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

кольцо отбрасывает стекающую смазку к маслоотводящему ка­ налу, через который она поступает в бак для смазки.

На рис. 12, а показано щелевое уплотнение шпинделей свер­ лильных станков, смазываемых консистентными смазками.

Причины повреждений подшипников и меры повышения долговечности

Эксплуатационные наблюдения за шпиндельными опорами станков показали [9]: наиболее часто встречающимися признака­ ми выхода подшипников качения из строя в шпиндельных узлах станков являются: снижение точности вращения шпинделя и ста­ тической и динамической жесткости шпиндельных опор; повыше­ ние сопротивления вращения (до заклинивания), температуры опор и шумности; разрушение подшипника.

При ремонте шпиндельных узлов токарных станков наблю­ дались следующие повреждения подшипников.

12. Причины выхода подшипников из строя

Помимо повреждений, указанных в табл. 12, наблюдались та­ кие, как коррозия рабочих поверхностей, поломки сепаратора и шариков, вмятины на дорожках качения.

Износ дорожек качения роликоподшипников передней опоры составлял в среднем 2,5 мкм в год. Как правило, и износ и усталостные повреждения распределены неравномерно (сосредо­ точены у краев дорожек качения). Для радиально-упорных ша­ рикоподшипников высокоскоростных шпинделей типичными пов­ реждениями являются разрушение сепараторов и температурное заклинивание шариков с характерными следами чрезмерного на­ грева (цвета побежалости). Причинами износа и повреждений подшипников были загрязнение смазки, перекосы колец подшип­ ников (из-за погрешностей сопряженных деталей и неправильного монтажа), неправильный выбор или осуществление посадок колец подшипников (следствием чего явились контактная коррозия и

.32

проворачивание колец); повреждение колец подшипников при сборке; чрезмерный предварительный натяг. У ременных шлифо­ вальных шпинделей, кроме того, наблюдались вымывание и за­ грязнение пластичной смазки вследствие ненадежности уплот­ нений.

Основные пути повышения долговечности шпиндельных узлов: применение высокоточных подшипников и выполнение требова­ ний к точности изготовления деталей шпиндельных узлов и поса­ док. Большое значение имеет также правильный выбор уплотне­ ний системы и сорта смазки. Рекомендации по всем перечислен­ ным вопросам приведены выше.

Ремонт и монтаж прецизионных подшипниковых опор

В предыдущих разделах были указаны основные факторы, влияющие на работоспособность прецизионных подшипниковых опор качения, а также причины, вызывающие преждевременный выход подшипников из строя.

Необходимой предпосылкой обеспечения высокой работоспо­ собности шпиндельных опор является тщательно выполненный монтаж подшипников (а при ремонтах — демонтаж и монтаж).

Демонтаж

При разборке подшипниковых узлов все технологические опе­

в десятки раз. Устройство пидрозажима работает следующим об­ разом: насос (рис. 14, б) заполняется жидким маслом; через канал в шпинделе масло подается в кольцевую канавку под ко-

33

нической поверхностью подшипника и разжимает внутреннее кольцо подшипника, облегчая его монтаж и демонтаж. Гидро­ разжим целесообразно применять у шпинделей диаметром от 50 мм и более. Кольцевая канавка должна располагаться на расстоянии примерно 7з ширины внутреннего кольца от мень­ шего диаметра подшипника.

Вис. 14. Система гидроразжима внутренних колец подшипников:

а — шпиндель с приспособлением для гидрозажима; б — плун­ жерный ручной насос

Нельзя применять гидроразжим до тех пор, пока шпинделыте удален из шпиндельной бабки. Применение гидроразжима в то время, когда подшипник собран, может вызвать повреждение дорожки качения. При применении гидроразжима при сборке после окончания напрессовки надо выждать 20—30 мин, пока полностью будет выдавлен избыток масла из-под внутреннего кольца подшипника, и только после этого приступать к сборке.

Подготовка деталей к сборке

Все детали, сопряженные с подшипниками, должны быть аттестованы, причем погрешности формы деталей не должны превышать значений, указанных в табл. 4 и 5.

Подшипники должны быть подобраны таким образом, чтобы посадки колец соответствовали требованиям, указанным в табл. 6, а при ремонтах были восстановлены посадки, установленные заводом—изготовителем станка. Для этого должны быть опреде­

3 4

лены фактические диаметры посадочных поверхностей (для вы­ сокоскоростных шлифовальных шпинделей и особо прецизион­ ных опор с точностью до 1 мкм). При ремонтах вместо измере­ ния внутренних диаметров корпусных деталей (что связано с су­ щественными трудностями) можно измерить с требуемой точ­ ностью наружный диаметр демонтируемых подшипников (если, конечно, на этих поверхностях нет следов износа из-за провора­ чивания колец). В этом случае для замены подбирают подшип­ ник с точно совпадающим наружным диаметром.

При ремонте посадки колец подшипников высокоскоростных шпинделей и подшипников прецизионных шпинделей должны быть восстановлены с точностью 1—5 мкм (в зависимости от раз­ меров и быстроходности подшипников). Несоблюдение этого ус­ ловия часто является основной причиной малого срока службы шпиндельных опор (в особенности внутришлифовальных шпин­ делей) после ремонтов.

Практически выполнение этих требований связано с сущест­ венными трудностями, так как в распоряжении механика не всегда имеется достаточный набор подшипников с разными по­ садочными размерами колец, для того чтобы восстановить требуе­ мый первоначальный зазор-натяг посадки. В этой связи необхо­ димо обратить внимание на то, что многие зарубежные фирмы принимают заказы на подшипники с размерами, лежащими в определенной полосе общего допуска. Так, фирмы Barden, Tim­ ken (США), SNFA (Франция) и др. разбивают общее поле до­ пуска на несколько групп с шагом 1—2,5 мкм; имеется опреде­ ленное кодовое обозначение для каждой группы и можно заказать подшипник, посадочные размеры которого находятся в нужной для ремонта полосе общего поля допуска. Это обстоятельство на­ до иметь в виду при заказе подшипников, используемых при ремонте импортных станков.

Целесообразно также создавать специализированные межза­ водские участки по ремонту внутришлифовальных шпинделей, где концентрация большого числа используемых для ремонта подшипников позволяет восстанавливать требуемые посадки методами селекции.

Важным условием обеспечения высокой быстроходности и точности вращения шпинделей являются тщательная расконсер­ вация и промывка их подшипников. При этом необходимо ру­ ководствоваться специальными инструкциями ВНИПП (Все­ союзный научно-исследовательский институт подшипниковой про­ мышленности). Расконсервацию и промывку подшипников сле­ дует выполнять непосредственно перед монтажом. Качество промывки подшипников можно проверить при контроле точности подшипников способом, описанным в разделе входного контроля точности подшипников качения. При недостаточно тщательной промывке в записи вращения подшипника появляются характер­ ные выбросы и высокочастотные составляющие.

35

Сборка подшипниковых узлов и регулировка зазора-натяга подшипников

Процессы сборки подшипниковых узлов достаточно разработа­ ны и известны [1,3,8]. Следует указать, что при сборке прецизион­ ных подшипниковых узлов ни одна операция монтажа не должна выполняться с ударами. Допустима только запрессовка с помо­ щью приспособленийПри применении нагрева или охлаждения деталей при сборке последующие монтажные операции следует выполнять лишь после того, как температура всех сопрягаемых деталей станет равной температуре помещения.

Наибольшие трудности возникают при регулировке внутрен­ него зазора-натяга подшипников.

I. Регулировка зазора радиальных двухрядных роликопод­ шипников типа 3182100.

1. В корпус устанавливают наружное кольцо подшипника. Корпус шпиндельной бабки нагревают до тех пор, пока разность температур между ним и наружным кольцом подшипника дости­ гает 40—50°С (нагревание можно осуществить с помощью мощ­ ной электрической лампы, установленной в отверстии в шпинде­ ле). После этого наружное кольцо подшипника легко устанавли­ вается вручную. Если монтаж осуществляется без нагрева, то существенное уменьшение усилия запрессовки может быть до­ стигнуто нанесением на наружную поверхность кольца пасты ди­ сульфида молибдена.

2.На коническую шейку шпинделя устанавливают внутрен­ нее кольцо подшипника с небольшим натягом.

3.Установив шпиндель с внутренним кольцом подшипника в корпус, определяют начальную величину зазора так называемым методом отжима. На рис. 15, а схематически изображено при­ способление (вместо сменных гирь может быть применен камер­

тонный динамометр), а на рис. 15, б — график, с помощью ко­ торого определяют начальную величину зазора в подшипника. На рисунке Р — прикладываемая нагрузка в кгс/см2; у — сме­ щение шпинделя в плоскости измерений в мкм.

Зная начальную величину зазора и численное его изменение (уменьшение) Д= ДН—Д-г мкм [Ди — начальный зазор, опреде­ ленный по графику рис. 15, б; Дт — требуемый (зазор ( + ) —на­ тяг (~) по табл. 7)], можно определить требуемое осевое сме­ щение внутреннего кольца Ва по формуле

где f выбирается в зависимости от отношения диаметра отвер­ стия в шпинделе dm к диаметру отверстия в подшипнике d:

аш= 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

f = 12,5 14,5 15,0 16,0 17,0 18,0

36

После этого окончательно определяется размер дистанцион­ ного кольца между торцом шпинделя и передним торцом кольцаподшипника.

Рис. 15. Регулировка зазора радиальных роликоподшипни­ ков типа 3182100 методом по­ строения кривых отжима:

ление зазора)

Более совершенным способом установки радиального зазора в подшипниках типа 3182100 является применение специальных приспособлений типа, например, прибора GB, выпускаемого фир­ мой SKF (Швеция), для регулировки зазора.

Приспособление представляет собой измерительную пружин­ ную скобу со встроенным микрокатором (рис. 16, а).

37

колец доступно ремонтным службам машинстроительных заво­ дов.

II. Регулировка предварительного натяга радиально-упорных шарикоподшипников.

Способы регулировки предварительного натяга радиальноупорных шарикоподшипников широко известны [1, 3, 8]. Тем

Рис. 17. Приспособление для дуплексации радиально-упорных шарикоподшип­ ников:

а — элемент опоры шпинделя; б — приспособления для установки предва­ рительного натяга

не менее при сборке внутришлифовальных шпинделей и шпин­ дельных головок алмазно-расточных станков при жесткой дуплек­ сации (т. е. создании натяга посредством установки разновысо­ ких проставочных колец) возникают существенные трудности: 3 этих условиях целесообразно применение специальной оснастки. На рис. 17, а показан элемент опоры шпинделя, радиально-упор­ ные подшипники которого установлены по так называемой О-об- разной схеме, а натяг создается применением проставочных ко­ лец 1 и 2, высота которых не одинакова.

Величина предварительного натяга подшипников устанавли­ вается соответственно значениям, указанным на рис. 11, с по­ мощью приспособления, показанного на рис. 17, б. В приспособ­ лении наружные кольца подшипников ставят на проставку, ши­ рина которой равна ширине дистанционного кольца 2 (рис. 17, а).

ла бы равна заданной. После этого мерительными плитками из­ меряют расстояние между торцами внутренних колец, по разме­ ру которого шлифуют дистанционную втулку (рис. 17, а).

39

При контрольной сборке кольцо 1 (на рис. 17, б показано штриховой линией) должно с небольшим усилием от руки пере­ мещаться между торцами внутренних колец (внешнее дистан­ ционное кольцо приспособления имеет прорезь).

В тех случаях, когда при ремонте импортного оборудования используют подшипники зарубежных фирм, поставляемых с за­ данным предварительным натягом: легким, средним или тяже­ лым, дуплексацию подшипников производить не следует, а втул­ ки 1 и 2 (рис. 17, а) должны иметь равную (с точностью до

1 мкм) высоту [7].

При регулировке зазора-натяга следует контролировать тем­ пературу шпиндельных опор. Как правило, при правильном изго­ товлении, сборке и регулировке подшипников, класс точности и качество которых соответствуют классу точности станка, и при надлежащей смазке температура (в °С) шпиндельных опор (из­ быточная, т. е. превышающая температуру помещения) не долж­ на быть выше для станков:

узлов. Помещение для сборки и ремонта прецизионных подшип­ никовых узлов должно отвечать целому ряду строгих требований в отношении чистоты, постоянства температуры, уровня вибра­ ций пола и т. п., которые резко отличаются от среднего уровня требований, предъявляемых к механическим и ремонтным цехам машиностроительных заводов.

Мастерская по сборке (ремонту) шпинделей должна быть изолирована и, если позволяют условия завода, располагаться в термоконстантном цехе. Если такой возможности нет, то распо­ ложение мастерской и связь ее со смежными помещениями дол­ жна быть такой, чтобы исключить возникновение сквозняков и резких колебаний температуры помещения. Помещение, где про­ изводится подготовка деталей к сборке (расконсервация, промыв­ ка), должно быть изолировано от сборочного участка и снабже­ но вытяжной вентиляцией.

Помещение мастерской должно быть светлым (покрашено или облицовано светлыми плитками); пол и стены не должны выделять пыли (не допускается штукатурка стен с побелкой, це­ ментное покрытие пола, текстильные дорожки и т. и.). Освещать помещение желательно рассеянным светом; на места сборки и измерений не должны попадать прямые солнечные лучи.

Для ремонта и сборки шпиндельных узлов должна быть вы­ делена группа слесарей, прошедших специальную подготовку. На участке сборки и измерений работать желательно в белых хала­

40

тах. В рабочем помещении должен соблюдаться строгий порядок, исключающий вход в рабочее помещение лиц, не участвующих в операциях по ремонту.

Вредные загрязнения в рабочее помещение могут быть внесе­ ны с рабочей документацией (пыльные чертежи, технологические карты и т. п.). Поэтому все необходимые для работы чертежи, таблицы, инструкции должны быть развешены на стенах или на специальных стойках под стеклом или специальным пластмас­ совым прозрачным покрытием.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.В чем причина погрешности вращения шпинделей станков?

2.Подшипники какого класса точности целесообразно устанавливать в станках высокой точности (класс В)?

3.В чем преимущества упорно-радиальных подшипников? Чем отлича­

ются специальные особо быстроходные подшипники от обычных радиально­ упорных шарикоподшипников?

4.Установите допуск на погрешность формы отверстия и вала при уста­ новке подшипника 3182115.

5.Определите зазор-натяг посадки в корпус подшипника 3182115 при

частоте вращения п = 2500 об/мин.

6. Определите величину предварительного зазора-натяга подшипника 3182120 при частоте вращения п= 1600 об/мин.

7.Какие системы смазки применяют в шпиндельных узлах? Их достоин­ ства и недостатки?

8.Виды уплотнений в прецизионных подшипниковых узлах. Области при­ менения.

9.Причины повреждений подшипников в эксплуатации.

10.Как устроен и для чего предназначен гидроразжим подшипника?

11.Как отрегулировать зазор-натяг подшипников методом отжима?

12.Как отрегулировать зазор-натяг подшипников с помощью измеритель­ ной скобы?

13.Почему нельзя приступить сразу к сборке узла, если посадка осуще­ ствлялась с нагревом корпуса или вала?

14.Как дуплексируют радиально-упорные шарикоподшипники?

15.Какие требования предъявляют к мастерской для ремонта шпиндель­ ных узлов?

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ И ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

МАТЕРИАЛА ЛЕКЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

1.Измените в заявочных спецификациях обозначения точности подшип­ ников качения в соответствии с ГОСТ 520—71.

2.Проверьте, соответствует ли точность подшипников, устанавливаемых

при ремонтах в шпиндельные узлы, требованиям к точности шпиндельных узлов станков.

3. Изготовьте приспособление для входного контроля точности вращения подшипников (для предприятий, где в измерительной лаборатории имеются кругломеры).

4. Установите нормы на допустимую погрешность формы деталей, сопря­ женных с подшипниками (запасных частей), в соответствии с рекомендациями ЭНИМСа.

41