В шпиндельных узлах современных станков в основном применяют подшипники качения. Для них характерны небольшие потери на трение и простые системы смазывания. Подшипники качения обеспечивают высокую точность вращения шпинделей (радиальное биение 0,01...0,03 мм, в прецизионных станках - несколько микрометров) и необходимую виброустойчивость, они надежно работают при изменении частоты вращения и нагрузок в широких диапазонах, удобны в эксплуатации.
Несущая способность подшипников качения характеризуется динамической и статической грузоподъемностью. Динамическая грузоподъемность радиальных и радиально-упорных подшипников — такая постоянная радиальная нагрузка, которую каждый из группы идентичных подшипников с неподвижным наружным кольцом может воспринимать при долговечности, составляющей 1 млн оборотов. Динамическая грузоподъемность упорных и упорно-радиальных подшипников - такая постоянная чисто осевая нагрузка, которую каждый из группы идентичных подшипников может воспринимать в течение 1 млн оборотов одного из колец подшипников. Статическая грузоподъемность есть такая статическая нагрузка, в результате действия которой возникает общая остаточная деформация тела качения и колец в наиболее нагруженной зоне контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения.
|
|
Быстроходность подшипников качения характеризуется предельной частотой вращения и параметром быстроходности. Превышение предельной частоты вращения приводит к существенному проявлению сил инерции тел качения и сепаратора, возрастанию влияния погрешностей формы тел и дорожек качения и соответствующему нарушению равномерности вращения подшипника, ухудшению условий смазывания, росту износа рабочих поверхностей и перегреву опоры. Предельная частота вращения подшипников в нормальных условиях эксплуатации указывается в каталогах подшипников. Если частота вращения шпинделя должна превышать предельную для подшипников, следует обеспечить хороший отвод теплоты от опор, использовать смазочные материалы малой вязкости.
Обобщенным показателем быстроходности опор шпинделей с радиальными, радиально-упорными и упошо-падиальными подшипниками является параметр быстроходности , где диаметр отверстия подшипника, мм; D — наружный диаметр подшипника, мм; наибольшая частота вращения шпинделя. Иногда в качестве показателя быстроходности опоры считают произведение называемое характеристикой быстроходности.
Подшипники качения для шпинделей станков выходят из строя вследствие усталостного выкрашивания дорожек качения или из-за износа элементов, приводящего к увеличению зазоров. Считается, что срок службы подшипника закончен, когда по одной из названных причин он не может выполнять своих функций. Показателем долговечности подшипников считается время, в течение которого в тождественных условиях должны работать не менее 90 % партии подшипников данного типоразмера.
|
|
Жесткость подшипника характеризуется отношением действующей на него нагрузки к вызываемому ею упругому сближению колец (при этом контактные деформации на посадочных поверхностях не учитываются). Различают радиальную и осевую жесткость.
Двухрядные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами (табл. 6.7) предназначены для восприятия только радиальной нагрузки. Подшипники типа 3182100 имеют гладкую дорожку качения (без буртов) на наружном кольце, типа 4162900 — на внутреннем кольце. Последнее позволило уменьшить наружный диаметр подшипника. Благодаря наличию конического отверстия во внутреннем кольце при его осевом перемещении относительно конической шейки шпинделя регулируется радиальный зазор в подшипнике. Описываемые подшипники применяются в шпиндельных узлах, предназначенных для работы при больших радиальных нагрузках и средних частотах вращения. Их параметр быстроходности мм-мин"1, диапазон регулирования частоты вращения не превышает 500
.
Конические роликоподшипники применяют в опорах, работающих с относительно небольшими частотами вращения и воспринимающих значительные комбинированные нагрузки. Для повышения жесткости передней опоры подшипники устанавливают по О-образной схеме. Из-за больших потерь на трение их параметр быстроходности обычно не превышает , допустимый диапазон регулирования частоты вращения равен 100.
Однорядные роликовые конические подшипники с буртом на наружном кольце типа 67700Л (табл.6 Я) предназначены для восприятия радиальных и осевых нагрузок. От обычных роликовых подшипников отличаются следующим. Имеют малый угол конуса дорожек качения, благодаря чему снижается давление роликов на борт внутреннего кольца и повышается радиальная жесткость. На внутреннем кольце отсутствует малый борт, что дает возможность обрабатывать дорожку качения с повышенной точностью. Массивный сепаратор из цветного металла центрируется по внутреннему кольцу. Параметр быстроходности , Эти подшипники обычно устанавливают в передней опоре шпинделя.
Однорядные роликовые конические подшипники с широким наружным кольцом типа 17000 (табл, 6.9) предназначены для установки в задней опоре шпинделя. Пружины, вставленные в отверстия наружного кольца, обеспечивают постоянный предварительный натяг подшипника. Благодаря большой ширине наружного кольца снижается его перекос в корпусе.
Двухрядные роликовые конические подшипники с буртом на наружном кольце типа 697000 (табл. 6.10) воспринимают радиальную и осевую нагрузку. Благодаря ужесточенным требованиям к волнистости и гранности рабочих поверхностей и тому, что в переднем ряду на один ролик больше, чем в заднем, снижается уровень вибраций шпинделя и улучшается стабильность положения его оси. С помощью промежуточного кольца в подшипнике создается заданный натяг или зазор, благодаря чему отпадает необходимость в регулировании или подгонке деталей при монтаже шпиндельного узла, Бурт на наружном кольце позволяет использовать при сборке удобную базу — торец шпиндельной бабки (см, рис, 6.6, б) и сделать шпиндельную опору более компактной. Параметр быстроходности подшипника
Радиально-упорные шарикоподшипники применяют при малой или средней нагрузке на шпиндель и высокой частоте вращения (например, для внутришлифовальных шпинделей).
|
|
Радиально-упорные шариковые высокоскоростные подшипники имеют углы контакта 12,15,18 или 25° и отличаются высокой точностью изготовления. Подшипники поставляют в одиночном исполнении (табл. 6.11—6.14) или комплектами, состоящими из двух, трех или четырех подшипников, Радиально-упорные шариковые подшипники универсального исполнения серий 36000КУ и 46000КУ, различающиеся способом центрирования сепаратора (по наружному кольцу, по внутреннему кольцу), в шпиндельных опорах могут быть установлены по два по схемам дуплекс О-образная (рис. 6.3, а), дуплекс Х-образная (рис. 6.3, б), дуплекс-тандем (рис, 6,3, в) или по три по схеме триплекс-тандем О-образная (рис. 6,3, г). Опоры шпинделей работают с легким, средним или тяжелым предварительным натягом. Ориентировочные значения натяга приведены в табл. 6.15. Натяг обеспечивается при изготовлении комплекта подшипников. Способ установки подшипников и предварительный натяг оказывают влияние на их работоспособность (табл. 6,16).
Упорно-радиальные сдвоенные шариковые подшипники с углом контакта 60° предназначены для восприятия только осевой нагрузки. В состав подшипника типа 178800Л (табл. 6.17) входят два тугих внутренних кольца, свободное наружное кольцо, проставочное кольцо, тела качения, два массивных сепаратора, Ширина проставочного кольца обусловливает величину предварительного натяга, благодаря которому отпадает необходимость в регулировании натяга в процессе монтажа шпиндельного узла, повышается стабильность натяга и долговечность подшипника.
Упорно-радиальные шариковые подшипники выпускаются в двух исполнениях, различающихся диаметром отверстия внутреннего кольца. При размещении такого подшипника в опоре со стороны малого или большого диаметра конической посадочной шейки, предназначенной для роликоподшипника с короткими цилиндрическими роликами, применяют упорно-радиальные подшипники соответственно серий 178800 или 178900. Параметр быстроходности подшипников . Быстроходность подшипников данного типа приблизительно в 2—2,5 раза выше быстроходности обычных упорных подшипников. Диапазон регулирования частоты вращения достигает 1000. Упорно-радиальный сдвоенный шариковый подшипник устанавливают в опору вместе с роликоподшипником, воспринимающим только радиальную нагрузку. Точные, жесткие, быстроходные шпиндельные опоры такой конструкции (см. рис. 6.7—6.9) применяются в токарных, фрезерных, расточных и других станках.
|
|
Упорные шарикоподшипники воспринимают только осевую нагрузку. Для повышения стабильности предварительного натяга, сохранения его у обоих подшипников при больших нагрузках, уменьшения вероятности повреждения дорожек качения в результате центробежного и гироскопического эффектов подшипники часто устанавливают вместе с пружинами.
Роликовые подшипники с управляемым натягом типа 117000 (табл, 6.18) предназначены для шпиндельных узлов, работающих в широком интервале частот вращения при повышенном требовании к жесткости шпиндельного узла. В таких подшипниках обеспечивается независимость натяга от внешних воздействий. Между внутренним 1 и наружным 3 кольцами находится кольцо 8 с уплотнениями 5 и 7. В замкнутую полость А через отверстие 6 подводится масло. Давление его автоматически изменяется в соответствии с нагрузкой на шпиндель, зависящей от сил резания. Увеличение давления масла сопровождается смещением кольца 4 влево, возрастанием силы, с которой оно действует на ролики 2, и.следовательно, увеличением натяга в подшипнике
-
-
.