Подшипник качения является стандартным узлом, характер посадки его на вал и в корпус обеспечивают путем подгонки соприкасающихся с подшипником поверхностей. Поэтому посадка наружного кольца подшипника в корпус осуществляется всегда в системе вала, а внутреннего кольца на вал – в системе отверстия. Но поле допуска на диаметр d внутреннего кольца расположено не в сторону увеличения номинального размера, как у основного отверстия (поле допуска Н), а наоборот (рис. 4). Это позволяет получить посадки с небольшим натягом, используя для валов поля допусков переходных посадок (js, k, m, n).
При посадке подшипника на вал с большим зазором не обеспечивается требуемая точность центрирования, а в случае посадки с большим натягом уменьшается или полностью исчезает радиальный зазор в подшипнике, что влияет на точность и плавность вращения, вызывает шум и вибрации во время работы и может привести из-за перенагружения к быстрому выходу подшипника из строя.
Для внутреннего кольца подшипника при вращающемся вале и значительных нагрузках применяют посадку с полем допуска на вал n6, при малых нагрузках – js6, k6.
Рис. 4
Сопряжение наружного кольца подшипника со стальным или чугунным корпусом выполняется по посадке с полем допуска на отверстие Н7, а при высокой частоте вращения вала и при изготовлении корпуса из алюминиевых или магниевых сплавов – по посадке с полем допуска Js7.
При конструировании подшипниковых узлов необходимо обеспечить центрирование подшипников в опорах, осевую фиксацию вала, возможность изменения длины вала без нарушения работы подшипника, удобство монтажа и демонтажа, защиту подшипников от попадания пыли, сохранение смазки, регулировку осевого натяга, соосность отверстий в корпусе, которую проще всего достичь их обработкой (расточкой, шлифовкой) с одного установа. При этом надо учитывать конструктивные особенности подшипников и их размеры, совместимость применяемых материалов, условия эксплуатации и режимы работы.
Защемление тел качения могут вызвать не только радиальные, но и осевые смещения, например, температурные изменения длины вала. Различают два способа фиксации валов в осевом направлении. Так, способ фиксации вала подшипниками в корпусе с двух сторон «враспор» (рис. 5, а) применяют при коротких валах, когда тепловые деформации вала и корпуса в осевом направлении примерно одинаковы. При этом предусматривается небольшой зазор D = 0,05 … 0,2 мм, величина которого может регулироваться толщиной набора регулировочных прокладок 1. На сборочных чертежах величина этого зазора может не показываться.
При длинных валах и значительных колебаниях температуры, а также в тех случаях, когда температурные удлинения вала больше деформаций корпуса, одна опора вала жестко фиксируется в корпусе (рис. 5, б), а вторая опора делается плавающей.
Рис. 5
Работоспособность подшипниковых узлов зависит не только от правильного расчета и выбора подшипников, но также и от целого ряда сопутствующих факторов, основными из которых являются: тип выбора смазки и метод ее подвода; конструкция уплотнения и надежность защиты подшипника от попадания грязи и влаги, от вытекания смазки из корпуса; правильный выбор посадки подшипника и крепления его на валу и в корпусе; точность посадочных мест по размерам, взаимным биениям, шероховатости; монтаж и регулировка зазоров. Соосность отверстий в корпусе под подшипники достигается их обработкой (расточка, шлифование) с одной установки.
К дефектам, наиболее часто встречающимся в эксплуатации, следует отнести высокую температуру (свыше 80 °С) подшипникового узла; повышенный шум или удары при работе; выбрасывание смазки из корпуса.
Специальные опоры
К специальным опорам относят опоры с трением упругости, магнитные и др.
Основным элементом опор с трением упругости является упругая проволока или лента, один конец которой прикреплен к неподвижному основанию, другой – к подвижной рамке прибора. Опоры выполнены в виде подвеса (рис. 6, а) или растяжки (рис. 6, б) из материалов, обладающих хорошими упругими свойствами (бронза, легированные стали). Такие опоры применяют при небольших углах поворота рамки. В них практически отсутствует трение, они не нуждаются в смазке, нечувствительны к загрязнением. К недостаткам опор помимо небольших углов поворота подвижных элементов следует отнести пониженную виброустойчивость, чувствительность к ударам и вибрациям.
Рис. 6
В магнитных опорах в зазоре между трущимися поверхностями действуют силы притяжения между магнитами 1 и 2 (рис. 7), которые уравновешивают вес подвижных звеньев. Центрирование вращающегося звена осуществляют с помощью тонких полированных нержавеющих штифтов 4, расположенных с зазором в графитовых втулках 3. В качестве цапф и втулок подшипников используются постоянные магниты из специальных сплавов или электромагниты. Магнитные опоры помимо малых потерь на трение могут работать при любых скоростях вращения. В силовых механизмах их не применяют из-за громоздкости магнитов, создающих усилия для подъема нагруженных валов. Используют магнитные опоры в электросчетчиках, приборах времени и других приборах.
Рис. 7
ЛИТЕРАТУРА
1. Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем: Учебное пособие. М.: – Высш. шк., 2001. – 480 с.
2. Сурин В.М. Техническая механика: Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2004. – 292 с.
3. Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1999. – 415 с.