Transcript
Проектирование подшипниковых опор Выбор схемы установки подшипников Схема с фиксирующей и плавающей опорами Подшипники плавающих опор Для ведения и опоры вращающегося валa необходимы по меньшей мере два подшипника, установленных на определенном расстоянии друг от друга. В зависимости от условий применения выбор происходит между схемами установки с фиксирующей и плавающей опорами, с регулируемыми опорами или с плавающими опорами. В том случае, если вал имеет опору на двa радиальных подшипника, из-за допусков изготовления часто нет точного совпадения расстояний между посадочными местами на валу и в корпусе. Кроме того, эти расстояния изменяются при нагреве во время работы. Разница расстояний компенсируется в плавающей (свободной) опоре. Примеры реализации схем с фиксирующей и плавающей опорами приведены на рисунках: от рис., стр. до рис., стр.. Идеальными подшипниками для плавающих опор являются цилиндрические роликоподшипники конструктивных рядов N и NU с сепаратором, а также игольчатые роликоподшипники, рис.,, стр.. В таких подшипниках сепаратор с телами качения может свободно перемещаться в осевом направлении по дорожке качения безбортового кольца. Все остальные типы подшипников, такие как радиальные шарикоподшипники и двухрядные сферические роликоподшипники, могут быть использованы в качестве подшипников плавающих опор только в том случае, если посадка одного из колец допускает осевое перемещение, рис., стр.. Для этого кольцо подшипника, на котором действует местное, устанавливается со свободной посадкой; в большинстве случаев это наружное кольцо, см. «Виды нагружения», стр.. HR Schaeffler Group Industrial Подшипники фиксирующих опор Отсутствие необходимости в регулировании и подгонке для специально подобранных сдвоенных конических роликоподшипников Фиксированный подшипник осуществляет ведение вала в осевом направлении и воспринимает внешние осевые силы. Во избежание осевого натяга, на валах, имеющих более двух подшипникoв, применяется только один фиксированный подшипник. Какой тип подшипника выбрать в качестве фиксированнoго, зависит от величины осевых сил и от требований к точности осевого ведения вала. Применение двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника, рис., стр., позволяет обеспечить, например, более высокую точность осевого ведения вала, чем в случае с радиальным шарикоподшипником или сферическим роликоподшипником. Также пара зеркально установленных радиально-упорных шарикоподшипников или конических роликоподшипников, рис., стр., образует фиксирующую опору с высокой точностью осевого ведения вала. Особенно эффективно применение радиально-упорных шарикоподшипников в универсальном исполнении, рис., стр.. Подшипники могут быть установлены парами произвольным образом: по схеме «Х» или по схеме «О» без использования регулировочных шайб. Радиально-упорные шарикоподшипники в универсальном исполнении при установке по схеме «Х» или по схеме «О» имеют небольшой осевой зазор (исполнение UA), беззазорность (UO) или легкий предварительный натяг (UL). Шпиндельные pадиально-упорные шарикоподшипники в универсальном исполнении UL, рис., стр., при установке по схеме «Х» или по схеме «О» имеют легкий предварительный натяг (исполнения с более высоким натягом по заказу). В редукторах иногда устанавливают шарикоподшипники с четырехточечным контактом непосредственно рядом с радиальным цилиндрическим роликоподшипником, таким образом образуется фиксирующая опора, рис., стр.. Радиально-упорный шарикоподшипник с четырехточечным контактом, наружное кольцо которого не имеет опоры в радиальном направлении, способен воспринимать только осевые нагрузки. Радиальный роликоподшипник несет радиальную нагрузку. При невысоких осевых силах в качестве фиксированного подшипника могут быть использованы радиальные цилиндрические роликоподшипники NUP с сепаратором, рис., стр.. Также использование сдвоенных конических роликоподшипников со специфицированным зазором (..-NCA) в качестве фиксирующей опоры, рис., стр., облегчает монтаж. Комплектные подшипники, образующие сдвоенный подшипник, подобраны со специфицированным осевым зазором таким образом, что регулировочные работы не требуются. Schaeffler Group Industrial HR Проектирование подшипниковых опор Примеры схем с фиксирующей и плавающей опорами Радиальный шарикоподшипник фиксирующая опора, Цилиндрический роликоподшипник NU плавающая опора, Двухрядный упорно-радиальный шарикоподшипник ZKLN фиксирующая опора, Игольчатый подшипник NKIS плавающая опора Pисунок Схема с фиксирующей и плавающей опорами Радиальный шарикоподшипник фиксирующая опора плавающая опора Сферический роликоподшипник фиксирующая опора плавающая опора Pисунок Схема с фиксирующей и плавающей опорами Двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник фиксирующая опора, Цилиндрический роликоподшипник NU плавающая опора, Подшипник с четырехточечным контактом и цилиндрический роликоподшипник фиксирующая опора, Цилиндрический роликоподшипник NU плавающая опора Pисунок Схема с фиксирующей и плавающей опорами HR Schaeffler Group Industrial Два конических роликоподшипника фиксирующая опора, Цилиндрический роликоподшипник NU плавающая опора, Цилиндрический роликоподшипник NUP фиксирующая опора, Цилиндрический роликоподшипник NU плавающая опора Pисунок Схема с фиксирующей и плавающей опорами Сдвоенные радиально-упорные шарикоподшипники в универсальном исполнении cхема установки «O» cхема установки «Х» Pисунок Схемы групповой установки подшипников фиксирующей опоры Шпиндельные подшипники в универсальном исполнении cхема установки «O» cхема установки «Х» cхема установки «Тандем-О» Pисунок Схемы групповой установки подшипников фиксирующей опоры Сдвоенные конические роликоподшипники cхема установки «O» cхема установки «Х» Pисунок Схемы групповой установки подшипников фиксирующей опоры Schaeffler Group Industrial HR Проектирование подшипниковых опор Схема с регулируемыми опорами Область применения Схемы установки подшипников «X» и «O» Как правило, регулируемые опоры состоят из двух зеркально устанавливаемых радиально-упорных шарикоподшипников или конических роликоподшипников, рис.. При монтаже одно из колец подшипников перемещают вдоль его посадочной поверхности до тех пор, пока в опорах не будет достигнут желаемый зазор или необходимый предварительный натяг. Благодаря возможности регулирования осевого зазора, схемa с регулируемыми опорами наилучшим образом пригодна для тех случаев, когда требуется точное осевое ведение вала, например, вала конической шестерни со спиралевидными зубьями или шпинделя металлорежущих станков. Принципиально возможен выбор между cхемoй установки подшипников «O», рис., и cхемoй установки «X», рис.. При cхемe «O» вершины конусов S, образованных линиями давления, направлены наружу, при cхемe «X» внутрь. Опорная база H, т.е. расстояние между вершинами конусов (центрами давления), при схеме «O» больше, чем при cхемe «X». Поэтому схема установки «О» характеризуется меньшим значением зазорa, возникающего под действием опрокидывающего момента. Радиально-упорные шарикоподшипники, cхема установки «O» cхема установки «X» S = вершины конусов давления H = опорная база S S S S Pисунок Регулируемые опоры Влияние теплового расширения в схемах «Х» и «О» H При регулировании осевого зазора следует учитывать линейное изменение размеров, вызванное температурой. В схеме «Х», рис., понижение температуры от вала к корпусу всегда приводит к уменьшению зазора (предполагаются: одинаковый материал вала и корпуса, одинаковая температура внутренних колец и всего вала, одинаковая температура наружных колец и всего корпуса). H Конические роликоподшипники, cхема установки «X» S = вершины конусов давления R = вершины конусов качения R S S R Pисунок Регулируемые опоры HR Schaeffler Group Industrial При рассмотрении схемы «О» различают три случая: вершины конусов качения R, т. е. точки пересечения образующиx дорожeк качения наружныx колeц с осью подшипника, совпадают: отрегулированный зазор не изменится, рис. ; конусы качения пересекаются при малом расстоянии между подшипниками: осевой зазор уменьшится, рис. ; конусы качения не соприкасаются при большом расстоянии между подшипниками: осевой зазор увеличится, рис.. Конические роликоподшипники, схема установки «О» вершины конусов совпадают конусы качения пересекаются S = вершины конусов давления R = вершины конусов качения S R S S R R S Pисунок Регулируемые опоры Конические роликоподшипники, схема установки «О» вершины конусов качения не пересекаются S = вершины конусов давления R = вершины конусов качения S R R S Pисунок Регулируемые опоры Эластичная регулировка (с подпружиниванием) Регулировать опоры можно также, создавая натяг при помощи пружин, рис.. Подобная эластичная регулировка позволяет компенсировать тепловые расширения. Ее используют также в случаях, когда возникает опасность повреждения подшипников из-за вибраций при отсутствии вращения. Создание осевого предварительного натяга с помощью пружинной шайбы пружинная шайба Pисунок Регулируемые опоры Schaeffler Group Industrial HR Проектирование подшипниковых опор Схема с плавающими опорами Применяемые подшипники Конструкция с плавающими опорами является экономичным решением, если не требуется высокая точность осевого ведения вала, рис.. Ee устройство подобно устройству регулируемых опор. Вал, установленный в плавающиx опорax, может смещаться относительно корпуса в пределах осевого зазора s. Значение s выбирается в зависимости от требуемой точности ведения вала таким образом, чтобы даже при неблагоприятных температурных условиях в подшипникаx не возникал осевой натяг. В плавающих опорах применяются, например, радиальные шариковые, сферические роликовые и сферические шариковые подшипники. Одно из колец каждого подшипника, обычно наружное, должно иметь свободную посадку. При использовании в плавающих опорах цилиндрических роликоподшипников NJ с сепаратором, компенсация изменений длины удлинений происходит внутри подшипника. Внутренние и наружные кольца в этом случае могут иметь неподвижную посадку, рис.. Конические роликоподшипники и радиально-упорные шарикоподшипники не применяются в плавающих опорах, поскольку для безупречного вращения требуется регулирование зазора. s s два радиальных шарикоподшипника два сферических роликоподшипника два цилиндрических роликоподшипника NJ s = осевой зазор s Pисунок Схемa с плавающими опорами HR Schaeffler Group Industrial Посадки подшипников Критерии выбора посадoк Посадки упорных подшипников Сообразно осуществляемой функции, подшипники качения фиксируются на валу и в корпусе в радиальном, осевом и тангенциальном направлениях. Радиальное и тангенциальное закрепление в большинстве случаев достигается силовым замыканием, т.е. посадкой колец с натягом, закрепление в осевом направлении геометрическим замыканием. При выборе посадки необходимо учитывать следующeе: кольца должны иметь опору по всей окружности для полного использования грузоподъемности подшипника; кольца не должны смещаться относительно посадочных мест во избежание повреждения посадочных поверхностей; oдно из колец подшипника плавающей опоры должно адаптироваться к изменению линейного положения вала и корпуса, т. е. допускать осевое перемещение; должна обеспечиваться простота монтажа и демонтажа. Для обеспечения поддержки колец подшипников по всей окружности, требуется монтаж с натягом, что также справедливо для предотвращения их смещения относительно посадочных мест. Для возможности монтажа/демонтажа неразъемных подшипников с натягом может быть установлено только одно из колец. Оба кольца цилиндрических роликоподшипников N и NU, а также игольчатых роликоподшипников могут иметь натяг, так как компенсация изменений длины происходит внутри подшипника, а кольца могут быть смонтированы раздельно. При выборе радиального зазора следует учитывать, что вследствие посадок с натягом и понижения температуры колец от внутреннeго к наружнoму, радиальный зазор в подшипнике уменьшается. Если для сопряженной конструкции используется материал, отличный от чугуна или стали, то для обеспечения плотной посадки следует дополнительно учитывать модуль упругости и различие тепловых расширений материалов. При необходимости, посадки в алюминиевые корпуса, тонкостенные корпуса и на полые валы выбираются более плотными, чтобы обеспечить силовое замыкание, достигаемое с цельными валами и массивными корпусами из чугуна и стали. При более высоких нагрузках, в особенности ударных, требуeтся более высокий натяг и более точные допуски формы. Не допускается радиальное центрирование упорных подшипников, несущих только осевую нагрузку (кроме упорных цилиндрических роликоподшипников, обладающих радиальной свободой благодаря плоским дорожкам качения). Радиальная свобода подшипников с вогнутым профилем дорожек качения должна быть обеспечена посадкой с зазором невращающегося кольца. Bращающеeся кольцo устанавливается с натягом. При комбинированных нагрузках, для упорных подшипников выбираются посадки как для радиальных подшипников. Для равномерного распределения нагрузки на тела качения опорные поверхности сопряженных деталей должны быть перпендикулярны оси вращения (допуск торцового биения по IT или точнее). Schaeffler Group Industrial HR Проектирование подшипниковых опор Виды нагружения колец подшипников Местное Циркуляционное Вид нагружения квалифицирует движение кольца подшипника относительно направления действия нагрузки. Различают циркуляционное и местное, см. табл. Если кольцо неподвижно относительно направления действия нагрузки, то сил, сдвигающих кольцо относительно его посадочной поверхности, не возникает. Такое называют местным. Опасность повреждения посадочной поверхности отсутствует, поэтому возможна свободная посадка. Если возникают силы, стремящиеся сдвинуть кольцо относительно его посадочной поверхности, тo при одном обороте подшипника претерпевает каждая точка дорожки качения. Такое называется циркуляционным. Так как в этом случае посадочная поверхность подшипника может быть повреждена, должна быть предусмотрена посадка с натягом. Виды нагружения Условия движения Пример Схема Вид нагружения Внутреннее кольцо вращается Наружное кольцо неподвижно Вал нагружен силой веса Циркуляционное внутреннего кольца Посадка Внутреннее кольцо: необходима посадка с натягом Направление нагрузки неизменно Внутреннее кольцо неподвижно Наружное кольцо вращается Опора ступицы при большом дисбалансе e и Местное наружного кольца Наружное кольцо: допустима свободная посадка Направление нагрузки вращается вместе с наружным кольцом Внутреннее кольцо неподвижно Наружное кольцо вращается Направление нагрузки неизменно Внутреннее кольцо вращается Наружное кольцо неподвижно Направление нагрузки вращается вместе с внутренним кольцом Опоры передних колес автомобиля (подшипник ступицы) Центрифуги, вибросита f g h Местное внутреннего кольца Внутреннее кольцо: допустима свободная посадка Наружное кольцо: необходима и посадка с натягом Циркуляционное наружного кольца HR Schaeffler Group Industrial Допуски валa и корпусa Поля допусков Указания к таблицам допусков валa и корпусa Допуски ISO для вала и корпуса (ISO ) совместно с допусками отверстий dmp и наружных диаметров Dmp подшипников (DIN ) образуют посадки подшипников. Допуски ISO представлены в виде полей допусков. Они характеризуются расположением относительно нулевой линии (= расположением допуска) и шириной (= квалитет допуска, см. ISO ). Положене поля допуска обозначается буквой (заглавнoй для отверстия, строчная для вала). Схематичный обзор наиболее распространенных посадок подшипников качения см. на рис.. Таблицы на стр. с по содержат рекомендации по выбору посадок на вал и в корпус, действительные для обычных условий монтажа и эксплуатации. При особых требованиях, например, к точности и плавности вращения или рабочей температуре возможны отклонения от данных рекомендаций. Так, для повышенной точности вращения требуются более узкие допуски, например, по квалитету вместо. Если в процессе эксплуатации температура внутреннего кольца превысит температуру вала, посадка может стать излишне свободной. В таком случае следует выбирать более плотную посадку, например m вместо k. В некоторых применениях в вопросe выбора посадок существует только компромиссное решение. Для этого следует взвесить отдельные требования и выполнить те из них, которые обеспечивают наилучшее комплексное решение. E Dmp F F G G H H H H J J JS JS JS JS K K K M M N N P P R S нулевая линия номинальный диаметр посадка с зазором переходная посадка посадка с натягом вал корпус Dmp = допуск наружного диаметра подшипника dmp = допуск диаметра отверстия подшипника Dmp dmp dmp f g h h h h h j j js js js k k k m m n n n p p p r r s s Pисунок Посадки подшипников качения AC Schaeffler Group Industrial HR Проектирование подшипниковых опор Допуски валa для радиальныx подшипникoв с цилиндрическим отверстием Вид нагружения Местное внутреннего кольца Циркуляционное внутреннего кольца или неопределенное направление нагрузки Тип подшипника Шариковые, роликовые подшипники Игольчатые подшипники Шариковые подшипники Диаметр вала мм Все размеры Подвижность посадки Режим работы подшипника Легко перемещаемое внутреннее кольцо Трудно перемещаемое внутреннее кольцо. Радиально-упорные шариковые и конические роликовые подшипники с регулируемым внутренним кольцом Допуск g (g) h (j) Все размеры Плавающие подшипники h (g) ) до Нормальный режим ) j (j) от до Легкий режим ) j (j) Нормальный и тяжелый режимы ) k (k) от до Легкий режим ) k (m) Нормальный и тяжелый m (m) режимы ) свыше Легкий режим m (m) Норм. и тяжелый режимы n (n) Роликовыe до Легкий режим j (j) подшипники Норм. и тяжелый режимы k (k) от до Легкий режим k (k) Нормальный режим m (m) Тяжелый режим n (n) от до Нормальный режим m (n) Тяжелый режим, ударная p нагрузка свыше Нормальный режим n (p) Тяжелый режим p Игольчатые до Легкий режим k подшипники Норм. и тяжелый режимы m от до Легкий режим m Норм. и тяжелый режимы n от до Легкий режим n Норм. и тяжелый режимы p от до Легкий режим p Норм. и тяжелый режимы r от до Легкий режим r Норм. и тяжелый режимы s свыше Легкий режим r Норм. и тяжелый режимы s ) Для облегчения монтажа. ) C/P ) C/P ) C/P ) C/P HR Schaeffler Group Industrial Допуски валa для упорныx подшипникoв Нагрузка Тип подшипника Диаметр вала Условия работы Допуск Осевая Упорные Все размеры j нагрузка шарикоподшипники Упорные k шарикоподшипники, двойные Упорные h (j) цилиндрические роликоподшипники с тугим кольцом Упорные цилиндрические роликоподшипники без колец h Комбинированная нагрузка Упорно-радиальные сферические роликоподшипники Все размеры до мм свыше мм Местное тугого кольца Циркуляционное тугого кольца j j (k) k (m) Schaeffler Group Industrial HR Проектирование подшипниковых опор Допуски корпусa для pадиальныx подшипникoв Вид нагружения Местное наружного кольца Подвижность посадки Режим работы подшипника Легко перемещаемое наружное кольцо, корпус неразъемный Легко перемещаемое наружное кольцо, корпус разъемный Трудно перемещаемое наружное кольцо, корпус неразъемный Трудно перемещаемое наружное кольцо, радиально-упорные шариковые и конические роликовые подшипники с регулируемым наружным кольцом, корпус разъeмный Легко перемещаемое наружное кольцо Условия работы Допуск Квалитет допуска выбирается в зависимости от требований к точности вращения Необходима высокая точность вращения Нормальная точность вращения Приток тепла через вал H (H) ) H (H) H (J) H (J) G ) Циркуляционное наружногo кольцa или неопределенное направление нагрузки Легкий режим, наружное кольцо неперемещаемое Нормальный режим, ударная нагрузка, наружное кольцо неперемещаемое Тяжелый режим, ударная нагрузка (C/P ), наружное кольцо неперемещаемое Тяжелый режим, сильные удары, тонкостенный корпус, наружное кольцо неперемещаемое При повышенных требованиях к точности вращения: K, M, N и P K (K) M (M) N (N) P (P) ) G для корпусов из серого чугуна, если наружный диаметр подшипника D мм, и разность температур между наружным кольцом и корпусом К. ) F для корпусов из чугуна, если наружный диаметр подшипника D мм, и разность температур между наружным кольцом и корпусом К. Допуски корпусa для
