Типовые конструкции подшипниковых

УЗЛОВ

Работоспособность подшипников качения зависит не только от правильного их выбора, но и от рациональной конструкции подшипникового узла.

По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяются на фиксирующие (рис.2.1, 2.2 и 2.3 б – левая опора) и плавающие (рис.2.3 б – правая опора, рис.2.4). Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала в любом направлении. Фиксирующие опоры могут ограничивать перемещение вала в одном или в обоих направлениях. Осевые нагрузки могут воспринимать только фиксирующие опоры.

Наиболее распространенной является схема «враспор», когда осевое фиксирование осуществляется в двух опорах (рис.2.1, 2.2 и рис.2.3 а). В этом случае торцы внутренних колец обоих подшипников упираются в буртики вала или торцы других деталей, сидящих на валу. Внешние торцы наружных колец подшипников упираются в торцы крышек или других деталей, закрепленных в корпусе. Основными достоинствами схемы являются возможность регулирования опор и простота конструкции. Однако существует опасность защемления вала в опорах. При работе передачи вал, корпус и сами подшипники нагреваются, вследствие чего зазоры в них уменьшаются. При нагреве вала длина его увеличивается, что также при-

Рис.2.1

водит к уменьшению осевых зазоров в подшипниках. При определенных температурных деформациях подшипников и вала зазоры полностью выбираются и создается возможность защемления вала в опорах. Чтобы избежать защемления, необходимо при сборке узла обеспечить зазор, несколько превышающий тепловое удлинение.

Поскольку большой зазор конструктивно допустить нельзя, то, очевидно, осевое фиксирование по рассмотренной схеме возможно при относительно коротких валах и невысоких температурах. Радиально-упорные подшипники с углом контакта α ≥ 26° более чувствительны к осевым зазорам, и схему «враспор» не применяют.

Наибольшее распространение осевого фиксирования валов конических шестерен получили схемы, когда фиксирование производится в обеих опорах (рис.2.2). При конструировании вала необходимо стремиться расстояние а получить минимальным для уменьшения изгибающего момента, действующего на вал, затем назначают L = (2,5…2)×а. Комплект вала с опорами, заключенный в стакан, образует самостоятельную сборочную единицу. При наличии стакана упрощается регулирование осевого положения всего комплекта. Регулирование производится прокладками, предусмотренными между корпусом и

Рис.2.2

стаканом. Основным требованием, предъявляемым к опорам валов конических шестерен, является жесткость. Поэтому шариковые радиальные подшипники, осевая жесткость которых очень мала, в качестве опор валов конических шестерен силовых передач не применяют. В кинематических и слабо нагруженных передачах это возможно.

В связи с действием на вал не только радиальной, но и осевой силы для опор валов использованы конические роликоподшипники, как более грузоподъемные и менее дорогие, чем радиально-упорные шарикоподшипники. Схему (рис.2.2 а) называют осевой фиксацией «врастяжку». При одинаковом расстоянии L между подшипниками L₁ > L₂ и а₁ < а_{2 .} Поэтому радиальная и угловая жесткость комплекта, выполненного по схеме (а), значительно больше, чем по схеме (б). Это одно из существенных достоинств схемы (а). Следующим достоинством данной схемы является – меньшие радиальные нагрузки (реакции) на подшипники при одинаковой радиальной силе F_R.

При данной конструкции стакана отсутствует втулка, повышается точность базирования левого подшипника, осевые силы воспринимаются буртом стакана, а не крышкой подшипника (крышка не силовая). Однако в этой конструкции усложняется изготовление стакана за счет двух точных отверстий, разделенных выступом.

Кроме достоинств эта схема имеет и недостатки:

а) регулирование подшипникового узла производят перемещением по валу левого подшипника посредством шлицевой гайки. Для этого ослаблена посадка его внутреннего кольца (h6). Это может привести к обкатке кольцом посадочной поверхности, развальцовке, истиранию и контактной коррозии, а в конечном счете – быстрому выходу узла из строя;

б) основной базой для внутреннего кольца левого подшипника служит торец гайки, являющийся неточной базой.

Схему (рис.2.2 б) называют осевой фиксацией «враспор». Здесь имеет место меньшая жесткость, т.к. меньше базовое расстояние (L₂ > L₁), но конструкция более технологична с точки зрения сборки узла и регулировки подшипников. Регулировка производится набором металлических прокладок, расположенных между крышкой и стаканом. В этой конструкции осевая сила F_А воспринимается левым подшипником и крышкой подшипника. При наличии втулки на валу между подшипниками повышается точность базирования внутреннего кольца левого подшипника.

При компоновке подшипников на червяке по схеме «враспор» (рис.2.3 а) необходимо стремиться к минимальному расстоянию (L) между опорами. Так, при установке вала d = 30…50 мм на шариковых радиально-упорных подшипниках отношение L/d не более 8 (L/d ≤ 8), на конических роликовых подшипниках L/d ≤ 6.

Так как на червяке действует значительная осевая сила, то в опорах устанавливают радиально-упорные подшипники, преимущественно применяют конические роликовые подшипники. Шариковые радиально-упорные подшипники (рис.2.3 а) применяют при длительной непрерывной работе передачи с целью уменьшения потерь мощности и тепловыделения в опорах и для снижения требований к точности изготовления деталей узлов.

При относительно длинном вале наиболее распространенной является схема осевого фиксирования вала в одной опоре двумя однорядными или одним сдвоенным радиально-упорным подшипником, другая опора плавающая (рис.2.3 б).

Если на валу установлена деталь, положение которой при монтаже или в процессе эксплуатации регулируется в осевом направлении, то фиксирующие подшипники обычно монтируют в специальном стакане, и осевое положение вала регулируют мерными прокладками, находящимися между торцевыми поверхностями стакана и корпуса.

Наружное кольцо подшипника плавающей опоры оставляют свободным. При такой схеме осевого фиксирования валов температурные удлинения вала не вызывают его защемления в подшипниках, поскольку плавающая опора перемещается вдоль оси отверстия корпуса.

Рис.2.3

В шевронных и раздвоенных шевронных передачах один из валов фиксируют в осевом направлении, а второй делают плавающим. В связи с ошибками в шагах и угловым смещением зубьев одного полушеврона относительно зубьев другого полушеврона в зацепление могут входить зубья только одного полушеврона. Возникающая при этом осевая сила смещает плавающий вал вдоль оси и вводит зубья одного полушеврона в зацепление. Осевые силы на обоих полушевронах уравновешиваются, и оба полушеврона в одинаковой степени участвуют в передаче вращающего момента.

На рис.2.4 приведена одна из наиболее распространенных конструктивных схем опор плавающего вала. Внутренние кольца подшипников закреплены на валу, а внешние – на корпусе. Осевое плавание вала обеспечивается тем, что внутренние кольца подшипников с комплектом роликов могут смещаться в осевом направлении относительно неподвижных внешних колец.

Рис.2.4

В качестве плавающих выбирают промежуточные валы редукторов, т.е. валы, не связанные соединительными муфтами с валами других узлов. Осевые перемещения таких валов ввиду меньшей массы деталей осуществляется наиболее легко. Кроме того, осевое «плавание» их не нарушает точность относительного положения плавающего вала и вала другого узла. Если, помимо промежуточного, в качестве плавающего должен быть выбран один из валов с выходным концом, то выбирают более быстроходный вал, с меньшей массой.