книги из ГПНТБ / Фигатнер, А. М. Повышение точности шпиндельных узлов на подшипниках качения учебное пособие

Под влиянием температурных деформаций первоначально установленные значения зазора-натяга посадки и внутреннего натяга подшипников претерпевают существенные изменения. Следствием приведенного процесса является (при чрезмерном натяге) снижение работоспособности опор вплоть до остановки вращения. Кроме того, высокоскоростные опоры крайне чувстви­ тельны к погрешности формы дорожек качения, которая увели­ чивается при переходе от зазора к натягам посадки. Все изло­ женное вынуждает уменьшить до минимума натяги посадок вы­ сокоскоростных подшипников, монтировать кольца таких под­ шипников только с зазором, а также резко ограничить вариации значений зазора-натяга посадки. Поскольку при посадках с на­ тягом происходят деформация колец подшипников и изменениедиаметра дорожек качения, величина зазора-натяга посадки ко­ лец непосредственно влияет на величину внутреннего зазора-на­ тяга подшипников в том случае, если она регулируется при установке колец на шпиндель и в корпус. Это типично для радиальных и радиально-упорных шарико-и роликоподшипни­ ков. Если же внутренний зазор-натяг регулируют после за­ прессовки наружного кольца в корпус путем осевого смещения внутреннего кольца на шпинделе (радиальные двухрядные ро­ ликоподшипники типа 3182100, конические роликоподшипники),, то величина натяга посадки на регулировке подшипника кепосредственнно не сказывается. Очевидно, что в первом случае требования к допускам на величину зазора-натяга посадки должны быть более жесткие.

Существуют два основных способа компенсации температур­ ных деформаций шпинделя: перемещением подшипников (так называемые «плавающие» опоры) относительно корпуса и пере­ мещением внутреннего кольца подшипника относительно наруж­ ного. Очевидно, что в первом случае посадка наружного кольца должна быть с зазором, обеспечивающим «плавание» подшипни­ ка; допуск на величину зазора устанавливают жестким, так как в противном случае неизбежны сборки с большими зазорами, резко снижающими динамическое качество шпиндельного узла.

Окончательное решение о выборе посадок колец подшипников в корпусе и на шпиндель может быть принято лишь как компро­ мисс между противоречивыми требованиями, изложенными выше.

На основе полученных экспериментальных данных и обобще­ ния опыта станкостроения рекомендуемые посадки подшипников шпиндельных узлов станков приведены в табл. 6—9.

Практически рекомендуется в шпиндельных узлах станков нормальной (Я) и повышенной (Я) точности, работающих при средней частоте вращения dn^200 000 (ммоб/мин), устанавли­ вать кольца подшипников со следующими посадками по ГОСТ

3325—55:

наружные кольца двухрядных цилиндрических роликопод­ шипников типа 3182100: Нщ\

22

■наружные и внутренние кольца радиально-упорных шарико­

подшипников: я,„.

наружные кольца радиально-упорных шарикоподшипников в задней «плавающей» опоре: Сщ.

Так как в шпиндельных узлах станков классов точности В, А и С, а также в шпиндельных узлах высокоскоростных станков по­ садки, выбранные по ГОСТ 3325—55, не обеспечивают работо­ способности подшипников, рекомендуется при изготовлении та­ ких шпиндельных узлов, как правило, осуществлять селектив­ ную сборку или обработку сопряженных деталей по паспортам. При этом величины посадок следует выбирать по табл. 6.

МОНТАЖ, СМАЗКА И РЕМОНТ ШПИНДЕЛЬНЫХ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ

Выбор и регулировка предварительного зазора-натяга подшипников

Выбор оптимального предварительного натяга и практическое его осуществление являются одной из самых сложных проблем конструирования и производства шпиндельных узлов.

Влияние предварительного натяга на работоспособность шпиндельных узлов сводится к следующему:

3. С увеличением предварительного натяга жесткость шпин­ дельных узлов увеличивается. Однако существует некоторое гра­ ничное значение величины предварительного натяга, при кото­ ром дальнейший его рост не дает заметного увеличения жестко­ сти. Более резко эта закономерность выражена у роликоподшип­ ников, менее резко — у шарикоподшипников.

2.С увеличением предварительного натяга подшипников точность вращения шпинделей увеличивается, но до определен­ ного предела. Существуют оптимальные значения предваритель­ ного натяга, повышение которых влечет за собой ухудшение точ­ ности обработки.

3.Влияние величины зазора (натяга) на тепловыделение в опорах шпинделя не может быть охарактеризовано однозначно.

Для роликоподшипников уменьшение зазора и увеличение пред­ варительного натяга всегда влекут за собой возрастание момен­ та трения и соответственно тепловыделения в опорах; у радиаль­ но-упорных и в особенности упорных подшипников характер за­ висимости более сложный. До определенного значения (в зави­ симости от размеров подшипника, величины и направления на­ грузки) предварительный натяг способствует уменьшению потерь на трение (устранением трения верчения и «гашения» смеще­ ния тел качения под действием центробежных сил); дальнейшее его увеличение приводит к их росту и увеличению нагрева опор.

4. Зависимость между величиной зазора-натяга и долговеч­ ностью подшипников не может быть оценена без учета воздей­

25

ствия внешней нагрузки: чем больше величина нагрузки, тем

щепия: (—) —натяг; (+) — зазор.

26

монтажного предварительного натяга может устанавливаться согласно данным табл. 10.

Рекомендуемые значения предварительного натяга радиаль­ но-упорных шарикоподшипников на основе обобщения опыта указаны на графике рис. 11.

Смазка

Смазка, применяемая в шпиндельных узлах станков, должна соответствовать частоте вращения шпинделя, нагрузке и допу­ стимой рабочей температуре. В определенных условиях решаю­ щее значение приобретает способность смазки защищать под­ шипник от внешнего загрязнения (вместе с уплотнением)-

В большинстве случаев подшипники качения шпиндельных уз­ лов станков смазывают жидким индустриальным маслом. Пре­ цизионные подшипники шпинделей высокоточных станков смазы­ вают от отдельной системы смазки с тем, чтобы исключить попа­ дание в подшипники продуктов износа других механизмов стан­ ка. Для смазки шпиндельных узлов также широко применяют пластичную (консистентную) смазку, так как нагрев опор при рациональном применении такой смазки ниже, чем при смазке жидким маслом. Особенно эффективно применение пластичных смазок в вертикальных шпиндельных узлах, где их применение облегчает создание надежных уплотнений.

Влияние вязкости и расхода масла на нагрев шпиндельных опор. При очень высокой частоте вращения применяют маловяз­ кие масла, при низкой частоте вращения и высоких нагрузках — масла большой вязкости.

В табл. 11 приведены рекомендуемые значения вязкости мас­

ла.

11. Рекомендуемые значения вязкости масла

* При смазке шпиндельных узлов тяжелых станков вязкость масла больше, чем указано

целом влияние вязкости на нагрев выражено не сильно, следует считаться с возможностью повышения температуры опор, в особенности при применении масел со свинцовистыми антизадирными присадками.

** При смазке масляным туманом рекомендуется несколько более вязкое масло вязкостью

.12-23 сСт при 50° С.

27

Пластичные смазки применяют, когда требования к быстро­ ходности опор не очень велики и не требуется искусственное ох­ лаждение опор. Предельная быстроходность при применении пла­ стичных смазок достигает значений, приведенных ниже.

Как показали проведенные испытания [12], высокоскоростные1 радиально-упорные шарикоподшипники шлифовальных шпин­ делей наиболее эффективно работают на указанных режимах.

28

при применении пластичной смазки ВНИИ НП-228 (ГОСТ 12330—66). Применяя эту смазку, следует соблюдать инструкцию по технике безопасности завода-изготовителя смазки.

При закладке пластичной смазки в высокоскоростные под­ шипники количество смазки должно быть ограничено требуе­ мым минимумом, так как избыток пластичной смазки в под­ шипнике приводит к чрезмерному нагреву опор. Требуемое ко­ личество смазки может быть определено по формуле

d,-v — средний диаметр подшипника в мм; В — ширина подшипника в мм.

Для упорных и упорно-радиальных шарикоподшипников.' вместо В подставляется высота Н подшипника.

В тех случаях, когда на пластичную смазку возлагаются за­ щитные функции, то рекомендуют заполнение полости подшипни­ ка 2/3 свободного объема, но при этом допустимая частота вра­ щения снижается в 2 — 4 раза.

Уплотнения

Эффективные уплотнения необходимы для надежной и долго­ вечной работы шпиндельных опор. Специфической особенностью шпиндельных опор является ограниченное пространство для раз­ мещения уплотнений. Поэтому наряду с уплотнениями, располо­ женными непосредственно у опор шпинделя, рекомендуют уста­ навливать дополнительные уплотнения во фланце шпинделя или в устройстве для крепления шлифовального круга.

Как правило, в шпиндельных узлах со средней и высокой ча­ стотами вращения шпинделя применяют только бесконтактные уплотнения, так как установка контактных уплотнений приводит к значительному тепловыделению. В шпиндельных узлах станков

применяют в большинстве случаев щелевые и лабиринтные уп­ лотнения.

При установке уплотнений в высокоскоростных шпиндельных узлах необходимо учитывать «насосный эффект». Если конструк­ ция уплотнений не обеспечивает равновесия воздушного давле­ ния по обе стороны корпуса, то возникает непрерывный поток воздуха, или вносящий в корпус загрязнения, или выносящий из корпуса смазку. При смазке подшипников масляным туманом несимметричность уплотнений ведет к неравномерной подаче смазки в подшипники. Насосный эффект уплотнений высокоско­

29

ростных шпинделей может приводить к образованию области пониженного давления в корпусе; после остановки шпинделя по­ ток воздуха может внести в опоры загрязнения. При смазке мас­ ляным туманом это явление устраняется тем, что поступление смазки прекращается после прекращения вращения шпинделя; при этом понижения давления в корпусе не наступает.

Эффективность лабиринтных уплотнений тем выше, чем мень­ ше зазор в уплотнениях. Рекомендуется, чтобы величина зазора не превышала 0,2—0,3 мм. Лабиринтные кольца должны тща­ тельно центрироваться относительно шпинделя. Если уплотнение омывается охлаждающей жидкостью или маслом, лабиринтные уплотнения следует дополнить контактными уплотнениями (ког­ да это возможно по условиям тепловыделения).

В некоторых случаях эффективность лабиринтных уплотнений повышают, заполняя их пластичной смазкой или подводя к ним сжатый воздух. В лабиринтных уплотнениях должно быть пре­ дусмотрено устройство каналов для сбора утечек масла.

Лабиринтное уплотнение в узлах с пластичной смазкой или смазкой масляным туманом (рис. 12, а) должно быть тщательно центрировано относительно вала и отбалансировано.

На рис. 12, б показано уплотнение с каналом для стока смаз­ ки, предназначенное для опор, смазываемых жидким маслом, подаваемым в небольшом количестве. Уплотнение пригодно для работы как с высокими, так и низкими частотами вращения шпинделяЕсли на шпиндель попадает много стружки или обиль­ но поступает охлаждающая жидкость, целесообразно установить дополнительное защитное кольцо.

На рис. 12, в показано щелевое уплотнение для шпиндельных узлов, смазываемых пластичной смазкой или масляным туманом; это уплотнение пригодно лишь для работы в благоприятных условиях (отсутствие активного внешнего загрязнения струж­ кой, смазочно-охлаждающей жидкостью). Защитный эффект рас­ сматриваемого уплотнения повышается внешним кольцом, закре­ пленным на шпинделе.

При обильной циркуляционной смазке и работе с высокими ча­

из опоры. Это достигается установкой на шпинделе отражательно­ го кольца и устройством каналов для сбора утечки. Для защиты от внешних загрязнений устраивается дополнительный защит­ ный контур с отводом через вертикальный канал.

В тех случаях, когда на шпиндель поступают в большом ко­ личестве смазочно-охлаждающие жидкости, например, в токар­ ных автоматах, применяют контактные уплотнения (рис. 12, д), пригодные для работы в узлах, смазываемых как жидким мас­ лом, так и пластичными смазками. От повреждения стружкой уп­ лотняющее кольцо защищают крышкой. Частота вращения шпин­ делей с уплотнением, приведенным на рис. 12, д, ограничена.

30

На рис. 12, е показано лабиринтное уплотнение вертикально­ го шпиндельного узла, смазываемого пластичной смазкой. Такую конструкцию применяют в тех случаях, когда необходима надеж­ ная защита от внешнего загрязнения, например в шпиндельных узлах плоскошлифовальных станков. Внутренняя часть уплотне­

ния предназначена для удержания пластичной смазки в уплот­ нении. Внешняя часть уплотнения частично образована диском для крепления шлифовального круга. Это делает узел более ком­ пактным.

При смазке жидким маслом устраивают лабиринтное уп­ лотнение по типу, показанному на рис. 12, ж. Центробежное

31