§ 3. СХЕМЫ УСТАНОВКИ подшипников
§ 3. СХЕМЫ УСТАНОВКИ подшипников
В большинстве случаев валы должны быть зафиксированы от осевых смещений. По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на фиксирующие и плавающие. В фиксирующих опорах ограничивается осевое перемещение вала в одном или обоих направлениях. В плавающих опорах осевое перемещение вала в любом направлении не ограничивается. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и осевую нагрузки, а плавающая опора — только радиальную.
В некоторых конструкциях применяют так называемые «плавающие» валы. Эти валы имеют возможность осевого смещения в обоих направлениях и устанавливаются на плавающих опорах.
На рис. 3.6, α — г показаны основные способы осевого фиксирования валов. В схемах а ив осевое фиксирование вала осуществляется в одной опоре: в схеме а — одним радиальным подшипником, в схеме в — двумя одинарными радиальными или радиально-упорными (например, по рис. 3.5,в, г) подшипниками. В плавающей опоре применяют радиальные подшипники по рис. 3.5, а, б. Схемы 3.6, а, в применяют при любом расстоянии между опорами вала. При этом схема в характеризуется большей жесткостью фиксирующей опоры.
Осевую фиксацию по схеме а широко применяют в коробках передач, редукторах и в других узлах для валов цилиндрических зубчатых передач, а также для приводных валов ленточных транспортеров, цепных конвейеров.
Подшипники обеих опор должны быть нагружены по возможности равномерно. Поэтому если опоры нагружены кроме радиальной еще и осевой силой, то для более равномерного нагружения подшипников в качестве плавающей выбирают опору, нагруженную большей радиальной нагрузкой.
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 нагрузок в качестве плавающей выбирают менее нагруженную опору.
Осевую фиксацию валов по схеме в применяют в цилиндрических, конических зубчатых и червячных передачах.
Выбор фиксирующей и плавающей опор производят по тем же соображениям, что и в схеме а.
Схемы установки подшипников
Валы должны занимать вполне определенное положение в опорах, которые могут быть фиксирующие и плавающие.
В фиксирующих опорах ограничивается осевое перемещение вала в обоих направлениях, а в плавающих осевое перемещение вала в обоих направлениях не ограничивается.
Фиксирующая опора воспринимает радиальную и в любом направлении осевую нагрузку.
Плавающая опора воспринимает только радиальную нагрузку. В схемах на рис. 23.1 и 29.2 вал фиксируется в одной левой опоре одним или двумя радиальными или радиально-упорными подшипниками.
Рис. 23.1. Установка вала в фиксирующей и плавающей опорах
Схемы рис. 23.1 и 23.2 применяют при любом расстоянии между опорами, причем схема (рис. 23.2) характеризуется большей жесткостью фиксирующей опоры.
Осевая фиксация (рис. 23.1) широко применяется в коробках передач, редукторах и т.д. для валов цилиндрических зубчатых передач и приводов валов ленточных и цепных транспортеров.
Осевую фиксацию по схеме (рис. 23.2) применяют в цилиндрических, конических и червячных передачах.
Рис. 23.2. Установка вала
в технологичной фиксирующей опоре
При назначении фиксирующей и плавающей опор учитывают следующие рекомендации:
– подшипники обеих опор должны быть нагружены по возможности равномерно. Поэтому, если опоры нагружены кроме радиальной еще и осевой нагрузкой, то в качестве плавающей выбирают опору, нагруженную большей радиальной силой;
– при температурных колебаниях плавающий подшипник (вместе с валом) перемещается в осевом направлении, что под нагрузкой, изнашивает посадочную поверхность в корпусе. Поэтому, если на опоры действуют только радиальные нагрузки, то в качестве плавающей выбирают менее нагруженную опору;
– если выходной конец вала соединяется с другим валом муфтой, в качестве фиксирующей принимают опору в близи этого конца вала.
Применяют также схемы, в которых осевое фиксирование вала происходит в двух опорах, причем в каждой из них осевое перемещение вала ограничивается только в одном направлении.
Обе схемы (рис. 23.3, 24.4) применяют с определенными ограничениями и связано это с изменением зазоров в подшипниках вследствие нагрева при работе.
Из-за увеличения длины вала осевые зазоры в подшипниках (схема «враспор») еще больше уменьшаются.
Рис. 23.3. Установка вала «враспор»
Для исключения защемления вала в опорах предусматривают осевой зазор «а», величина которого должна быть несколько больше ожидаемой тепловой деформации подшипников и вала. Из опыта эксплуатации этот зазор устанавливают в пределах 0,2…0,5 мм. Конструктивно эта схема (рис. 23.3) наиболее проста и ее широко применяют при относительно коротких валах.
Рис. 23.4. Установка вала «врастяжку»
Поскольку радиально-упорные чувствительны к изменению осевых зазоров, то соотношение l/d можно брать более 10.
При установке вала «врастяжку» (рис. 23.4) осевой зазор в подшипниках при увеличении температуры вала увеличивается (вероятность защемления подшипников уменьшается). Поэтому расстояние между подшипниками можно брать несколько больше, а именно l/d = 8…10.
Более длинные валы по схеме «врастяжку» устанавливать не рекомендуется из-за возможности появления недопустимых для радиально-упорных подшипников осевых зазоров.
Плавающий подшипник
Плавающий подшипник – особенности и применение.
Обычно установка вала выполняется в двух подшипниковых опорах. При этом реализуется одна из трех главных схем монтажа подшипников:
Плавающий подшипник допускает линейное перемещение вала, компенсирует только радиальное усилие. Он обеспечивает следующие ключевые преимущества:
Реализация плавающей схемы производится тремя основными способами:
Плавающий подшипник используют в следующих основных случаях:
Внимание! Плавающей обязательно делают менее нагруженную радиальным усилием опору. Так обеспечиваются лучшие условия для осевого смещения вала.
Реализация схемы с перемещающимся подшипником.
Классический и наиболее распространенный вариант предусматривает:
В этом варианте вал может перемещаться вместе со свободным подшипником. При большой длине вала и сложности гарантировать соосность для обеих опор используют сферические самоустанавливающиеся шарикоподшипники, а при повышенных нагрузках сферические роликоподшипники. Используются два одинаковых ролико либо шарикоподшипника, компенсирующих угловой перекос вала до нескольких градусов и несущих как радиальные, так и осевые нагрузки.
Боковой зазор свободного подшипника должен гарантированно превышать величину линейного температурного расширения вала и возможные размерные неточности (набегание допусков линейных размеров). Это широко распространенный в промышленности вариант, используемый, например, в редукторах, перемешивающих устройствах, колесах кранов подъемных.
При возможности обеспечить строгую соосность аналогично устанавливаются более дешевые шарикоподшипники радиальные однорядные. Такая схема используется, например, в центробежных двойных насосах, трансмиссиях автомобильных.
Для компенсации, возникающих при работе механизма больших осевых сил для фиксирующей опоры рационально использовать два шарикоподшипника радиально-упорных либо упорно-радиальный спаренный шарикоподшипник. Для свободной опоры в этой схеме используется радиальный шарикоподшипник. Так фиксируются в редукторах червячные валы.
Важным моментом является выбор посадки свободного шарико либо роликоподшипника, допускающей его осевое смещение.
При выборе допуска отверстия корпуса под плавающий подшипник можно ориентироваться на следующие рекомендации:
Расточки чугунных либо стальных корпусов обеспечивают наилучшие условия для линейного смещения подшипника. В корпусах из алюминиевых сплавов желательно устанавливать закаленную втулку из стали. Недостатками схемы со свободным перемещением плавающего подшипника становятся повышенный износ посадочной поверхности и возникновение дополнительной осевой нагрузки.
Специалисты японской компании NSK рекомендуют для фиксированной установки:
Каталог FAG-INA предлагает использовать зеркально спаренные конические роликоподшипники либо шарикоподшипники радиально-упорные при необходимости высокоточного осевого ведения вала в фиксированной опоре. Для этой цели также эффективен радиально-упорный двухрядный шарикоподшипник.
Рекомендованный плавающий подшипник:
Для крепления внешних подшипниковых обойм используются:
Внутренние кольца фиксируются:
Плавающая схема со смещением колец внутри подшипника
Для высоких оборотов вала и значительных нагрузок используется плавающий подшипник с относительным перемещением внешней и внутренней обойм. Ключевые преимущества такого решения – минимальное трение при осевом смещении, отсутствие износа посадочной поверхности плавающего подшипника.
Возможность линейного смещения обойм предоставляют:
Следует учитывать, что роликоподшипники цилиндрические и игольчатые крайне чувствительны к перекосам вала.
Роликоподшипник типа NU. Роликоподшипник типа N.
Роликоподшипник торроидальный CARB.
Смещение подшипниковых колец.
При монтаже по этой схеме закрепляются наружные и внутренние обоймы фиксированного и свободного подшипников, а смещение вала приводит к относительному перемещению колец подшипника плавающей опоры. На иллюстрации фиксированная опора выполнена с шарикоподшипником радиально-упорным ZKLN, а плавающая с игольчатым роликоподшипником NKIS.
Комбинация зафиксированного шарикоподшипника радиального и плавающего подшипника роликового типа NU рекомендуется для высокооборотных механизмов, например, вентиляторов, двигателей.
Сочетание закрепленного роликоподшипника типа NUP и свободного роликоподшипника NU хорошо работает при значительных усилиях, включая ударные нагрузки. Используется в железнодорожном транспорте.
Высокую жесткость и точность обеспечивает комбинация сдвоенного роликоподшипника конического в фиксированной опоре и цилиндрического роликоподшипника плавающего. Применяется в токарных станках и роликах станов прокатных.
Для комбинации больших радиальных и умеренных осевых сил при высоких оборотах рекомендуется сочетание свободного роликоподшипника NU и группы из шарикоподшипника четырехточечного контакта с роликоподшипником NU. Такое решение используется в редукторах дизельных локомотивов.
Для очень больших значений радиальных нагрузок SKF предлагает вариант со сферическим роликоподшипником двухрядным и роликоподшипником торроидальным CARB в плавающей опоре. Примером их использования могут служить цилиндры сушки машин для производства бумаги.
Особенности реализации плавающей схемы для покупных подшипниковых узлов.
Максимальное использование покупных узлов и элементов, выпускаемых массовыми сериями, позволяет удешевить продукцию, ускорить производство, повысить качество изделий. При проектировании все шире применяются серийные подшипниковые узлы, поставляемые большинством ведущих производителей подшипников. Такой узел представляет собой корпус с креплением на лапах либо фланцевым, установленный в корпусе шарикоподшипник, уплотнения, винт стопорный для фиксации вала во внутренней обойме, масленку для подачи смазки.
Обычно в таких узлах используется корпусной шарикоподшипник со сферической внешней и удлиненной внутренней обоймами. Он позволяет компенсировать перекосы валов.
При использовании покупных узлов подшипников возникает проблема реализации плавающей схемы. Обычно подшипниковые узлы размещаются по краям вала и крепятся к раме или корпусу машины. После установки вал фиксируется винтами стопорными. При таком способе монтажа компенсируются размерные погрешности. Но тепловое расширение требует организации плавающей опоры. Особенно такая схема актуальна при повышении температуры свыше ста градусов.
В этом случае затягивается стопорный винт только фиксированной опоры. Плавающая опора (с меньшей радиальной нагрузкой) выполняется следующим образом:
При работе вращение вала передается шарикоподшипнику через цилиндрическую часть резьбового пальца, установленного на внутренней обойме. При тепловом расширении вала он смещается линейно внутри обоймы шарикоподшипника, а цилиндрическая часть пальца остается внутри паза вала.
Такие решения используются, например, в механизме опрокидывания варочного котла.
Плавающий подшипник позволяет ускорить и облегчить сборку, обеспечивает успешную работу при перепадах температур, компенсирует размерные неточности. Схема со свободным подшипником благодаря своим преимуществам остается одной из основных в машиностроении.
Что значит фиксирующая и плавающая опоры какова конструкция плавающей опоры
Выбор подшипников качения 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 переколи 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.
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.
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 и 2б 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. 1,0мм.
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.
При установке вала по схеме 2б вероятность защемления подшипников вследствие температурных деформаций вала меньше, так как при увеличении длины вала осевой зазор в подшипниках увеличивается, стояние между подшипниками может 6ыть 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 схеме 2б не рекомендуют, так как вследствие температурных деформаций вала могут появиться большие осевые зазоры, недопустимые для радиально-упорных подшипников.
Основной критерий работоспособности и порядок подбора подшипников зависит от значения частоты вращения кольца. Подшипники выбирают по статической грузоподъемности, если они воспринимают внешнюю нагрузку в неподвижном состоянии или при медленном вращении (n≤10об/мин). Подшипники, работающие при n>10об/мин, выбирают по динамической грузоподъемности, рассчитывая их ресурс при требуемой надежности. Подшипники, работающие при частоте вращения n>10об/мин и резко переменной нагрузке, также следует проверять на статическую грузоподъемность.
Предварительно назначают тип и схему Установки подшипников (см. выше). Подбор подшипников выполняют для обеих опор вала. В некоторых изделиях, например в редукторах, для обеих опор применяют подшипники одного типа и одного размера. Тогда подбор выполняют по наиболее нагруженной опоре. Иногда из соотношения радиальных и осевых сил нельзя заранее с уверенностью сказать, какая опора более нагружена. Тогда расчет ведут параллельно для обеих опор до получения значений эквивалентных нагрузок, по которым и определяют более нагруженную опору.
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Детали машин
Конструирование подшипниковых узлов
Работоспособность подшипников качения зависит не только от правильного их подбора, но и от рациональности конструкции подшипникового узла и его элементов – сопряжение поверхностей подшипника с валом и корпусом, смазка, уплотнительные устройства и др.
Выбор типа подшипника
Выбор типа подшипника зависит от направления и величины действующих на него сил, частоты вращения, режима работы, необходимого ресурса, допустимых размеров, стоимости и особенностей монтажа. При выборе типа подшипника вначале рассматривают возможность применения наиболее дешевых и простых в эксплуатации подшипников – шариковых радиальных однорядных. Выбор других типов подшипников должен быть обоснован (самоустанавливаемость, условия монтажа, требование жесткости и т. п.).
Если нет особых требований к частоте и точности вращения, принимают подшипники класса точности 0.
Шариковые подшипники обеспечивают бόльшую точность вращения, менее требовательны к смазыванию, но имеют меньшую грузоподъемность и жесткость, чем роликовые.
Для малых нагрузок и больших частот вращения принимают шариковые радиальные однорядные подшипники легких размерных серий. Подшипники более тяжелых серий обладают большей грузоподъемностью, но допускаемая частота вращения у них меньше.
При одновременном действии значительных радиальных и осевых сил выясняют, достаточно ли одного подшипника в опоре, или необходимо, чтобы каждая из нагрузок воспринималась отдельным подшипником (рис. 1).
В опорах вала, расположенных в разных корпусах, применяют сферические подшипники, допускающие значительные перекосы колец и компенсации погрешностей монтажа.
При ударных или переменных нагрузках с большой кратковременной пиковой нагрузкой предпочтительны двухрядные роликовые подшипники.
Подшипники устанавливают в жестких корпусах, стремясь избежать перекосов колец, которые могут возникнуть вследствие неправильной обработки посадочных мест или при монтаже.
При конструировании подшипниковых узлов стремятся к тому, чтобы вал с опорами представлял собой статически определимую систему. В статически неопределимых системах возможно нагружение опор силами, во много раз превышающими внешние расчетные нагрузки. Поэтому в большинстве случаев валы устанавливают на двух опорах.
По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на плавающие и фиксирующие.
Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала в любом направлении для компенсации его удлинения (укорочения) при температурных деформациях. Они воспринимают только радиальную силу. В качестве плавающих опор применяют шариковые и роликовые радиальные подшипники.
Фиксирующие опоры ограничивают осевое перемещение вала в одном направлении или в обоих направлениях. Они воспринимают радиальную и осевую силы. В качестве фиксирующих опор применяют шариковые и роликовые подшипники. На рисунке 3 показаны основные схемы осевого фиксирования валов.
На схемах 1 и 2 одна опора фиксирующая, вторая плавающая. Фиксирующая опора ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях. В опоре может быть установлен один (схема 1) или два (схема 2) подшипника, которые закрепляют в осевом направлении с двух сторон как на валу, так и в корпусе.
В плавающей опоре внутреннее кольцо подшипника закреплено с двух сторон на валу, а наружное – свободно перемещается в корпусе вдоль оси.
В таком виде вал с опорами представляет собой статически определимую систему и может быть представлен в виде балки с одной шарнирно-неподвижной, а другой – шарнирно-подвижной опорами.
Схемы 1 и 2 применяют при любом возможном расстоянии между опорами вала.
На схеме 1 вал фиксируется одним радиальным подшипником. Осевую фиксацию по этой схеме применяют, например, для приводных валов ленточных и цепных транспортеров, для валов цилиндрических зубчатых передач и т. п.
Пример конструкции опор вала, установленных по схеме 1, приведен на рис. 3.
На схеме 2 (рис. 3 ) вал фиксируется двумя подшипниками – радиальными или радиально-упорными. Эта схем характеризуется большей жесткостью фиксирующей опоры; ее применяют для установки валов, червяков, конических шестерен.
При выборе плавающей и фиксирующей опор по схемам 1 и 2 учитывают рекомендации:
1. Подшипники обеих опор должны быть нагружены по возможности равномерно, поэтому если вал действует осевая сила, то плавающей выбирают опору, нагруженную большей радиальной силой. При этом всю осевую силу воспринимает подшипник, нагруженный меньшей радиальной силой.
3. Если входной (выходной) конец вала соединяют с другим валом муфтой, то фиксирующей принимают опору вблизи этого конца вала. На схемах 3 и 4 (рис. 3 ) обе опоры фиксирующие, причем каждая опора фиксирует вал только в одном направлении. В опорах таких схем могут быть установлены шариковые и роликовые радиальные или радиально-упорные подшипники.
Схемы 3 и 4 применяют с определенными ограничениями по расстоянию l между опорами. Связано это с изменением зазоров в подшипниках при температурных деформациях валов.
На схеме 3, называемой схемой установки подшипников «враспор», в сечениях вала между опорами действует напряжение сжатия от осевых сил. Чтобы не происходило защемление тел качения вследствие нагрева при работе, предусматривают осевой зазор а (см. рис. 3). Величина зазора должна быть несколько большей ожидаемой тепловой деформации подшипника и вала.
Из опыта известно, что в узлах с радиальными шарикоподшипниками при l ≤ 300 мм а = 0,2…0,5 мм.
В некоторых конструкциях применяю так называемые плавающие валы, обе опоры которых плавающие. Осевая фиксация вала в этом случае осуществляется не опорами, а какими-либо другими элементами конструкции, например зубьями шевронных колес или торцовыми шайбами.
Для облегчения сборки и регулировки в некоторых конструкциях подшипниковых узлов применяют чугунные стаканы, с помощью которых создают самостоятельные сборочные комплекты вала с подшипниками. Так, в подшипниковом узле вала-шестерни конической передачи установка стакана является обязательной. В этой конструкции регулировку подшипников осуществляют с помощью круглой шлицевой гайки, которую стопорят многолапчатой шайбой, а регулировку конического зацепления производят с помощью тонких прокладок.
Наружное кольцо подшипника закрепляют упором в торец крышки подшипника, между торцом крышки и упорным заплечиком корпуса, или упорны плоским пружинным кольцом 1 (рис.6, б) и др. В конструкциях с разъемными корпусами применяют цельные кольца 3 большого сечения и закладные крышки 2 (рис. 6, в).
Смазывание подшипников качения
Смазочные материалы в подшипниках уменьшают трение и шум, выполняют охлаждающую функцию, отводя тепло от деталей, заполняют зазоры в уплотнениях, обеспечивая герметичность подшипникового узла, защищают детали подшипника от коррозии, а также смывают с тел качения и колец продукты различные загрязнения и продукты износа.
Для смазывания подшипников качения применяют пластичные, жидкие и твердые смазочные материалы, свойства которых описаны здесь.
Пластичные смазочные материалы применяют для подшипников качения при окружной скорости поверхности вала до 10 м/с. Корпус подшипникового узла заполняют смазочным материалом в объеме 40…70% его свободного пространства. В некоторых случаях применяются подшипники закрытого типа, в которых смазочный материал, заложенный при сборке на заводе-изготовителе, сохраняется в течение всего срока эксплуатации.
Пластичные смазочные материалы экономичны, хорошо защищают подшипник от коррозии, не требуют сложных уплотнений, длительное время сохраняют свои физические свойства и не требуют замены.
Для подшипников общего назначения применяют пластичные смазочные материалы: ЦИАТИМ-201, Литол-24, различные солидолы и др.
Жидкие смазочные материалы (нефтяные масла и др.) используют для подшипников при окружных скоростях вала свыше 10 м/с. В зависимости от условий работы применяют различные способы подачи масла в подшипники (масляная ванна, капельное смазывание, разбрызгивание и др.). При частоте вращения вала до 3000 об/мин уровень масла должен быть ниже центра нижнего тела качения подшипника во избежание значительных гидравлических потерь. В редукторах и коробках передач часто применяют подачу масла разбрызгиванием из масляной ванны одним из быстровращающихся колес или специальными разбрызгивающими крыльчатками. Для защиты подшипников от избытка масла применяют маслоотражательные кольца (рис. 2).
Нефтяные масла более стабильны, обладают значительно меньшим внутренним трением, чем пластичные смазочные материалы, могут работать при относительно низких температурах. Однако такие смазочные материалы нуждаются в уплотнении узлов, чтобы избежать утечек и потерь.
На практике стремятся смазывать подшипники качения тем же смазочным материалом, которым смазывается весь механизм (редуктор, коробка передач и т. п.). Периодичность замены смазочного материала устанавливают в зависимости от условий работы. При рабочей температуре до 50 ˚С масло следует менять один раз в год и проверять состояние тел качения и рабочих поверхностей колец подшипника.
КПД подшипников качения
В подшипниках качения имеют место потери энергии, которые обусловлены наличием трения качения между телами качения и кольцами, а также трение скольжение между телами качения и сепаратором, между элементами подшипника и уплотнениями. Кроме того, часть энергии теряется из-за преодоления гидравлического сопротивления смазочного материала, обладающего высокой вязкостью. Тем не менее, энергетические потери в подшипниках качения невелики, и обычно не превышают 0,005…0,1 % для одной пары подшипников, т. е. КПД такой пары составляет η = 0,99…0,995. Это несколько выше КПД подшипников скольжения.
Уплотнительные устройства
Для защиты от попадания в подшипник влаги и загрязнений, а также для предотвращения утечек смазочного материала подшипниковые узлы снабжают уплотнительными устройствами различной конструкции.
Широкое распространение получили манжетные уплотнения (рис. 4). Их применяют при окружных скоростях до 15 м/с. Они достаточно надежны, обладают хорошими уплотняющими свойствами.
Щелевые уплотнения (рис. 2) применяют для подшипниковых узлов, работающих в чистой среде при скоростях до 5 м/с. Зазоры в них заполняют пластичным смазочным материалом.
Центробежные уплотнения применяют при окружных скоростях свыше 0,5 м/с. При смазывании подшипника пластичным смазочным материалом с внутренней стороны корпуса устанавливают маслосбрасывающие кольца 2 (см. рис. 2) так, чтобы они выступали за стенку корпуса. Попадающее из картера на кольца во время работы жидкое горячее масло отбрасывается центробежной силой и не попадает в полость размещения пластичного смазочного материала, не вымывает его.
В ответственных конструкциях применяют комбинированные уплотнения в различных сочетаниях, например, лабиринтно-щелевое уплотнение (рис. 8).
Монтаж и демонтаж подшипников
При выполнении разборочных и сборочных работ с подшипниковыми узлами следует выполнять определенные требования, предотвращающие повреждение или поломку деталей.
Для облегчения установки подшипника вал слегка смазывают, а подшипник предварительно нагревают до 80…90 ˚С в горячем нефтяном масле или с помощью электроиндукционной установки. Силу запрессовки прикладывают к тому кольцу, которое монтируют с натягом (рис. 9).
Передача монтажных усилий через тела качения недопустима.
Демонтируют подшипники при помощи специальных съемников (рис. 10), исключающих удары по деталям. Во избежание поломки деталей или появления вмятин на дорожках качения при демонтаже подшипник захватывают за внутреннее кольцо при демонтаже с вала, и за наружное кольцо при демонтаже из корпуса.
