3.1.4. Опоры валов

Выбор типа подшипника. После определения диаметра посадочных мест вала для установки подшипников качения выбирается их тип и схема установки. Подшипники – изделия стандартные, их выбирают из каталожных таблиц П8 – П11. При выборе типа подшипника в первую очередь принимается во внимание величина и направление нагрузки на опору, размеры посадочных мест вала и корпуса, жесткость подшипника, способ смазывания, удобство сборки и разборки и, наконец, его стоимость.

П режде всего, необходимо рассмотреть возможность применения радиальных однорядных шарикоподшипников (рис. 3.11, а), как наиболее простых по конструкции и дешевых. Такие подшипники, как правило, применяются для опор валов цилиндрических прямозубых и косозубых колес. Первоначально принимаются подшипники легкой узкой серии. Если при последующем расчете грузоподъемность подшипников легкой серии окажется недостаточной, принимаются подшипники средней серии. При очень больших размерах шариковых подшипников в качестве опор валов цилиндрических колес могут примениться конические роликовые подшипники (рис. 3.11, в).

При действии на опору не только радиальной силы F_r, но и значительной осевой силы F_a  0,25F_r, а также при необходимости регулирования осевого положения колес, выбираются радиально-упорные шариковые и роликовые подшипники (рис. 3.11, в, г). Чаще применяются конические роликовые подшипники. Широкое применение конических подшипников объясняется тем, что наружное кольцо у них съемное, а это очень удобно при сборке и разборке узла. Кроме того, если отнести стоимость подшипников к их динамической грузоподъемности, то самая низкая относительная стоимость будет у конического роликоподшипника. Поэтому в силовых передачах для опор валов конических и червячных колес применяются конические роликовые подшипники. Выбирается первоначально легкая узкая серия.

Для опор вала конической шестерни применяются также конические роликовые подшипники. При высокой частоте вращения (n  1500 мин^-1) вала-шестерни применяются радиально-упорные шариковые подшипники.

Так как опоры червяка в силовых червячных передачах нагружены значительными осевыми силами, то, как правило, в них применяются конические роликовые подшипники. С целью снижения тепловыделения при длительной непрерывной работе червячной передачи, в качестве опор червяка применяются радиально-упорные шариковые подшипники.

Для опор плавающих валов шевронных передач применяют радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами (рис. 3.11, б), также первоначально легкой серии. Осевое плавание вала обеспечивается тем, что внутренние кольца подшипников с комплектом роликов могут смещаться в осевом направлении относительно неподвижных внешних колец.

Схемы установки подшипников. Подшипники в опорах вала должны быть установлены так, чтобы обеспечить необходимое осевое фиксирование вала. По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяются на фиксирующие и плавающие.

Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала в любом направлении для компенсации его температурного удлинения. Они воспринимают только радиальную силу. В качестве плавающих опор применяют радиальные шариковые и роликовые подшипники (рис. 3.11, а, б).

Ф иксирующие опоры ограничивают осевое перемещение вала в одном или в обоих направлениях. Они воспринимают радиальную и осевую силы. В качестве фиксирующих опор применяют радиальные шариковые, радиально-упорные шариковые и роликовые конические подшипники (рис. 3.11, в, г).

По виду комбинации плавающих и фиксирующих опор вала применяются две основные схемы установки подшипников:

одна опора фиксирующая, вторая – плавающая;

обе опоры фиксирующие, причем каждая опора фиксирует вал в одном направлении.

В первой схеме установки подшипников (рис. 3.12, а) фиксирующая опора ограничивает перемещение вала в обоих направлениях. Подшипник фиксирующей опоры жестко закрепляется в осевом направлении, как на валу, так и в корпусе. В плавающей опоре внутреннее кольцо подшипника жестко закрепляется на валу, а наружное - свободно перемещается в корпусе вдоль оси. Такая схема установки подшипников применяется в конструкциях при любом расстоянии между опорами, но главным образом при сравнительно длинных валах (l/d = 10…12). Она широко используется для установки валов цилиндрических зубчатых колес коробок передач, редукторов и в других узлах. Основной недостаток этой схемы – малая жесткость вала.

Повышение жесткости вала обеспечивается при некотором усложнении конструкции фиксирующей опоры за счет применения в ней двух подшипников (рис. 3.12, б), регулировка которых сводит к минимуму радиальные и осевые смещения вала. В таком исполнении схема используется для установки валов конических и червячных передач, требующих точной осевой фиксации.

Вторая схема содержит два варианта установки подшипников – «враспор» (рис. 3.13, а) и «врастяжку» (рис. 3.13, б). Эта схема применяется с определенными ограничениями по расстоянию между опорами, так как зазоры в подшипниках изменяются вследствие нагрева при работе. При нагреве зазоры в подшипниках уменьшаются, а длина вала увеличивается.

В варианте «враспор», чтобы не происходило защемления вала в опорах, предусматривается осевой зазор а. Величина зазора должна быть несколько больше ожидаемой тепловой деформации вала. Из опыта эксплуатации известно, что в узлах с радиальными шариковыми подшипниками величина зазора а = 0,2…0,5 мм. Так как радиально-упорные подшипники более чувствительны к изменению осевых зазоров, то соотношение между величинами l и d не должно превышать l/d = 6…8. Меньшие значения относятся к радиально-упорным роликовым подшипникам, большие — к радиально-упорным шариковым подшипникам.

Вариант установки подшипников «враспор» конструктивно наиболее прост: расточка отверстия в корпусе выполняется сквозной без уступов; число деталей в узле сокращается; просты и удобны монтаж и регулировка. Он широко применяется при относительно коротких валах.

При установке вала по варианту «врастяжку» вероятность защемления подшипников вследствие температурных деформаций вала меньше, так как при увеличении длины вала осевой зазор в подшипниках, в данном случае, увеличивается. При установке опор вала «врастяжку» расстояние между подшипниками может быть несколько больше, чем в варианте «враспор»: l/d = 8…10. Меньшие значения относятся к радиально-упорным роликовым, большие — к радиально-упорным шариковым подшипникам. Более длинные валы устанавливать по варианту «врастяжку» не рекомендуется, так как вследствие температурных деформаций вала могут появиться большие осевые зазоры, недопустимые для радиально-упорных подшипников. В отдельных случаях применяются так называемые «плавающие валы», обе опоры которых плавающие. Осевая фиксация вала в этом случае осуществляется не в опорах, а, например, зубьями шевронных колес.