Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Плавающая опора
Плавающие опоры проверяют на легкость перемещения в них подшипника в осевом направлении. Он должен передвигаться по всей длине посадочного места от легких ударов по торцу наружного кольца молотком через выколотку. [2]
Плавающие опоры применяют при установке заготовок на необработанные или грубообработанные поверхности с целью уменьшения деформации нежестких заготовок, а в ряде случаев для увеличения площади контакта и снижения удельных давлений в поверхностях контакта заготовок с опорами. [3]
Плавающие опоры не снижают устойчивость установленной заготовки. [4]
Плавающие опоры применяют при установке заготовок на необработанные или грубообработанные поверхности с целью уменьшения деформации нежестких заготовок, а в некоторых случаях для увеличения площади контакта и снижения давлений на поверхностях контакта заготовок с опорами. На рис. 33 показаны плавающие опоры: двухточечная и трехточечная сферическая. Опору с плавающим стержнем применяют при большом расстоянии между точками, в которых нужно подпереть заготовку. [5]
Плавающая опора ( рис. 1, а) отличается от фиксирующей ( рис. 1, б) наличием зазоров б, которые создают возможность осевого перемещения шейки вала относительно подшипника ( в других вариантах имеет место перемещение шейки вала с подшипником относительно корпуса или относительное смещение наружного и внутреннего колец подшипника) при температурных деформациях, а также компенсируют дефекты изготовления и сборки. [6]
Плавающие опоры проверяют на легкость перемещения в них подшипника в осевом направлении. Он должен передвигаться по всей длине посадочного места от легких ударов по торцу наружного кольца молотком через выколотку. [8]
Плавающими опорами называют опоры, которые допускают осевые смещения одного из концов валов или осей. [9]
Для плавающих опор наиболее подходящими являются роликовые подшипники без бортов на одном из колец. В качестве плавающей рекомендуется выбирать опору, менее нагруженную радиальной силой. [10]
Жесткость плавающих опор может быть повышена также применением подшипников с предварительным натягом. На рис. 4.16 показано несколько исполнений таких опор. [11]
В плавающей опоре применяют в зависимости от характера нагрузки и конструктивных требований различные типы радиальных шариковых и роликовых подшипников. [14]
В плавающих опорах размер В при необходимости осевого перемещения вала может быть увеличен. Для предотвращения вращения вместе с подшипником смазки, подаваемой в корпус, на крышке корпуса со стороны подачи смазки делаются радиальные ребра. Рекомендуемые размеры диска-регулятора для горизонтального вала следующие: Da 2 ( d D), db 1 2Д Bb 1 MM, N Q Sd. [15]
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.
§ 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.
