Подшипники для плавающего вала

Применение подшипников и конструкции подшипниковых узлов

Добрый день, дорогие друзья, в этой статье мы рассмотрим применение подшипников и конструкции подшипниковых узлов.

Применение подшипников и конструкции подшипниковых узлов

Опорные (упорные) подшипники воспринимают радиальные (осевые) нагрузки, действующие на вал и фиксируют его радиальное (осевое) положение относительно корпуса машины.

Такой подшипниковый узел обычно состоит из двух подшипников:

— фиксированного и плавающего

— двух подшипников, фиксированных только в одном осевом направлении (двусторонняя фиксация)

Рис. 1 Применение подшипников и конструкции подшипниковых узлов — Опоры подшипников

Фиксированный подшипник

Такой подшипник воспринимает радиальную и осевую нагрузку одновременно в двух направлениях. Он имеет осевую опору на валу и в корпусе. Для этого применяют радиальные шарикоподшипники, сферические роликоподшипники и двурядные или спаренные радиально-упорные шарикоподшипники и конические роликоподшипники.

Цилиндрические роликоподшипники с одним безбортовым кольцом можно использовать в фиксированной опоре в паре с другим, упорным подшипником, воспринимающим осевые нагрузки. Упорный подшипник устанавливается в корпусе с радиальным зазором.

Плавающий подшипник

Плавающий подшипник воспринимает только радиальную нагрузку и допускает возможность относительного осевого перемещения вала и корпуса. осевое перемещение осуществляется либо в самом подшипнике (цилиндрические роликоподшипники), либо в посадке с зазором кольца подшипника и сопряженной детали.

Двусторонняя фиксация

Для двусторонней фиксации применяют радиальные шариковые и роликовые подшипники, воспринимающие осевую нагрузку хотя бы в одном направлении.

Внутренний зазор в подшипниках

Под зазором в подшипнике понимают величину перемещения одного кольца подшипника относительного другого в радиальном (радиальный зазор) или осевом (осевой зазор) направлении.

Рис. 2 Применение подшипников и конструкции подшипниковых узлов — Радиальный и осевой зазор подшипников

Зазор в подшипниках качения различается на:

— до монтажа – начальный зазор;

— зазор в условиях эксплуатации – рабочий зазор

Посадка с натягом приводит к уменьшению внутреннего зазора. Начальный зазор в подшипниках обычно больше, чем рабочий зазор, который уменьшается за счет посадки колец с натягом и теплового расширения деталей подшипника и сопряженных деталей.

Рис. 3 Применение подшипников и конструкции подшипниковых узлов — Рабочие зазоры в подшипниках

Рабочий зазор в подшипниках должен быть несколько больше нуля. Небольшой предварительный натяг так же не влияет на работоспособность подшипников. По соображениям надежности, следует избегать предварительного натяга для подшипников, заменяемых в процессе эксплуатации машины. Величину зазора в подшипнике выбирают из соображения возможности достичь надлежащего рабочего зазора при установке подшипника с рекомендуемыми посадками при нормальных условиях работы.

Долговечность подшипников качения

Под долговечностью подшипников качения понимают число оборотов (или число рабочих часов при постоянно частоте вращения), которые совершит подшипник до появления признаков усталостного разрушения на его деталях.

На практике долговечность одинаковых подшипников отличается даже при совпадающих условиях работы. При выборе подшипников качения, кроме прочих, используют два параметра: соотношение динамической грузоподъемности к эквивалентной динамической нагрузки (с/р) и номинальную долговечность (L₁₀).

Под номинальной долговечностью L₁₀ понимают долговечность (в миллионах оборотах), которую достигнут или превысят 90% подшипников при равных условиях работы (при этом половина всех подшипников достигнут пятикратной номинальной долговечности).

Под спецификационной долговечностью L_10t понимают долговечность, основанную на гипотетической нагрузке и частоте вращения, предписываемых изготовителем машины, в которой установлены подшипники.

Под сроком службы подшипников понимают промежуток времени, в течение которого данный подшипник в определенных периодических производственных условиях сохраняет работоспособность.

Под граничной нагрузкой по усталости P_u понимают значение нагрузки на подшипник, при которой в идеальных условиях эксплуатации усталостного разрушения никогда не возникает.

Сроки службы подшипников определяют:

— условия работы (величина нагрузки, усталостные процессы, износ, коррозия, загрязнения)

Значения отношения нагрузок с/р, номинальную долговечность L₁₀ , спецификационную долговечность L_10t в часах в зависимости от отношения с/р и частоты вращения n можно определить с помощью номограммы или по формулам, приведенным в специальных справочниках.

Рис. 4 Применение подшипников и конструкции подшипниковых узлов — Номограмма долговечности подшипников

По материалам справочника «Неразрушающий контроль»

Источник

§ 10. ОПОРЫ ПЛАВАЮЩИХ ВАЛОВ

На рис. 6.24, β показа­ны конические ролико­подшипники, поставлен­ные широкими торцами наружных колец навстре­чу друг другу, а на рис. 6.24,6 — широкими торцами наружу. Уста­новка подшипников по рис. 6.24, в характеризует­ся большей угловой жест­костью.

Для того чтобы пред­варительно комплект ва- ла-червяка вместе с под­шипниками можно было вставить в стакан или в корпус, предусматрива­ют зазор С> 1 . 2 мм (см. рис. 6.23, 6.24).

Плавающими называют валы, обе опоры которых пла­вающие. В этом случае обеспечивается возможность само­установки плавающего вала относительно другого вала, зафиксированного от осевых перемещений. Такая самоуста­новка необходима, например, в шевронных или косозубых зубчатых передачах, представляющих собой разделенный шеврон. При изготовлении колес указанных передач неизбеж­на погрешность углового расположения зуба одного полу­шеврона относительно зуба другого полушеврона. Из-за этой погрешности первоначально в зацепление входят зубья только одного полушеврона.

Возникающая в полуше­вроне осевая сила стремится сместить колесо вместе с валом вдоль оси вала. Если позволяют опоры, то вал под действием осевой силы перемещается в такое положение, при котором в зацепление войдут зубья обоих полушевронов, а осе­вые силы, возникающие в них, уравновесятся. Осе­вая фиксация вала в этом случае осуществляется не в опорах, а в зубьях шев­ронных колес.

В качестве опор плава­ющих валов применяют ра­диальные подшипники. Ча­ще всего используют под­шипники с короткими ци­линдрическими роликами. В случае применения этих подшипников значительно уменьшается сила, потреб­ная для осевого перемеще­ния вала. Устраняется изнашивание корпусной детали в месте установки подшипника, так как осевое плавание вала обеспечивается за счет смещения внутренних колец подшип­ников совместно с комплектами роликов относительно наружных колец.

Одной из распространенных является конструктивная схема, показанная на рис. 6.25, а (см. также рис. 14.3, а). Здесь внутренние кольца подшипников закреплены на валу, а наружные — в корпусе. Одним из недостатков этой схемы является необходимость изготовления канавок в корпусе для установки колец, образующих искусственный упорный бур­тик. Этого недостатка лишена схема, представленная на рис. 6.25,6 (см. рис. 14.3,6).

Источник

Подшипники с плавающими втулками

Подшипники с плавающими втулками

Плавающие втулки устанавливают с зазором по отношению к валу и корпусу; под действием сил трения они вращаются с окружной скоростью, примерно равной половине частоты вращения вала.

Преимущества подшипников с плавающими втулками :

— уменьшенное тепловыделение (работа трения пропорциональна квадрату окружной скорости, поэтому при плавающей втулке, вращающейся с частотой, равной половине частоты вращения вала, суммарное тепловыделение примерно в 2 раза меньше, чем в жестком подшипнике, а при двух концентрических плавающих втулках — в 3 раза);

— равномерный износ по окружности, обеспечивающий сохранение цилиндрической формы втулок;

— увеличенная надежность работы (при заедании одной стороны втулка продолжает работать другой стороной);

— повышенная (благодаря наличию двух масляных буферов) амортизация радиальных смещений вала под действием ударной и переменной нагрузки.

Недостатком этих подшипников является худшее центрирование вала, обусловленное увеличением суммарного зазора в подшипнике.

Целесообразные области применения плавающих втулок; быстроходные подшипники, где необходимо уменьшить тепловыделение и предупредить вибрации; подшипники, работающие под большими ударными нагрузками; подшипники полужидкостной и граничной смазки (например, опоры качательного движения), где по характеру движения невозможно создать устойчивую масляную пленку. В последнем случае оказываются полезными устойчивость плавающих втулок против заедания и свойство равномерного износа по окружности.

Плавающие втулки обычно делают целыми; иногда по условиям монтажа их приходится выполнять разъемными (что усложняет изготовление). Изготовляют плавающие втулки из бронз, антифрикционного чугуна, а втулки большого диаметра из стали с двусторонней заливкой баббитом или свинцовой бронзой. Корпус и вал изготовляют из стали более HRС 50; если корпус выполнен из мягкого материала, в него запрессовывают стальную втулку.

При подводе масла с одной стороны плавающей втулки в ней делают радиальные отверстия для подачи масла к другой стороне. Предпочтительно вводить масло изнутри, так как в этом случае доступ масла к наружной поверхности трения облегчается центробежными силами.

Толщину втулок выполняют в среднем равной 0,1d (где d — диаметр вала).

Радиальные зазоры у плавающих втулок делают на 20—30% меньше, чем у жестких подшипников. Зазор по наружной поверхности трения должен быть больше, чем по внутренней, так как в работе этот зазор уменьшается (а особенности у бронзовых втулок) вследствие нагрева.

Плавающие втулки фиксируют в осевом направлении: в неразъемных корпусах — с помощью щек (рис. 712, а), фланцев (вид б), буртиков на валу (вид в); в концевых установках — торцом вала (вид г); в разъемных корпусах — с помощью реборд (вид д).

При наличии развитых торцовых поверхностей (виды е—к) подшипники с плавающими втулками могут нести довольно большие осевые нагрузки.

На видах (л—н) приведен узел шатунно-поршневого сочленения с плавающей установкой осей.

Вид л — поршневой палец плавает в опорах поршня и во втулке шатунной головки (в узле три зазора и два последовательно работающих масляных буфера).

Вид м — плавает также втулка шатуна (четыре зазора, три масляных буфера).

Вид н — палец установлен в поршне на плавающих втулках (шесть зазоров; четыре масляных буфера).

Источник

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:

• компенсация изменений длины вала при нагреве или охлаждении;
• нейтрализация размерных погрешностей;
• облегчение монтажа узла, снижение затрат на сборку;
• отсутствие необходимости в сложных регулировках;
• упрощение эксплуатации.

Реализация плавающей схемы производится тремя основными способами:

• подшипник неподвижно фиксируется на валу с возможностью осевого свободного перемещения в корпусе;
• верхнее и нижнее кольца фиксируются соответственно в корпусе и на валу, но конструкция подшипника допускает их относительное перемещение;
• крепление подшипникового узла допускает свободное перемещение вала во внутренней обойме.

Плавающий подшипник используют в следующих основных случаях:

• значительное расстояние между опорами (более семи диаметров вала);
• большие температурные перепады при работе;
• сложность обеспечения высокой точности размеров вала и установки опорных узлов;
• необходимость осевого смещения вала для работы механизма (регулировка зазора между жерновами мельницы);
• размещение подшипников в отдельных корпусах.

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:

• предварительный расчет нагрузок для выбора менее нагруженной опоры в качестве плавающей;
• крепление вала в осевом направлении в фиксированной опоре путем ограничения линейных перемещений внешней и внутренней обойм шарико или роликоподшипника (для такой опоры выбирают подшипники, компенсирующие радиальное и осевое усилие);
• установка плавающего подшипника путем осевой фиксации вращающейся обоймы с возможностью осевых перемещений неподвижной обоймы (боковые зазоры между неподвижной обоймой и крышками корпуса).

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:

• для тихой работы точных шарикоподшипников – H6 (электродвигатели
  малой мощности);
• для общего машиностроения – H7;
• при значительном нагреве, разности температур внешней и внутренней обойм более десяти градусов – G7;
• при наружном размере внешней обоймы более 250 мм и разности температур внешней и внутренней обойм более десяти градусов – F7.

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:

• однорядные шарикоподшипники радиальные либо самоустанавливающиеся двухрядные;
• радиально-упорные спаренные или двухрядные упорно-радиальные шарикоподшипники;
• роликовые цилиндрические подшипники с бортами типов NUP или NH;
• сферические роликоподшипники;
• сдвоенные роликоподшипники конические.

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:

• шарикоподшипник радиальный однорядный;
• самоустанавливающийся шарикоподшипник двухрядный;
• самоустанавливающийся роликоподшипник.

Для крепления внешних подшипниковых обойм используются:

• крышки торцовые;
• заплечики корпуса;
• стопорные внутренние пружинные кольца;
• кольца дистанционные.

Внутренние кольца фиксируются:

• заплечиками валов;
• гайками шлицевыми;
• стопорными пружинными наружными кольцами;
• торцовыми шайбами с винтовым креплением к валу.

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:

• роликоподшипник цилиндрический NU с обоймой внутренней без буртиков (отечественное обозначение 32000);
• роликоподшипник цилиндрический N с обоймой внешней без буртиков (отечественное обозначение 2000);
• роликоподшипники цилиндрические бессепараторные;
• роликоподшипники торроидальные типа CARB, разработанные SKF;
• роликоподшипники игольчатые.

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:

• для шейки вала выбирается допуск с минимальным зазором;
• стопорный винт подшипникового узла заменяется резьбовым пальцем с цилиндрическим концом;
• под цилиндрическую часть резьбового пальца на валу выполняется паз.

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.

Источник