Довідник конструктора-машинобудівника

Під радіальним або осьовим зазором мають на увазі повне радіальне або відповідно осьове переміщення в обох напрямках одного кільця щодо іншого.

Оптимальні значення радіальних і осьових зазорів для даних умов експлуатації підшипника дозволяють забезпечити раціональний розподіл навантаження між тілами кочення, необхідне зміщення вала і корпуса в радіальному і осьовому напрямках, а також поліпшити і підвищити стабільність виброакустических характеристик, знизити втрати на тертя.

У підшипниках нерегульованих типів розрізняють три види радіальних зазорів: початковий, посадковий і робочий.

Посадковий зазор завжди менше початкового в зв'язку з деформаціями кілець в радіальному напрямку після установки підшипника на робоче місце. При роботі підшипникового вузла і сталому температурному режимі утворюється робочий зазор, який може бути більше або менше посадкового залежно від схеми установки підшипників, сприйманого навантаження і перепаду температур вала і корпуса.

ГОСТ 24810-81 встановлює умовні позначення груп зазорів і числові значення радіального і осьового зазорів в стані поставки для підшипників кочення, наведених в табл. 53.
ГОСТ 24810-81 не поширюється на підшипники:
- кулькові радіальні зі знімним зовнішнім кільцем;
- кулькові радіальні однорядні з канавкою для вставляння кульок;
- кулькові радіально-наполегливі однорядні;
- кулькові радіально-наполегливі дворядні з двома зовнішніми кільцями;

53. Групи зазорів і їх позначення

позначення групи
зазорів

Найменування типів
підшипників

6, нормальна, 7,8,9
2, нормальна, 3,4

Кулькові радіальні однорядні без канавок для вставляння кульок з отвором:
циліндровим
конічним

2, нормальна, 3,4,5
2, нормальна, 3,4,5

Кулькові радіальні сферичні дворядні з отвором:
циліндровим
конічним

1,6,2,3,4
0,5, нормальна, 7,8,9

Роликові радіальні з короткими циліндричними роликами з циліндричним отвором; роликові радіальні голчасті з сепаратором:
з взаємозамінними деталями
з невзаємозамінними деталями

2, 1, 3, 4
0, 5, 6, 7, 8, 9

Роликові радіальні з короткими циліндричними роликами з конічним отвором:
з взаємозамінними деталями
з невзаємозамінними деталями

П одшіпнікі зі зменшеним зазором встановлюють в опорах при високих вимогах до радіального або осьового биття вала, що працює з помірною частотою обертання при ефективному охолодженні.
Осьові і радіальні зазори регульованих підшипників можуть бути встановлені в певних межах тільки при монтажі в вузлі машини. Необхідний осьової зазор в наполегливих підшипниках встановлюють також при монтажі. В. залежності від конструкції вузла регулювання осьових зазорів здійснюють зміщенням зовнішнього або внутрішнього кільця підшипника.
Оптимальне значення зазорів встановлюють експериментально для кожного конкретного вузла. Якщо підшипники зібрані з великим зазором, то все навантаження сприймає тільки один або два кульки або ролика (рис. 22, а). Умови роботи підшипників при таких великих зазорах несприятливі, і тому такі зазори неприпустимі. Зменшення зазорів призводить до більш рівномірного розподілу навантаження між тілами кочення, знижує вібрації, підвищує жорсткість опори. Наявність деяких осьових зазорів позитивно позначається на зниженні моменту опору обертанню. Звичайні радіально-наполегливі підшипники регулюють так, щоб осьової зазор при сталому температурному режимі був би близький до нуля. В цьому випадку під дією радіальної навантаження знаходяться близько половини тіл кочення (рис. 22, б).
У деяких вузлах, наприклад, в верстатобудуванні для підвищення жорсткості опор, точності обертання валу і поліпшення виброакустической характеристики вузла застосовують збірку підшипників з попереднім натягом. У цьому випадку більш половини або все тіла кочення підшипника знаходяться під навантаженням (рис.22, в).

Мал. 22. Розподіл навантажень на тіла кочення:
а - при підвищеному зазорі;
б - при нульовому зазорі;
в - при попередньому натягу або при значній осьової навантаженні

Сутність попереднього натягу полягає в тому, що пару підшипників попередньо навантажують осьовою силою, яка усуває осьової зазор в комплекті, створюючи початкову пружну деформацію в місцях контакту робочих поверхонь кілець з тілами кочення. Якщо потім до підшипника докласти робочу осьову навантаження, то відносне переміщення його кілець внаслідок додаткової деформації робочих поверхонь буде значно менше, ніж до створення попереднього натягу. Попередній натяг викликає однакову деформацію в обох підшипниках. Такі підшипники працюють в більш важких умовах, так як підвищуються навантаження на тіла кочення, момент опору обертанню і знос, а також знижується ресурс підшипника.

Вплив зазорів і натягів на ресурс показано на рис. 23.

Мал. 23. Вплив зазорів і натягів на ресурс
(L - ресурс у відсотках від розрахункового)

Діаметр отвору
підшипника d, мм

Осьової зазор при вугіллі контакту а. °

Наведені в табл. 55-57 значення відповідають нормальним умовам експлуатації, при яких температура внутрішніх кілець радіально-наполегливих підшипників не перевищує температуру зовнішніх кілець більш ніж на 10 ° С, а різниця температур вала і корпуса становить

10-20 ° С; робоча частота обертання n наполегливих підшипників не перевищує половини гранично допустимої частоти обертання nпр для підшипників даного типорозміру.
При монтажі підшипників з конічним отвором на конічну шийку вала початковий радіальний зазор зменшується внаслідок розширення внутрішнього кільця. Осьове переміщення внутрішнього кільця з отвором, що має конусність 1:12, щодо шийки вала або втулки викликає зменшення початкового радіального зазору, рівне приблизно 1/15 величини переміщення.
Для усунення впливу гироскопического ефекту в наполегливих підшипниках при n> 0,5 nпр застосовують збірку з попереднім натягом, здійснюваним комплектом пружин, що навантажують підшипник осьовою силою, Н:

де D і d - зовнішній і внутрішній діаметри стандартного підшипника, мм; n - частота обертання, об / хв.

Вибір підшипників і схеми їх установки

Вибір підшипників. При виборі типу і розмірів підшипників кочення враховують такі чинники:
- значення і напрям навантаження (радіальна, осьова, комбінована);
- характер навантаження (постійна, змінна, вібраційна, ударна);
- частоту обертання кільця підшипника;
- необхідний ресурс (в годинах або мільйонах обертів);
- стан навколишнього середовища (температуру, вологість, запиленість, кислотність і т.п.);
- особливі вимоги до підшипника, що пред'являються конструкцією вузла (необхідність самоустанавліваемості підшипника в опорі з метою компенсації перекосів вала або корпуса; здатність допускати переміщення вала в осьовому напрямку; монтаж підшипника безпосередньо на вал, на Закріплювальні або закріплюючо-стяжную втулку; необхідність регулювання радіального і осьового зазору підшипника, підвищення жорсткості і точності обертання, зниження моменту тертя, шумності; бажані габаритні розміри вузла; вимоги до надійності; стоимо сть підшипника і вузла в цілому).

Якщо немає підвищених вимог до частоті і точності обертання, застосовують підшипники класу точності 0 по ГОСТ 520-89.
Наметове тип, конструктивну різновид і схему установки підшипників, виконують розрахунок на ресурс при необхідної надійності або / і на статичну вантажопідйомність, здійснюють вибір підшипника по каталогу. Залежно від робочих швидкостей і умов роботи вибирають спосіб змащування, тип мастильного матеріалу, захист його від забруднення і витікання з підшипника.

Схеми установки підшипників. У більшості випадків вали повинні бути зафіксовані в опорах від осьових переміщень. За здатністю фіксувати осьове положення вала опори розділяють на фіксують і плаваючі. В фіксують опорах обмежена осьове переміщення вала в одному або обох напрямках. У плаваючою опорі осьове переміщення вала в будь-якому напрямку не обмежена. Яка фіксує опора сприймає радіальну і осьову сили, а плаваюча опора - лише радіальну.

У деяких конструкціях застосовують так звані "плаваючі" вали. Ці вали мають можливість осьового зсуву в обох напрямках, їх встановлюють на плаваючих опорах. Осьова фіксація вала здійснюється не в опорах, а будь-якими іншими елементами конструкції, наприклад торцями деталей, зубами шевронних зубчастих коліс.

На рис. 24 показані основні способи осьового фіксування валів.
У схемах 1а і 16 вал зафіксований в одній (лівої на малюнку) опорі: в схемі 1а - одним підшипником; в схемі 16 - двома однорядними підшипниками. У плаваючою опорі застосовують зазвичай радіальні підшипники. Ці схеми застосовують при будь-якій відстані / між опорами вала. Схему 16 характеризує велика жорсткість фіксує опори, особливо в разі застосування в одній опорі двох радіально-наполегливих підшипників з великими кутами контакту.
Призначаючи фіксуючу і плаваючу опори прагнуть забезпечити приблизно рівну навантаженість підшипників і найменші сили тертя в плаваючою опорі.

Мал. 24.Способи осьового фіксування валів

При температурних коливаннях плаваючий підшипник переміщається в осьовому напрямку на величину подовження (укорочення) вала. Так як це переміщення може відбуватися під навантаженням, поверхня отвору корпусу зношується. Тому при дії на опори вала тільки радіальних сил в якості плаваючою вибирають менше навантажену опору.

Якщо вихідний кінець вала з'єднують муфтою з валом іншого вузла, як фіксує приймають опору поблизу вихідного кінця вала.
У схемах 2а до 26 вал зафіксований в двох опорах, причому в кожній опорі в одному напрямку. Ці схеми застосовують з певними обмеженнями по відстані між опорами, що пов'язано зі зміною зазорів в підшипниках внаслідок нагрівання деталей при роботі. При нагріванні самих підшипників зазори в них зменшуються; при нагріванні вала його довжина збільшується.
Через збільшення довжини вала осьові зазори в підшипниках схеми 2а також зменшуються. Щоб не відбувалося защемлення валу в опорах, передбачають при складанні осьової зазор "а". Значення зазору має бути трохи більше очікуваної теплової деформації підшипників і вала. Залежно від конструкції вузла і умов експлуатації а = 0,15. 1,0 мм.
Схема 2а установки підшипників конструктивно найбільш проста. Її широко застосовують при відносно коротких валах. При установці в опорах радіальних підшипників відношення l / d ≈ 8. 10.

В опорах схеми 2а можуть бути застосовані і радіально-наполегливі підшипники. Так як ці підшипники більш чутливі до зміни осьових зазорів, то співвідношення між величинами / і d для них є більш жорстким і не повинно перевищувати l / d = 6. 8. Менші значення відносять до роликових, великі - до кулькових радіально-наполегливою підшипників. За цією схемою не рекомендується застосовувати радіально-наполегливі підшипники з кутом контакту а = 25. 40 °.

При установці вала за схемою 26 ймовірність защемлення підшипників внаслідок температурних деформацій вала менше, так як при збільшенні довжини вала осьової зазор в підшипниках збільшується. Відстань між підшипниками може бути трохи більше, ніж в схемі 2а: для підшипників кулькових радіальних l / d = 10. 12; кулькових радіально-наполегливих l / d ≤ 10; конічних роликових l / d ≤ 8.
Довші вали встановлювати за схемою 26 не рекомендують, так як внаслідок температурних деформацій вала можуть з'явитися великі осьові зазори, неприпустимі для радіально-наполегливих підшипників.