента при нарізанні різьби.

1.1.4 Конструювання опор валів конічних шестірень

У вузлах конічних передач широке застосування знаходить консольне закріплення вала-шестірні. При такому закріпленні опори вала розташовані по один бік від шестірні. Конструкція вузла в цьому випадку буде найбільш простою.

Недоліком консольного розташування шестірні є підвищена концентрація навантаження за довжиною зубця шестірні. Вали конічних шестірень короткі, відстані між підшипниками відносно малі, а навантаження великі. Концентрацію навантаження при консольному розташуванні шестірні зменшують за рахунок підвищення жорсткості вузла. Підвищені вимоги до жорсткості обумовлені також і високою точністю осьового розташування конічної шестірні, яка необхідна за умовами роботи конічного зачеплення.

При проектуванні вузла вибирають напрямок нахилу зубців і напрямок обігу шестірні однаковими для того, щоб осьова сила в зачепленні була спрямована від вершини ділильного конуса. У конструкціях вузлів конічних шестірень установлюють радіально-упорні підшипники. У швидкохідних передачах для зниження втрат в опорах установлюють кулькові радіально-упорні підшипники. Однак найчастіше застосовують конічні роликові підшипники як ті, у яких вантажність більша, вартість менша, а жорсткість, яку вони забезпечують, - найбільша.

У силових конічних передачах підшипники встановлюють переважно за схемою „врозтяг” (рис.14). При такому встановленні вірогідність защемлення тіл кочення підшипників внаслідок теплових деформацій вала зменшується, тому що в такій схемі при подовженні вала осьовий проміжок у підшипниках збільшується.

Рис.14. Встановлення підшипників у силових конічних передачах за схемою “врозтяг”

Сили, які діють у конічному зачепленні, викликають появу радіальних реакцій опор. Радіальна реакція вважається прикладеною до вала в точці перетину його осі з нормалями, які проведені через середини контактних площадок на кільцях підшипника. При конструюванні потрібно витримати співвідношення: d = 1,3a і b/a = 2÷2,5, де а – величина консолі; b – відстань між точками прикладання реакцій. При такому встановленні вузол буде компактним.

Установлення підшипників за схемою „врозпор” приводить до значного збільшення розмірів вузла в осьовому напрямку. Застосовувати її в силових зубчастих передачах не рекомендується.

При конструюванні вузлів валів конічних шестірень передбачають регулювання підшипників фіксуючих опор й осьового положення вала-шестірні.

За рис.14 підшипники регулюють круглою шлицьовою гайкою 1, а осьове положення вала шестірні - набором тонких металевих прокладок 2.

За рис.15 регулювання підшипників здійснюється набором прокладок 1, а зачеплення - набором прокладок 2.

Рис.15. Встановлення підшипників у силових конічних передачах за схемою “врозпор”

1.1.5 Конструювання опор валів - черв'яків

На черв'як діє значна осьова сила, тому в опорах встановлюють радіально-упорні підшипники, здебільшого конічні роликові (рис.16). Кулькові радіально-упорні підшипники застосовують при тривалій безперервній роботі передачі з метою зменшення втрат потужності й тепловиділення в опорах, а також для зниження вимог до точності виготовлення деталей вузла. Однак розміри опор, виготовлених із застосуванням радіально-упорних кулькових підшипників, внаслідок їхньої меншої вантажності, більші, ніж при конічних роликових. Фіксування валів-черв'яків від осьових зсувів здійснюють за схемою „врозпор”.

Рис.16. Фіксування валів-черв'яків від осьових зсувів за схемою „врозпор”

За схемою „врозпор” не рекомендується встановлювати радіально-упорні підшипники з великим кутом контакту (α > 180). У цьому випадку, а також при великих температурних деформаціях вала для закріплення вала-черв'яка в корпусі використовують схему з однією фіксуючою і однією „плаваючою” опорами.

На рис.17, а–в показані найбільш поширені варіанти виконання фіксуючої опори вала-черв'яка. Радіально-упорні однорядні підшипники сприймають осьове навантаження в одному напрямку, тому для фіксації вала в обох напрямках у фіксуючій опорі необхідно встановити два таких підшипника (рис.17, а).

Найчастіше підшипники фіксуючої опори встановлюють в стакані (рис.17, б ), який потім закріплюють в корпусі. Наявність стакана спрощує встановлення вала-черв'яка. Під час складання черв'як встановлюють в корпусі найчастіше через отвір під підшипник. Інколи діаметр отвору менше за діаметр вершин витків черв'яка і процес складання стає неможливим. В цьому випадку діаметр отвору можна збільшити шляхом встановлення підшипників фіксуючої опори в стакан.

Застосування підшипника з упорним бортом на зовнішньому кільці (рис.17, в) значно спрощує конструкцію (отвір в корпусі без буртика, стакан відсутній). Встановлення підшипників за рис.17, в характеризується великою жорсткістю.

Для того, щоб попередньо комплект вала-черв'яка разом з підшипниками можна було вставити в стакан або в корпус, передбачають проміжок с ≥ (1÷2) мм.

Фіксування від осьових зсувів за схемою „врозпор” застосовують при очікуваній різниці температур черв'яка і корпуса до 20оС і відносно коротких валах. Наприклад, при встановлюванні вала d = (30÷50) мм на кулькових радіально-упорних підшипниках відношення l/d ≤ 8, на конічних роликових – l/d ≤ 6.

Підшипники фіксуючої опори регулюють набором тонких металевих прокладок 1, які встановлюють під фланець кришки підшипника (рис.17). Замість регулюючих прокладок інколи між зовнішніми кільцями підшипників встановлюють точно підігнане за довжиною кільце К.

1.1.6 Конструювання „плаваючих” опор

„Плаваючими” називають вали, обидві опори яких „плаваючі”. „Плаваючою” вважається опора, котра дозволяє валові при підвищенні температури подовжуватись без обмежень, тому що зовнішнє кільце підшипника не закріплене у осьовому напрямку. В цьому випадку забезпечується можливість самовстановлення „плаваючого” вала відносно іншого вала, який зафіксовано від осьових зсувів. Таке самовстановлення необхідне у шевронних або косозубих передачах, що представляють собою розділений шеврон. При виготовленні коліс зазначених передач можлива похибка кутового розташування зуба одного напівшеврона відносно зуба іншого. Ця похибка призводить до того, що спочатку в зачеплення входять зубці тільки одного напівшеврона. Осьове зусилля, яке виникає на цьому напівшевроні, намагається зсунути колесо разом з валом повздовж осі. Якщо опори дозволяють, то вал під дією осьової сили пересувається в таке положення, при якому в зачеплення ввійдуть зубці обох напівшевронів, а осьові сили зрівноважаться. Як опори “плаваючих” валів застосовують радіальні підшипники. Найчастіше використовують підшипники з короткими циліндричними роликами. У випадку застосування цих підшипників значно зменшується сила, потрібна для осьового зсуву вала. Усувається зношення корпусних деталей у місці встановлення підшипника, тому що осьове „плавання” вала забезпечується зсувом внутрішніх кілець підшипників сумісно з комплектом роликів відносно зовнішніх кілець.

Осьова фіксація вала в цьому напрямку здійснюється не в опорах, а в зубцях шевронних коліс.

На рис.18 показана конструктивна схема опор „плаваючих” валів. Тут внутрішні кільця підшипників закріплені на валу, а зовнішні – в корпусі. Одним з недоліків цієї схеми є необхідність виготовлення канавок в корпусі для встановлення кілець, які утворюють упорний буртик.

Рис.18. Конструктивна схема опор “плаваючих” валів з канавкою в корпусі

Цього недоліка не має схема, надана на рис.19. В цій схемі внутрішні кільця підшипників закріплені упором в буртик вала. Зовнішні кільця мають вільне осьове переміщення на величину проміжка Z у бік кришки підшипника (Z = 0,5÷0,8 мм).

Рис.19. Конструктивна схема опор з упором внутрішнього кільця в буртик вала

Величина проміжка Z залежить від розмірів і точності виготовлення сполучених зубчастих шевронних коліс, точності їхнього складання. Приведена на рис.19 - схема відповідає моменту складання передачі. Переміщення в корпусі обмежується бортами обох кілець підшипників.

На рис.20 показане положення деталей підшипника під час роботи передачі. Спочатку ролики підшипників зсувають зовнішні кільця на деяку величину у бік кришок. При цьому проміжок S зменшується і в подальшому за рахунок теплових деформацій вала повністю компенсується. Таким чином зовнішні кільця знаходять своє положення і лишаються нерухомими.

Осьове „плавання” вала відбувається за рахунок зсува внутрішніх кілець разом з роликами відносно зовнішніх кілець. При цьому між роликами і бортом зовнішнього кільця під час „плавання” вала утворюється осьовий проміжок S, котрий при роботі зменшується в деяких межах, які визначаються точністю виготовлення зубців зубчастих коліс

Перевагою такої схеми є можливість регулювання початкової величини осьового зміщення зовнішнього і внутрішнього кілець підшипника.

Регулювання здійснюється набором металевих компенсаторних прокладок 4, які встановлюються під фланці обох кришок підшипників (рис.19). В наслідок регулювання можна досягти точного взаємного розташування зовнішнього і внутрішнього кілець підшипників. Розміри деталей вузла, які впливають на осьове положення кілець, можуть бути виконані за вільними допусками.

1.1.7 Конструювання опор валів, розташованих співвісно

Такі опори зустрічаються в співвісних циліндричних редукторах, у яких на внутрішніх стінках корпусу поряд розташовані різні за габаритами підшипники співвісних валів (рис.21): один з них є опорою швидкохідного вала, а другий – тихохідного.

На рис.22, а показаний варіант, коли отвір під підшипники виконують безпосередньо на внутрішній стінці корпусу. Обробку отворів проводять з двох боків, утворюючи упорні буртики для підшипників у двох отворах, що ускладнює обробку. Але точність установки підшипників у цьому варіанті найбільш висока.

Процес розточення отвору можна зробити більш простим, якщо виконувати його наскрізним за зовнішнім діаметром більшого підшипника D2 (рис.22, б). Але для встановлення підшипника з меншим зовнішнім діаметром D1 необхідна додаткова деталь – кільце 3. Осьова фіксація цього кільця в корпусі виконується кільцевим виступом на зовнішній поверхні кільця, який входить у канавку корпуса. Підшипники встановлюють, спираючи на торцеві поверхні деталі 3. Тому точність виготовлення кільця 3 має бути високою. Для встановлення кільця корпус має бути роз’ємним. Кільце 3 можна зробити без фіксуючого виступу (рис.22, в). В цьому випадку спрощується і обробка отвору корпуса, і конструкція кільця. Але оскільки співвісно розташовані вали утворюють загальну систему, при розрахунку підшипників одного вала необхідно враховувати осьові сили, які діють на нього з боку іншого вала.

При встановленні кільця 3 перевага віддається варіанту, показаному на рис.22, в.

Регулювання осьових проміжків під час складальних операцій опор за рис.21, а, б виконують незалежно для кожного вала, а при складанні опор за рис.21, в – водночас для чотирьох підшипників обох валів.

1.1.8 Конструювання стаканів

Конструкція стакана визначається схемою розташування підшипників (рис.23, а–г). Стакани виконують литими з чавуна марки СЧ15. Товщину стінки δ приймають в залежності від діаметра отвору D під підшипник за таблицею 5.

Рис. 23. Конструкція стаканів

Таблиця 5. Залежність товщини стінки δ від діаметра отвору D

Товщина упорного буртика δ1 і товщина фланця δ2 (рис.23, а-г) дорівнюють:

Страницы: 1, 2, 3