Ra 2,5...0,63 мкм. Для зменшення концентрації напружень у місцях переходу від одного перерізу вала (осі) до іншого рекомендується плавно змінювати діаметр, тобто робити перехідні заокруглення (галтелі) по можливості більшого радіуса.
Осі і вали розраховують на міцність і жорсткість як бруси круглого поперечного перерізу, які працюють на згин (осі) або на згин із крученням
(вали).
§ 30.2. Опори осей і валів. Підшипники ковзання
Опори осей і валів поділяють на дві групи: опори ковзання і опори кочення. Опори ковзання і кочення, призначені для сприймання радіальних навантажень, називають підшипниками, а опори, призначені для сприймання осьових навантажень,— підп'ятниками, або упорними підшипниками (для опор кочення).
Підшипники ковзання поділяють на три основних типи.
Нерознімні (глухі) підшипники у найпростіших конструкціях відливають як одне ціле із станиною тихохідної машини, що працює з великими перервами (рис. 6.49, а). Іноді їх роблять знімними,
прикріплюючи болтами до станини машини. Знімні глухі підшипники виготовляють як із вкладишами 2 (чавунні, бронзові, капронові та інші втулки, запресовані в отвір чавунного або стального корпуса підшипника),
так і без них. Останні застосовують для тихохідних малонавантажених валів. Основна перевага глухих підшипників — простота конструкції і дешевизна. Незважаючи на це, вони мало поширені, бо не дають можливості компенсувати спрацювання активних поверхонь втулок і валів.
555
Рис. 6.49
Нерознімні підшипники поділяють за стандартом на вузькі, широкі,
фланцеві, та гніздові.
Рознімні підшипники (рис. 6.49, б) складаються з корпуса 1, двох вкладишів 4 (втулка із антифрикційного матеріалу, розрізана по твірній),
кришки 2 і стяжних болтів 3. Спрацювання активної поверхні вкладиша компенсується підтисканням кришки до верхньої половини вкладиша.
Масло для мащення підшипників ковзання надходить на поверхні тертя через отвір у кришці з мастильного резервуара — маслянки 5 або з масляної ванни за допомогою обертового кільця. Кільцеве мащення застосовують тільки при порівняно великих колових швидкостях цапфи.
Рис. 6.50
Підшипники із самоустановними вкладишами застосовують при великих відношеннях довжини цапфи (шипа або шийки) до її діаметра. В
таких випадках звичайний вкладиш не може повторювати відхилень осі цапфи від деформації вала, що порушуює нормальну роботу підшипника.
Самоустановний вкладиш 1 підшипника (рис. 6.50, а) має випуклу сферичну поверхню, що спирається на сферичну поверхню кільця 2, яке,
запресоване в гніздо корпуса підшипника. Це дає можливість вкладишу повторювати відхилення осі деформованого вала. Мастило подається через отвір корпуса в канавку 4 вкладиша.
Опори ковзання для осьових навантажень — підп'ятники —
звичайно об'єднуються в одному спільному корпусі із підшипником, який сприймає радіальні навантаження вала і врівноважує їх. Опорна частина підп'ятника (рис. 6.49, б) являє собою кільце 4 з чавуну, бронзи або іншого антифрикційного матеріалу з прорізаними по торцю мастильними канавками. Це кільце спирається на корпус 3. Радіальне навантаження опори сприймається вкладишем 2. Упорне кільце зафіксовано штифтом 5.
557
Переваги підшипників ковзання:
–висока працездатність при великих швидкостях і ударних навантаженнях;
–безшумність і забезпечення вібростійкості вала при роботі підшипника в режимі рідинного тертя (масляний шар між поверхнями цапфи і вкладиша має властивість гасити коливання);
–невеликі розміри в радіальному напрямі;
–можливість працювати в особливих умовах (хімічно агресивних середовищах, при бідному або забрудненому мащенні) і т. ін.
Недоліки підшипників ковзання:
–великі втрати на тертя (не стосується підшипників, що працюють у режимі рідинного тертя);
–значні розміри в осьовому напрямі;
–необхідність застосування дорогих кольорових сплавів (бронза,
бабіт) для вкладишів:
–порівняна складність конструкції і велика витрата мастила;
–не забезпечена взаємозамінність підшипників, оскільки більшість їх типів не стандартизовано.
Підшипники і підп'ятники ковзання застосовують у сепараторах для високошвидкісних шпинделів верстатів, газових турбінах, центрифугах,
двигунах внутрішнього згоряння (колінчасті вали встановлюють на підшипники ковзання), при особливо важких режимах роботи машин
(прокатні стани, каменедробарки та ін.).
Корпус і кришку підшипників ковзання відливають із сірого чавуну.
Металеві вкладиші виготовляють з антифрикційного чавуну, бронзи,
сплавів на алюмінієвій основі. Бабіт, що має високі антифрикційні властивості, застосовують для заливання тонким шаром поверхні тертя чавунного, стального або бронзового вкладиша. Застосовують також
біметалеві тонкостінні вкладиші, самозмащувані вкладиші із графіту,
дисульфіду молібдену. В якості матеріалів вкладишів використовують також металокераміку (залізографітні і бронзографітні вкладиші) і
неметалеві матеріали: пластмаси (текстоліт, капрон та ін.), тверді породи дерева (самшит, бук, дуб, граб), пресовану деревину; гуму. Вибір матеріалу вкладиша залежить від умов експлуатації, характеру навантаження, кутової швидкості цапфи, режиму мащення та ін.
Підшипники ковзання переважно розраховують на зносостійкість.
§ 30.3. Підшипники кочення
Опори валів і осей, в яких тертя ковзання замінено тертям кочення,
називають підшипниками кочення.
Переваги підшипників кочення порівняно із підшипниками ковзання:
–значно менші втрати на тертя, вищий ККД (до 0,995) і менше нагрівання;
–економія кольорових матеріалів (бабіту, бронзи);
–менші габаритні розміри в осьовому напрямку;
–простота обслуговування і заміни;
–менша витрата мастил;
–порівняно невисока вартість внаслідок масовості виготовлення стандартних підшипників, відносно малі експлуатаційні витрати, а також їх взаємозамінність, що спрощує ремонт машин і устаткування.
Недоліки підшипників кочення:
–обмежена можливість застосування при дуже великих навантаженнях і високих кутових швидкостях цапф (за винятком спеціальних закритих підшипників кочення);
–непридатність для роботи при значних ударних і вібраційних
559
навантаженнях через високі контактні напруження і погану здатність
демпфірувати коливання.
–більші, ніж у підшипників ковзання, габаритні розміри в радіальному напрямі.
–нероз’ємність конструкції, що не дає змоги застосовувати підшипники кочення в деяких складальних одиницях (наприклад, для шийок колінчастих валів).
Незважаючи на недоліки підшипники кочення дуже поширені.
Наприклад, тільки у тракторному і сільськогосподарському машинобудуванні використовують підшипники 630 типорозмірів, які входять до 28 конструктивних груп.
Підшипники кочення (рис. 6.51) звичайно складаються з двох кілець:
внутрішнього 2, насадженого на вал, і зовнішнього /, закріпленого в корпусі підшипника; тіл кочення – кульок або роликів 3, які котяться по бігових доріжках кілець на певній відстані один від одного, і сепаратора 4
– деталі, яка відокремлює тіла кочення.
Кільця і тіла кочення виготовляють із шарикопідшипникової сталі з високим вмістом хрому (ШХ6, ШХ15, ШХ20СГ) та інших легованих сталей, наприклад сталі 12Х2Н4А, 18ХГТ. Сепаратор виготовляють із сталей Ст1, Ст2, 0, 8, 10, а також з латуні, бронзи, капрону, текстоліту,
металопластмас, фторопласту з металевими і неметалевими наповнювачами.
Підшипники кочення виготовляють різних конструкцій із зовнішнім діаметром від 1 до 3000 мм. Допуски, терміни і визначення підшипників кочення стандартизовані.
Класифікують підшипники кочення за такими ознаками.
За напрямом сприйняття навантаження — радіальні (рис. 6.52, а), в
основному для радіальних навантажень; радіально-упорні (рис. 6.52, в) для сумісних радіальних та осьових навантажень; упорні (рис. 6.52, б) для осьових навантажень, упорно-радіальні для осьового та радіального навантажень.
Рис. 6.52
За формою тіл кочення — кулькові, роликові (з циліндричними,
конічними, бочкоподібними, голчастими й витими роликами).
За кількістю рядів тіл кочення — однорядні, дворядні, чотирирядні.
За способом самоустановлення — несамоустановні, самоустановні
(сферичні).
561
Залежно від навантажувальної здатності і габаритних розмірів при одному й тому самому діаметрі внутрішнього кільця підшипники за стандартом поділяють на серії: за радіальними розмірами — надлегкі,
особливо легкі, легкі, середні, важкі; за шириною — вузькі, нормальні,
широкі, особливо широкі.
Коротко розглянемо найпоширеніші стандартні підшипники кочення.
Рис. 6.53
Радіальні однорядні шарикопідшипники (рис. 6.53, а, б, в) можуть сприймати радіальне і незначне осьове навантаження. Набули найбільшого поширення в машинобудуванні. Витримують великі кутові швидкості вала
(особливо з сепараторами з кольорових металів) і допускають перекіс кілець до 10'. Найдешевші з підшипників кочення. Можуть мати канавку на зовнішньому кільці, для запобігання від осьового зміщення у корпусі редуктора (рис. 6.53, в).
Рис. 6.54
Радіальні роликопідшипники (рис. 6.54, а) з циліндричними роликами сприймають тільки радіальне навантаження, але якщо є борти на кільцях
(рис. 6.54, б), то можуть сприймати незначне осьове навантаження.
Навантажувальна здатність підшипників значно більша, ніж кулькових,
однак вони не допускають перекосу кілець, оскільки ролики починають працювати кромками й підшипники швидко виходять з ладу.
Роликові підшипники з витими роликами сприймають радіальне навантаження при невисоких кутових швидкостях. Застосовують при ударних навантаженнях (удари пом'якшуються податливістю витих роликів). Не потребують високої точності монтажу і спеціального захисту від забруднень.
Голчасті підшипники (рис. 6.54, в) мають ролики з відношенням довжини до діаметра 4... 10. Можуть працювати при значних радіальних навантаженнях, витримують ударні навантаження при невисоких кутових
563
швидкостях. Не допускають осьового навантаження і перекосу кілець.
Стандарт також регламентує розміри голчастих підшипників без кілець. Ці підшипники застосовують у карданних шарнірах, двигунах і коробках передач мотоциклів, автомобілів і тракторів, в опорах кривошипно – повзунних і кулісних механізмів.
Радіально – упорні шарикопідшипники (рис. 6.53, д) застосовують у підшипникових вузлах, які сприймають разом радіальні і осьові навантаження. Радіальна вантажопідйомність таких підшипників на
30...40 % більша, ніж у радіальних однорядних шарикопідшипниках. Їх застосовують при середніх і високих кутових швидкостях і неударних навантаженнях.
Стандартом регламентовано також основні розміри радіально-
упорних роликових сферичних одинарних підшипників. Кульковий радіально-упорний підшипник може сприймати осьове навантаження тільки в одному напрямі.
Конічні роликові підшипники (рис. 6.54, е) також призначені для сприймання радіального і осьового навантажень. Порівняно з радіально-
упорними кульковими підшипниками мають більшу вантажопідйомність,
відзначаються можливістю роздільного монтажу внутрішнього (разом з роликами і сепараторами) і зовнішнього кілець, а також властивістю сприймати невеликі ударні навантаження. Недоліком цих підшипників є велика чутливість до неспіввісності та відносного перекошення кілець.
Кулькові (рис. 6.53, г) і роликові (рис. 6.54, г) дворядні підшипники
мають підвищену вантажопідйомність порівняно з однорядними.
Допускають перекіс кілець до 2° і тому їх можна застосовувати для валів зниженої жорсткості, а також у тих випадках, коли співвісність посадочних місць не гарантовано.
При дії значних радіальних і осьових навантажень застосовують
