7 Подшипники качения шпинделей

7.1 Типы шпиндельных подшипников качения. Для шпинделей станков практически применяются все основные типы подшипников качения: шариковые, радиальные и радиально-упорные, роликовые с коническими и цилиндрическими роликами (рисунок 10), а также специальные конструкции.

Рисунок 10 – Типы подшипников качения для шпинделей станков

Поскольку для шпинделей требуется высокая точность вращения, применяют подшипники повышенных классов точности: повышенный, высокий, особо высокий, сверхвысокий.

Выбор класса точности подшипника зависит от допуска на точность вращения (биение) шпинделя, которая, в свою очередь, определяется требуемой точностью обработки.

Для повышения жесткости шпиндельных опор и устранения зазоров между отдельными телами качения и кольцами применяется так называемый предварительный натяг подшипников качения. Предварительный натяг – это постоянная дополнительная нагрузка, которая тем или иным способом создается в подшипнике. Благодаря предварительному натягу жесткость опоры возрастает. Хотя при этом долговечность подшипника несколько снизится, так как на него будет действовать суммарная нагрузка, равная рабочей и предварительному натягу. Однако получаемая более высокая точность шпиндельного узла является большим преимуществом данного метода.

Существуют различные способы создания предварительного натяга. Они зависят от типа подшипников и конструкции опор. В конических роликоподшипниках предварительный натяг является неотъемлемой особенностью их монтажа и создается с помощью регулировочных гаек. В радиальных шарикоподшипниках осевое смещение наружных или внутренних колец относительно друг друга также создает предварительную деформацию в подшипниках. Это достигается обычно либо постановкой распорных втулок или колец неодинаковой длины (рисунок 11). В случае применения подшипников с цилиндрическими роликами предварительный натяг создается за счет деформации внутреннего кольца подшипника, которое имеет конусную расточку, и при помощи гайки затягивается на коническую шейку шпинделя.

Рисунок 11 – Передняя опора шпинделя, воспринимающая радиальные и осевые нагрузки

В станкостроении применяются также специальные типы шпиндельных подшипников качения, которые отличаются от обычных не только повышенной точностью, но и конструктивными особенностями. Основная цель при создании специальных шпиндельных подшипников заключается в повышении их точности, грузоподъемности и быстроходности. К таким подшипникам относится двухрядный подшипник с цилиндрическими роликами, выпущенный специально для шпиндельных опор станков (рисунок 10,е). Двойной ряд роликов и их шахматное расположение повышает грузоподъемность подшипника. Цилиндрические тела качения могут быть обработаны весьма точно и поэтому точность вращения шпинделей в таких подшипниках может быть обеспечена в пределах нескольких микрометров. Расточка внутреннего кольца на конус позволит создавать предварительный натяг в подшипнике. В результате этих преимуществ подшипники данного типа все шире применяются для шпиндельных различных станков, обеспечивая высокую точность, жесткость и долговечность опор.

7.2 Конструкции опор качения шпинделей. При работе шпиндельного узла главную роль играет передняя опора шпинделя. Она воспринимает основные нагрузки и находится ближе к месту обработки. Поэтому компоновка шпиндельного узла осуществляется обычно таким образом, чтобы в передней опоре находились более точные подшипники, часто сдвоенные для увеличения жесткости. Точность передних подшипников часто выбирается на класс выше, чем задних. В том случае, если осевые нагрузки воспринимаются передней опорой, задняя опора выполняется плавающей, т.е. незакрепленной в осевом направлении.

На выбор типа опор влияют величина и направление действующих усилий, скорости вращения, требования точности и другие. Поэтому можно указать лишь общие положения по выбору типа опор.

Шарикоподшипники применяются чаще для быстроходных малонагруженных опор (шпиндели внутришлифовальных станков, небольших токарных станков и автоматов, сверлильных станков). При повышенных нагрузках и требовании прецизионности более целесообразно применять подшипники с цилиндрическими роликами (шпиндели токарных и револьверных станков и автоматов, быстроходных фрезерных станков средних размеров и т.д.).

При повышенных нагрузках и средних скоростях широко применяются конические роликовые подшипники (шпиндели фрезерных и других станков).