Пред. След. Главная

Под радиальным или осевым зазором подразумевают полное радиальное или соответственно осевое перемещение в обоих направлениях одного кольца относительно другого.

Оптимальные значения радиальных и осевых зазоров для данных условий эксплуатации подшипника позволяют обеспечить рациональное распределение нагрузки между телами качения, необходимое смещение вала и корпуса в радиальном и осевом направлениях, а также улучшить и повысить стабильность виброакустических характеристик, снизить потери на трение.

В подшипниках нерегулируемых типов различают три вида радиальных зазоров: начальный, посадочный и рабочий.

Посадочный зазор всегда меньше начального в связи с деформациями колец в радиальном направлении после установки подшипника на рабочее место. При работе подшипникового узла и установившемся температурном режиме образуется рабочий зазор, который может быть больше или меньше посадочного в зависимости от схемы установки подшипников, воспринимаемой нагрузки и перепада температур вала и корпуса.

ГОСТ 24810-81 устанавливает условные обозначения групп зазоров и числовые значения радиального и осевого зазоров в состоянии поставки для подшипников качения, приведенных в табл. 53.
ГОСТ 24810-81 не распространяется на подшипники:
  - шариковые радиальные со съемным наружным кольцом;
  - шариковые радиальные однорядные с канавкой для вставления шариков;
  - шариковые радиально-упорные однорядные;
  - шариковые радиально-упорные двухрядные с двумя наружными кольцами;

53. Группы зазоров и их обозначения
 

   - шариковые радиально-упорные однорядные с разъемным наружным или внутренним кольцом;
   - роликовые радиальные игольчатые со штампованным наружным кольцом, 
   а также на подшипники качения, для которых установлены особые значения зазоров.

По ГОСТ 24810-81 для подшипников различных типов установлены группы зазоров: нормальная и дополнительные (с меньшими и большими значениями зазоров) (табл. 53)
   Нерегулируемые типы подшипников изготовляют со сравнительно небольшими зазорами; после установки на вал и в корпус они могут работать без дополнительного регулирования.
   Размеры зазоров для однорядных радиальных шариковых подшипников приведены в табл. 54.
   Подшипники, предназначенные для нормальных условий эксплуатации (перепад температур между наружными и внутренними кольцами незначителен - 5 ... 10 °С), должны иметь зазор, соответствующий основной - нормальной группе.

Основная область применения подшипников с увеличенными зазорами - опоры со значительными колебаниями рабочих температур, а также опоры, в которых кольца подшипника из-за ожидаемых больших динамических нагрузок монтируют на вал и корпус со значительными посадочными натягами. Радиальные однорядные шарикоподшипники, предназначенные для восприятия только осевых сил, должны иметь увеличенный радиальный зазор, позволяющий увеличить угол контакта в подшипнике, т.е. повысить его осевую грузоподъемность. Радиальные несамоустанавливающиеся подшипники с увеличенным радиальным зазором применяют при отклонениях от соосности посадочных мест.

54. Размеры зазоров для однорядных радиальных шариковых подшипников без канавок 
для вставления шариков с цилиндрическим отверстием
 

    Подшипники с уменьшенным зазором устанавливают в опорах при высоких требованиях к радиальному или осевому биению вала, работающего с умеренной частотой вращения при эффективном охлаждении.
   Осевые и радиальные зазоры регулируемых подшипников могут быть установлены в определенных пределах только при монтаже в узле машины. Требуемый осевой зазор в упорных подшипниках устанавливают также при монтаже. В. зависимости от конструкции узла регулирование осевых зазоров осуществляют смещением наружного или внутреннего кольца подшипника.
   Оптимальное значение зазоров устанавливают экспериментально для каждого конкретного узла. Если подшипники собраны с большим зазором, то всю нагрузку воспринимает только один или два шарика или ролика (рис. 22, а). Условия работы подшипников при таких больших зазорах неблагоприятны, и поэтому такие зазоры недопустимы. Уменьшение зазоров приводит к более равномерному распределению нагрузки между телами качения, снижает вибрации, повышает жесткость опоры. Наличие некоторых осевых зазоров положительно сказывается на снижении момента сопротивления вращению. Обычные радиально-упорные подшипники регулируют так, чтобы осевой зазор при установившемся температурном режиме был бы близок к нулю. В этом случае под действием радиальной нагрузки находятся около половины тел качения (рис. 22, б).
   В некоторых узлах, например, в станкостроении для повышения жесткости опор, точности вращения вала и улучшения виброакустической характеристики узла применяют сборку подшипников с предварительным натягом. В этом случае более половины или все тела качения подшипника находятся под нагрузкой (рис.22, в).

Рис. 22. Распределение нагрузок на тела качения:
а - при повышенном зазоре;
б - при нулевом зазоре;
                      в - при предварительном натяге или при значительной осевой нагрузке

Сущность предварительного натяга заключается в том, что пару подшипников предварительно нагружают осевой силой, которая устраняет осевой зазор в комплекте, создавая начальную упругую деформацию в местах контакта рабочих поверхностей колец с телами качения. Если затем к подшипнику приложить рабочую осевую нагрузку, то относительное перемещение его колец вследствие дополнительной деформации рабочих поверхностей будет значительно меньше, чем до создания предварительного натяга. Предварительный натяг вызывает одинаковую деформацию в обоих подшипниках. Такие подшипники работают в более тяжелых условиях, так как повышаются нагрузки на тела качения, момент сопротивления вращению и износ, а также снижается ресурс подшипника.

Влияние зазоров и натягов на ресурс показано на рис. 23.

Рис. 23. Влияние зазоров и натягов на ресурс
(L - ресурс в процентах от расчетного)

   С предварительным натягом устанавливают подшипники шариковые радиальные, радиально-упорные, роликовые конические, а также подшипники с короткими цилиндрическими роликами типа 3182000, монтируемые на конусную шейку вала с натягом, способным вызвать расширение внутреннего кольца и полностью устранить в подшипнике радиальный зазор. Примерные значения осевых зазоров для радиально-упорных подшипников приведены в табл. 55 и 56, а для двойных и сдвоенных одинарных упорных шарикоподшипников -в табл. 57. Данные табл. 57 можно использовать и при монтаже упорных роликовых подшипников.

                               55. Рекомендуемый осевой зазор, мкм, для шариковых радиально-упорных
                                                                         однорядных подшипников
 

56. Рекомендуемый осевой зазор, мкм, для радиально-упорных 
роликовых конических однорядных подшипников
 

57. Рекомендуемый осевой зазор, мкм, для двойных и сдвоенных
 одинарных упорных шарикоподшипников
 

   Приведенные в табл. 55-57 значения соответствуют нормальным условиям эксплуатации, при которых температура внутренних колец радиально-упорных подшипников не превышает температуру наружных колец более чем на 10 °С, а разность температур вала и корпуса составляет ~10-20 °С; рабочая частота вращения n упорных подшипников не превышает половины предельно допустимой частоты вращения n_пр для подшипников данного типоразмера.
   При монтаже подшипников с коническим отверстием на коническую шейку вала начальный радиальный зазор уменьшается вследствие расширения внутреннего кольца. Осевое перемещение внутреннего кольца с отверстием, имеющим конусность 1:12, относительно шейки вала или втулки вызывает уменьшение начального радиального зазора, равное примерно 1/15 величины перемещения.
   Для устранения влияния гироскопического эффекта в упорных подшипниках при n > 0,5 n_пр применяют сборку с предварительным натягом, осуществляемым комплектом пружин, нагружающих подшипник осевой силой, Н:

F_a= 53 х 10^-13 [ ( D^{2 _} d² ) ] n ]²,

где D и d - наружный и внутренний диаметры стандартного подшипника, мм; n -частота вращения, об/мин.
 

Выбор подшипников и схемы их установки

Выбор подшипников. При выборе типа и размеров подшипников качения учитывают следующие факторы:
   - значение и направление нагрузки (радиальная, осевая, комбинированная);
   - характер нагрузки (постоянная, переменная, вибрационная, ударная);
   - частоту вращения кольца подшипника;
   - необходимый ресурс (в часах или миллионах оборотов);
   - состояние окружающей среды (температуру, влажность, запыленность, кислотность и т.п.);
   - особые требования к подшипнику, предъявляемые конструкцией узла (необходимость самоустанавливаемости подшипника в опоре с целью компенсации перекосов вала или корпуса; способность допускать перемещения вала в осевом направлении; монтаж подшипника непосредственно на вал, на закрепительную или закрепительно-стяжную втулку; необходимость регулирования радиального и осевого зазора подшипника, повышения жесткости и точности вращения, снижения момента трения, шумности; желательные габаритные размеры узла; требования к надежности; стоимость подшипника и узла в целом).

Если нет повышенных требований к частоте и точности вращения, применяют подшипники класса точности 0 по ГОСТ 520-89.
Наметив тип, конструктивную разновидность и схему установки подшипников, выполняют расчет на ресурс при требуемой надежности или/и на статическую грузоподъемность, осуществляют выбор подшипника по каталогу. В зависимости от рабочих скоростей и условий работы выбирают способ смазывания, тип смазочного материала, защиту его от загрязнения и вытекания из подшипника.

Схемы установки подшипников. В большинстве случаев валы должны быть зафиксированы в опорах от осевых перемещений. По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на фиксирующие и плавающие. В фиксирующих опорах ограничено осевое перемещение вала в одном или обоих направлениях. В плавающей опоре осевое перемещение вала в любом направлении не ограничено. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и осевую силы, а плавающая опора - только радиальную.

В некоторых конструкциях применяют так называемые "плавающие" валы. Эти валы имеют возможность осевого смещения в обоих направлениях, их устанавливают на плавающих опорах. Осевая фиксация вала осуществляется не в опорах, а какими-либо другими элементами конструкции, например торцами деталей, зубьями шевронных зубчатых колес.

На рис. 24 показаны основные способы осевого фиксирования валов.
   В схемах 1а и 16 вал зафиксирован в одной (левой на рисунке) опоре: в схеме 1а - одним подшипником; в схеме 16 - двумя однорядными подшипниками. В плавающей опоре применяют обычно радиальные подшипники. Эти схемы применяют при любом расстоянии / между опорами вала. Схему 16 характеризует большая жесткость фиксирующей опоры, особенно в случае применения в одной опоре двух радиально-упорных подшипников с большими углами контакта.
   Назначая фиксирующую и плавающую опоры стремятся обеспечить примерно равную нагруженность подшипников и наименьшие силы трения в плавающей опоре.

                                                   
                                                                 Рис. 24.Способы осевого фиксирования валов

При температурных колебаниях плавающий подшипник перемещается в осевом направлении на величину удлинения (укорочения) вала. Так как это перемещение может происходить под нагрузкой, поверхность отверстия корпуса изнашивается. Поэтому при действии на опоры вала только радиальных сил в качестве плавающей выбирают менее нагруженную опору.

Если выходной конец вала соединяют муфтой с валом другого узла, в качестве фиксирующей принимают опору вблизи выходного конца вала.
   В схемах 2а к 26 вал зафиксирован в двух опорах, причем в каждой опоре в одном направлении. Эти схемы применяют с определенными ограничениями по расстоянию между опорами, что связано с изменением зазоров в подшипниках вследствие нагрева деталей при работе. При нагреве самих подшипников зазоры в них уменьшаются; при нагреве вала его длина увеличивается.
   Из-за увеличения длины вала осевые зазоры в подшипниках схемы 2а также уменьшаются. Чтобы не происходило защемления вала в опорах, предусматривают при сборке осевой зазор "а". Значение зазора должно быть несколько больше ожидаемой тепловой деформации подшипников и вала. В зависимости от конструкции узла и условий эксплуатации а = 0,15 ... 1,0 мм.
   Схема 2а установки подшипников конструктивно наиболее проста. Ее широко применяют при относительно коротких валах. При установке в опорах радиальных подшипников отношение l/d ≈ 8 ... 10.

В опорах схемы 2а могут быть применены и радиально-упорные подшипники. Так как эти подшипники более чувствительны к изменению осевых зазоров, то соотношение между величинами / и d для них является более жестким и не должно превышать l/d = 6 ... 8. Меньшие значения относят к роликовым, большие - к шариковым радиально-упорным подшипникам. По этой схеме не рекомендуется применять радиально-упорные подшипники с углом контакта а = 25 ... 40°.
 

При установке вала по схеме 26 вероятность защемления подшипников вследствие температурных деформаций вала меньше, так как при увеличении длины вала осевой зазор в подшипниках увеличивается. Расстояние между подшипниками может быть несколько больше, чем в схеме 2а: для подшипников шариковых радиальных l/d = 10 ... 12; шариковых радиально-упорных l/d  ≤ 10; конических роликовых l/d  ≤ 8.
   Более длинные валы устанавливать по схеме 26 не рекомендуют, так как вследствие температурных деформаций вала могут появиться большие осевые зазоры, недопустимые для радиально-упорных подшипников.