Особенности конструирования и изготовления подшипниковых узлов

 

Рисунок-3.Уплотнения подшипниковых узлов: а, б — фетровые и войлочные уплотнения;

в, г — лабиринтные и щелевые уплотнения; д, е — манжетное армированное уплотнение

 

Работа  контактных уплотнений зависит от выбора материалов, устанавливаемых в крышках корпуса подшипника и контактирующих с валом, на котором находится подшипник.

Наибольшее  распространение получили контактные уплотнения из войлочных, фетровых и  кожаных колец (Рисунок – 3.а, б) Основное достоинство уплотнений этого типа — простота и дешевизна изготовления.

Этот  тип уплотнений рекомендуется применять  при незначительных окружных скоростях (до 4, 5 м/с) и температуре окружающей среды до 90°С. Вал (или промежуточная  втулка) должен быть обработан с  достаточной точностью.

Для того чтобы уплотняющий материал лучше  прилегал к вращающемуся валу, в конструкцию включают браслетную пружину. Такие уплотнения называют манжетными (Рисунок – 3.в)  Пружина должна прижимать уплотняющий материал к валу с незначительной силой (для уменьшения изнашивания и нагрева вала).

Манжетные уплотнения работают при окружных скоростях  до 10 м/с, с температурой узла до 100 °С.

Щелевые и лабиринтные уплотнения устраняют недостатки, имеющие место в уплотнениях контактного типа.

Щелевые уплотнения (Рисунок – 3.г) имеют две-три кольцевые канавки в крышке корпуса подшипника (зазор с = 0,1 - 0,4 мм). Канавки и зазор оказывают значительное гидравлическое сопротивление вытекающему из корпуса смазочному материалу.

Аналогично  устроено лабиринтное уплотнение. В  уплотнении этого типа радиальные и  осевые щели делают сложной формы, напоминающей лабиринт (Рисунок – 3.д) Оно препятствуют протеканию жидкостей и даже газа через каскад щелей и камер, так, типовая букса грузового вагона имеет четырёхкамерное лабиринтное уплотнение с зазором 0,8 мм;

Лабиринтные и щелевые уплотнения работают при  окружных скоростях до 30 м/с.

Недостатком этих уплотнений является ненадежная защита смазочного материала от пыли и невозможность их применения при  высокой температуре.

Центробежные, действующие за счёт центробежной силы, неэффективны при остановке машины.

Известны конструкции подшипников  со встроенными уплотнениями, (Рисунок - 4), в которых имеются защитные шайбы, а смазочный материал вносится при монтаже подшипников.

Рисунок – 4.Встроенные уплотнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 4.МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ

 

Подготовка  деталей подшипниковых узлов  к монтажу должна обеспечить:

• Отсутствие значительных взаимных перекосов колец подшипников. Согласно ГОСТ 3325-85 перекос вызывает концентрацию напряжений от изгибающего момента, повышенное изнашивание поверхностей контакта и уплотнений, повышение уровня вибрации, резкое падение долговечности.
• Стабильность положения вращающихся частей относительно корпуса (вала) в осевом и радиальном направлениях, что определяется начальными зазорами в подшипниках и деформациями в зонах контакта тел качения (в том числе температурными), а также жесткостью сопряженных с подшипниками деталей и точностью монтажа.
• Отсутствие смещения и поворота колец относительно посадочных поверхностей. Поворот колец приводит к снижению точности вращения.
• Сохранение точности формы поверхностей качения колец в результате их посадки с натягом.
• Приспособленность конструкции узлов к монтажу и демонтажу, удобной сборке без повреждений, точной установке, доступность для контроля и регулирования зазоров подшипников.
• Обеспечение стабильного зазора «плавания» в одном из подшипников двухопорной системы между не вращающимся кольцом и посадочной поверхностью.
• Герметичность, защищенность узла от попадания посторонних частиц, влаги из воздуха, охлаждающей жидкости, от вытекания смазочного материала из узла.
• Обеспечение оптимального стабильного осевого натяга радиально-упорных шариковых или конических подшипников (особенно для шпинделей точных станков) и возможности его регулировки без разборки подшипников.
• Наличие канавок для подвода масла в узлах крупногабаритных подшипников, монтируемых с применением гидрораспора.

При подготовке сопрягаемых деталей к монтажу  проверяют сопроводительные документы  и маркировку упаковки подшипников, проводят их расконсервацию согласно стандарту (инструкции) по хранению, расконсервации подшипников и их деталей и обращению с ними. Повсеместно процесс консервации и расконсервации упрощают: подшипники смазывают жидкой смазкой с ингибитором, предохраняющим от окисления, и заворачивают в ингибиторную бумагу. Хранить расконсервированные подшипники более 2 ч. без защиты от коррозии не допускается. После расконсервации потребитель подшипников должен обеспечить их защиту от коррозии при контроле, монтаже, сборке и хранении изделий в соответствии с ГОСТ 9028.

Сопрягаемые с подшипником поверхности валов  и корпусов перед монтажом подшипников  должны быть тщательно промыты, протерты, просушены и смазаны тонким слоем  смазочного материала, каналы для подвода  смазочного материала должны быть продуты  и очищены от стружки и любых  механических частиц. Следует проверить  соответствие внешнего вида, маркировки, легкости вращения, зазоров требованиям  нормативно-технической документации. Визуально подшипники открытого  типа должны быть проверены на наличие  забоин, следов загрязнений, коррозии; полного комплекта заклепок, плотности  их установки или других соединительных элементов, полного комплекта тел  качения; повреждений сепаратора.

У подшипников  закрытого типа следует проверять  наличие повреждений в уплотнениях  или защитных шайбах.

 Требования к посадочным поверхностям под подшипники

Обеспечение требований к посадкам возможно при  соблюдении требований к шероховатости, размерной точности и отклонениям формы и расположения посадочных мест. Предельные отклонения посадочных диаметров вала и отверстия корпуса должны соответствовать выбранной посадке заданной точности.

          Проверка прямолинейности валов.Подшипниковые валы, особенно при соотношении длины и наибольшего диаметра более 8мм, следует проверять на прямолинейность оси (отсутствие изгиба). Проверку целесообразно проводить при вращении вала в центрах производитель «Балтех», СПб. Увеличение эксцентриситета от сечения к сечению в направлении от края к середине свидетельствует об искривлении вала. Должно быть проверено отклонение от сносности всех посадочных поверхностей, расположенных на одной оси, на соответствие нормам, указанным в технической документации. Одновременно может быть обнаружена овальность.

При серийном производстве небольших валов, точных шпинделей металлорежущих станков, приборов, быстроходных двигателей целесообразно  использовать специальные установки  с точными направляющими.

Контроль точности посадочных и  опорных торцевых поверхностей валов

В зависимости  от назначения, технических требований и оснащенности производства средствами измерений посадочные поверхности  подвергают контролю и измерениям с  помощью предельных калибров, скоб, обыкновенных и рычажных микрометров, а также более совершенными средствами на соответствие чертежам по размерам и отклонениям формы и расположения. При комплектовании посадочных пар  иногда следует учитывать неоднородность посадок А (мкм), определяемую как разность наибольшего и наименьшего натяга (+) и зазора (–): Δ = Δmax – Δmin. Если наибольший натяг вызывает трудности с монтажом, значительное уменьшение радиального зазора, то применяют селективную сборку. Прослабление посадки недопустимо, так как осевое крепление кольца не защитит его от проворачивания.

Торец заплечика является дополнительной установочной базой, к которой плотно прижаты (с помощью крепежных деталей) кольца подшипников. Торцовое биение может оказывать влияние на отклонение от соосности и регламентировано ГОСТ 3325. Измеряют торцовое биение индикатором при вращении вала. Не следует пренебрегать проверкой специальным угольником на просвет. Такие же требования предъявляют к торцам распорных втулок, фиксирующих расстояние между кольцами пары подшипников.

При неперпендикулярности торцов распорной втулки, выполняющих  роль заплечиков корпуса, к посадочным поверхностям роликоподшипника с цилиндрическими  роликами возникает зазор между  посадочными поверхностями корпуса  и наружными кольцами, при этом последние могут принять наклонное  положение, при котором увеличивается  нагрузка на кромки роликов и происходит интенсивное изнашивание поверхностей качения. Другим нарушением положения  торца является конусность. Заплечики  и посадочная поверхность на валу обычно шлифуются торцом одного круга. При отклонении от перпендикулярности торца шлифовального круга к  его образующей, а также при  подрезке торца неправильно установленным  резцом заплечики получаются коническими. В результате возникает неправильное прилегание торца внутреннего кольца подшипника к заплечику вала только одним краем, что недопустимо, так как при действии большой осевой нагрузки заплечик вала будет деформирован и подшипник не будет зажат между крепежной гайкой и заплечиком. Высота заплечика должна составлять примерно половину толщины кольца. Чрезмерно высокий заплечик затрудняет монтаж подшипника, так как не остается площади для захвата и съема кольца демонтажным инструментом. При посадках с большим натягом иногда демонтаж невозможен без нанесения повреждений подшипнику и сопряженным с ним деталям. В процессе эксплуатации под влиянием высоких температур соединение может получиться неразъемным и при демонтаже кольцо приходится срезать. При малой высоте заплечика подшипник будет упираться в него только незначительной частью опорной поверхности, что также приведет к его смятию и даже поломке при больших осевых и ударных нагрузках.

Если  заплечик нормальной высоты выполнить невозможно, то устанавливают специальное дополнительное кольцо. Если по конструктивным и технологическим соображениям невозможно выполнить заплечики нормальной высоты, то необходимо на валу предусмотреть специальные пазы на заплечиках для демонтажа кольца, а в заплечиках корпуса – отверстия с резьбой для демонтажа наружных колец с помощью винтов.

Следует отметить, что радиус галтели должен быть меньше радиуса фаски соответствующего кольца подшипника. На практике галтель  часто заменяют проточкой, если вал  имеет большой запас прочности  и проточка как концентратор напряжений не снижает значительно прочность. При больших ударных нагрузках  или когда максимальное напряжение приходится на сечение вала у заплечика, а также у точных быстроходных валов вместо галтели создают плавный переход с большим радиусом. При этом на вал устанавливают специальное упорное кольцо (бандаж), которое является заплечиком для подшипника. Иногда бандаж одновременно используется для создания уплотняющего устройства узла и облегчения демонтажа подшипника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 5.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ УЗЛЫ КАЧЕНИЯ

 

Если  конструктор на основании расчета  выбрал необходимый 2типоразмер подшипника качения для узла трения с учетом требований долговечности, теплоотвода и способа смазки, то перед ним возникает новая задача  - правильно сконструировать подшипниковый узел. Для широкого диапазона габаритных размеров, нагрузок и скоростей механизмов транспортных машин можно выделить следующий комплекс общих требований, которым должен удовлетворять любой подшипниковый узел для обеспечения надежной работы установленных в нем опор качения:

1. Конструктивное  и технологическое обеспечение сносности посадочных мест подшипников каждого из валов, достигаемое, как правило, расточкой, а если возможно, шлифовкой на проход двух или нескольких гнезд под подшипники для каждого вала.

2. Возможное снижение числа стыков в элементах узла (например, использование стаканов и переходных втулок, в которых вмонтированы подшипники, лишь в тех случаях, когда конструктивное решение без них было бы невозможным. Таким образом улучшаются сносность и отвод тепла от подшипника).

3. Обеспечение  удобства монтажа-демонтажа подшипников  и узла в целом.

4. Выбор  посадок внутренних колец на  вал и наружных колец в корпус  с обеспечением жесткой связи  за счет посадочного натяга  для того кольца, которое вращается  вместе с валом или корпусом. При этом посадки с большими  натягами допустимы лишь при  очень больших и особенно при ударных нагрузках.

В малогабаритных приборах оптимальными являются натяги 0 - 3 мкм. Для невращающихся колец натяг заменяется небольшим зазором. В приборах зазоры равны 2 - 5 мкм, иногда они несколько больше.

5. При  сравнительно длинных валах монтаж  одной из опор с фиксацией  в осевом направлении, а остальные  - "плавающие", т.е. без осевой  фиксации. "Плавающий" подшипник,  жестко фиксированный своим вращающимся  кольцом, должен иметь посадку  для второго кольца, позволяющую  ему с малым сопротивлением  перемещаться при тепловых деформациях  вала или корпуса. Фиксируется,  как правило, более нагруженный  подшипник, на который передаются  возможные двусторонние осевые  усилия, что должно быть учтено  при его выборе. Легко нагруженная  опора, естественно, легче "плавает"  в осевом направлении.

6. В узлах  с радиально-упорными подшипниками (несдвоенного типа и немногоконтактными) обычно фиксируются односторонне оба подшипника, причем предпочтителен заранее рассчитанный натяг, осуществляемый пружинами или жесткими крышками с прокладками. При отсутствии особых требований к точности и жесткости узла допустима регулировка осевой игры парного комплекта подшипников в узких пределах.