По характеру работы шариковые и роликовые подшипники качения принято разделять на три группы: 1) радиальные; 2) радиально-упорные; 3) упорные. Каждая из перечисленных групп имеет ряд конструктивных разновидностей, свойства которых нередко существенно различны. Подобные описания подшипников качения приведены в ГОСТ, каталогах и других источниках. Таблица 11 Характеристика дефектов, возникающих в подшипниках качения вследствие неправильной сборки Обладая в сравнении с подшипниками скольжения лучшими конструктивными и эксплуатационными качествами, подшипники качения находят большое распространение в автотракторной промышленности, в станкостроении,в оборудовании угольной и нефтяной промышленности, сельскохозяйственном машиностроении, в легкой промышленности, энергопромышленности и других отраслях. Особенно широко подшипники качения применяются в приборостроении, которое требует быстроходных, весьма чувствительных конструкций подшипников с плавным и относительно бесшумным ходом и обладающих антикоррозионными свойствами. В настоящее время поставлена задача осуществить перевод на роликоподшипники железнодорожного транспорта, прокатных станов, тяжелых прессов, уникальных станков и новых мощных экскаваторов. Расчетная долговечность подшипников качения определяет потенциальный срок их службы при условии соблюдения правильного монтажа и нормальных условий эксплуатации. Неправильная сборка приводит к повреждениям подшипников качения и снижению их эксплуатационных качеств. В числе подобных дефектов можно указать: 1) выкрашивание (шелушение) поверхностей качения; 2) форсированный износ рабочих поверхностей; 3) появление коррозии; 4) вмятины и риски на поверхностях качения; 5) образование трещин в кольцах, шариках, роликах, сепараторах и, наконец, 6) разрушение этих деталей. В табл. 11 приведены дефекты подшипников качения, возникающие в результате неправильной сборки. Во многих случаях выход из строя подшипников убыстряется в результате одновременного действия нескольких факторов. Так, например, при выкрашивании рабочих поверхностей отделяющиеся частицы металла вызывают царапины, риски, вмятины на еще неповрежденных участках поверхностей качения и приводят к интенсивному их износу. При коррозии твердые частицы окислов, отделившиеся от затронутых коррозией поверхностей, смешиваясь со смазкой, разрушающе действуют на металл, ускоряя износ подшипника. Интенсивный износ приводит к искажению геометрических форм поверхностей качения, к увеличению внутреннего зазора в подшипнике, что нарушает его первичную регулировку и ускоряет разрушение подшипника. При сборке подшипников качения создают две неподвижные посадки — внутреннего кольца на валу и наружного кольца в корпусе. Характер обеих посадок, как правило, различен, так как внутреннее и наружное кольца подшипника при постоянно действующей, нагрузке работают в неодинаковых условиях: у вращающегося кольца желобок изнашивается равномерно, а у неподвижного — интенсивно на небольшом участке. Поэтому правильный выбор посадок для колец подшипников качения имеет весьма большое значение. Для вращающегося (чаще всего с валом) кольца подшипника применяют посадку на сопряженной детали с натягом. Если между сопряженными поверхностями этих деталей будет зазор, то при взаимном обкатывании произойдет интенсивный износ поверхностей (процесс вальцевания) и подшипник (или вал) быстро выйдет из строя. При назначении прессовой посадки подшипника на вал необходимо руководствоваться указаниями ГОСТ 3325-46 *. Если известна радиальная нагрузка, то при выборе посадки с натягом можно пользоваться формулой По вопросу о минимальной величине зазора опубликован ряд исследований, имевших задачей определение предела, который необходимо соблюдать, чтобы избежать защемления тел качения (шариков или роликов). К определению максимальной величины зазора необходимо относиться с большой осторожностью, имея в виду следующие обстоятельства: 1) с увеличением зазора долговечность подшипника уменьшается; 2) установка подшипника с излишне большим зазором снижает жесткость механизма и стабильность положения его деталей; 3) при большом зазоре износ подшипника происходит ускоренно, вследствие перераспределения нагрузки на тела качения и вследствие толчков и ударов, возникающих при изменении направления действия нагрузки. Кроме того, большой зазор в подшипниках ускоряет разрушение других элементов механизма. Выбор посадки в соединении неподвижного кольца с корпусом 1 или валом диктуется условиями равномерного износа желобка в кольце. Поэтому при сборке необходимо осуществить посадку, которая позволила бы кольцу во время работы машины незначительно перемещаться в радиальном и осевом направлениях (плавающее кольцо). При установке в узле двух или нескольких подшипников необходимо обеспечить самоустанавливание неподвижного кольца в радиальном и осевом направлениях для компенсации возможных неточностей обработки и сборки деталей, а также температурных деформаций базовых деталей, иначе возможны перекосы подшипников и заклинивание шариков (роликов). Примером узла с несколькими подшипниками может служить червячный редуктор гидравлического пресса (фиг. 50). При установке радиально-упорных подшипников (например, роликовых конических) необходим предварительный натяг, который имеет большое значение для долговечности работы не только самого подшипника, но и передач, связанных с подшипником. Величину натяга определяют в зависимости от конструкции узла, условий работы, назначения машины и т. д. Так, например, натяг подшипников ведущего зубчатого колеса грузовых автомобилей составляет 0,05 мм. Для практических расчетов изменения зазора между поверхностями качения и шариками (роликами) в зависимости от натяга можно пользоваться соотношениями: Натяг производят посредством регулировочных прокладок (фиг. 51, а), устанавливаемых под крышку подшипника или между распорной втулкой и внутренним кольцом подшипника. Кроме этого способа, натяг может быть произведен гайками (фиг. 51, б). Предварительный натяг контролируют динамометрическим ключом по моменту, который нужно приложить к валу для его поворота после сборки подшипников с натягом. Во многих конструкциях машин предусмотрено регулирование натяга в процессе эксплуатации. Фиг. 51. Регулирование натяга у радиально-упорных подшипников: а — посредством прокладок; б — посредством гаек.
Посадку шариковых и роликовых подшипников на вал производят по системе отверстия; посадку в корпус — по системе вала. Перед установкой подшипников необходимо проверить: I) посадочные места на овальность и конусность; 2) концентричность посадочных поверхностей с осью вращения; 3) перпендикулярность поверхности упорного заплечика к оси вращения; 4) соосность гнезд под подшипники, сидящие на одном валу (если подшипники не самоустанавливающиеся). Завышенные величины натягов или зазоров, посадка подшипника на овальную шейку вала или в овальный корпус, монтажные перекосы и т. п. дефекты сборки подшипника нарушают нормальное распределение нагрузки и приводят к концентрации нагрузки на каком-либо ограниченном участке и ускоренному разрушению этого участка. В зависимости от характера требуемого соединения в соответствии с ГОСТ 3325-46 предельные отклонения вала допускаются по 1-му и 2-му классам точности, предельные отклонения отверстия в корпусе допускаются по 1-му, 2-му и 3-му классам точности. Овальность и конусность валов и отверстий корпусов в местах посадки подшипников не должны превышать 0,5 допуска на диаметр. Допускаемые значения биения упорного заплечика в зависимости от диаметра вала приведены в табл. 12. Перед установкой подшипника необходимо проверить радиус галтели у заплечика вала (фиг. 52). Если радиус галтели больше радиуса подшипника, последний упирается в галтель, и плотное прилегание не достигается, а это может привести к перекосу подшипника. Соединение подшипника с валом можно выполнить несколькими способами. Простейший заключается в следующем: подшипник, предварительно промытый в 6%-ном (по весу) растворе масла в бензине, нагревают до 80—100° в масляной ванне и в нагретом состоянии напрессовывают на вал. Нагрев подшипника предупреждает порчу цапфы и в значительной степени облегчает сборку. Нагрев выше 100° не рекомендуется; при температуре, превышающей 140°, возможно снижение износоустойчивости металла подшипника г. При напрессовке подшипника на вал с помощью молотка и выколотки удары надо наносить равномерно и исключительно по внутреннему кольцу, в противном случае возможны перекос колец, разрушение шариков (роликов) или желобков и выход подшипника из строя. Значительно удобнее пользоваться специальными оправками, которые предохраняют подшипник и вал от повреждений, обеспечивают равномерную посадку и значительно ускоряют процесс сборки (фиг. 53). Фиг. 52. Посадка подшипника на вал «в упор». Фиг. 53. Напрессовка шарикоподшипника на вал при помощи оправки на рычажном прессе. Если подшипник устанавливают на валу, конец которого имеет резьбу, последнюю целесообразно использовать для сборки, как опорную базу приспособления для на- прессовки подшипника (фиг. 54). После напрессовки подшипника на вал (или запрессовки в корпус) необходимо проверить наличие радиального посадочного зазора, величина которого является одним из показателей правильности сборки для подшипников всех типов. Пределы увеличения зазоров определяются назначением и типом машины. Наиболее доступный, но вместе с тем и самый грубый способ проверки радиального зазора в подшипнике после его соединения с валом или корпусом — это проверка колец «на качку» (величина осевого перемещения одного кольца относительно другого не дает возможности судить о величине радиального зазора). Более точную проверку величины радиального зазора производят на специальном приспособлении (фиг. 55) при помощи индикатора 1 и 2.
Таблица 13 Значения допускаемого биения по желобу для колец упорных подшипников (в мм) Кроме того, правильность установки радиальных подшипников проверяют проворачиванием от руки, причем не должно быть заметного торможения подшипника; он должен вращаться легко и плавно (легкий шум возможен). Упорные подшипники обычно проверяют индикатором на торцевое биение кольца, напрессованного на вал, предварительно проверив плотность соприкосновения торца кольца с заплечиком. Значения допускаемого биения по желобу для вращающихся вместе с валом колец упорных подшипников приведены в табл. 13. В некоторых конструкциях валы устанавливают на упорных конических роликоподшипниках, выдерживающих большую нагрузку одновременно в радиальном и осевом направлениях. Для нормальной работы таких подшипников при установке подшипника на вал необходимо обеспечить оптимальную величину осевого зазора Аос. Регулировку этого зазора при сборке (фиг. 56) производят путем осевого перемещения наружного кольца при помощи установки сменных регулировочных прокладок 2, той или иной толщины. Значения осевых зазоров в конических роликоподшипников приведены в табл. 14.
Таблица 14 Значения осевых зазоров в конических роликоподшипниках Помимо перечисленных выше требований к сборке подшипников качения, обеспечивающих нормальную и продолжительную работу подшипников, долговечность подшипников в большой мере зависит от чистоты сборки. Сборку подшипника необходимо производить чистыми руками и чистым инструментом. До установки подшипник должен быть завернут в чистую бумагу, предохраняющую от попадания в смазку пыли, грязи, кусочков металла и т. п. Если подшипник уже работал, необходимо сразу же после демонтажа промыть его в керосине, затем в бензине с маслом, после чего устанавливать на место. Следует иметь в виду, что грязь и песок, попавшие на беговые дорожки (желобки) в результате небрежного обращения с подшипником в процессе сборки, смешиваясь со смазкой, образуют абразивную массу, вызывающую интенсивный износ шариков (роликов) и самих дорожек, вследствие чего точность и работоспособность подшипника снижаются. Эти повреждения нередко выводят подшипник из строя задолго до появления следов усталостного износа, т. е. досрочно. Для защиты подшипников качения от проникновения в них посторонних веществ из окружающей среды применяют войлочные и манжетные уплотнения (сальники), от качества сборки которых во многом зависит надежность и продолжительность работы подшипников. Войлочный сальник представляет собой кольцо, которое укладывают с натягом в трапециевидную кольцевую канавку корпуса подшипника (фиг. 57). Вследствие эластичности войлока кольцо своей внутренней цилиндрической поверхностью плотно прижимается к шейке вращающегося вала, препятствуя попаданию посторонних частиц и вытеканию масла из подшипника. Войлочные кольца изготовляют из полугрубошерстного материала; для ответственных уплотнений вместо войлока применяют фетр. Войлок, являясь пористым материалом, со временем пропитывается маслом, пылью, песком и другими посторонними частицами, что может привести к усиленному износу шейки вала и течи масла. Поэтому перед сборкой войлочные кольца следует обрабатывать путем пропитки одним из следующих составов: 1) технический говяжий жир; 2) смесь 60% говяжьего жира с 40% касторового масла; 3) смесь 50% резинового жидкого клея с 50% авиабензина. Пропитку сальников производят в специальных баках в течение 15—20 мин. при температуре смеси 45—55°. После пропитки сальники на 15—20 мин. подвешиваются для стекания излишка пропитанного состава. Для ускорения и улучшения процесса заправки войлочных или фетровых уплотнений на передовых заводах применяют специальные приспособления которые позволяют 4 раза повысить производительность на этой операции. Процесс заправки уплотнений с применением приспособления состоит из двух операций: запрессовки войлочного (фетрового) кольца в деталь и окончательного уплотнения кольца в детали с обрезкой излишнего материала. Войлочные уплотнения сравнительно быстро изнашиваются и применяются при окружных скоростях, не превышающих 4 м!сек. Более надежным видом уплотнений являются манжетные сальники. Манжетные сальники по своим конструктивным формам разделяются на кассетные и каркасные. Кассетный сальник (фиг. 58, а) состоит из кассеты (корпуса) 1, в которую укладывают манжету 2 из кожи или маслостойкой резины. На манжету надета замкнутая в кольцо спиральная пружина 3, стягивающая шейку манжеты и прижимающая ее к шейке вала. KoDnyc закрывают крышкой 4, вокруг которой завальцовывают край корпуса сальника. Чтобы получить правильную цилиндрическую форму наружной посадочной поверхности, после сборки сальник калибруют продавливанием через круглое отверстие матрицы. К сборке кассетного сальника предъявляют следующие требования: 1) манжета должна быть плотно зажата в корпусе; проворачивание и перемещение манжеты в корпусе не допускается; 2) между торцом шейки манжеты и крышки должен быть зазор в пределах 0,5—2,0 мм; 3) пружина должна плотно облегать манжету; 4) рванины, трещины и царапины на рабочей поверхности манжеты и посадочной поверхности корпуса не допускаются. Перед установкой кассетные сальники с кожаной манжетой, для обеспечения плотного прилегания манжеты к шейке вала, размягчают в ванне с веретенным маслом при температуре 45—65°. Установку сальника на место производят не позже, чем через 10 мин. после его извлечения из ванны. Каркасный сальник (фиг. 58, б) состоит из каркаса 1, завулканизированного в манжету 2 из маслостойкой резины. В желобок на шейке манжеты вкладывают свернутую в кольцо спиральную пружину 3. Каркасные сальники имеют сравнительно небольшую жесткость, поэтому запрессовку их в корпус необходимо производить при помощи специальной оправки (фиг. 59, а), иначе возможны перекосы. В отдельных случаях по конструкции узла требуется установка сальника торцом манжеты по направлению запрессовки. Для того чтобы при постановке сальника в корпус манжета не выворачивалась, применяют раздвижные или тонкостенные оправки (фиг. 59, б). Оправку вставляют в отверстие манжеты, а затем долевым движением оправки сальник ставят на место. При сборке наружных уплотнений (манжетных или войлочных, фетровых) необходимо следить, чтобы поверхность вала в месте прилегания манжеты была гладкой и без заметных рисок. Кожа для манжетных уплотнений, работающих при высоких скоростях, должна проходить специальную обработку (по данным автозавода имени Огалина, кожу перед установкой надо выдерживать не менее 2 час. в ванне с веретенным маслом или в смеси 50% автола с 50% керосина при 45—55°); на коже не должно быть грубых выступов, складок и трещин. В настоящее время наиболее совершенным манжетным уплотнением являются уплотнения, в которых вместо кожи в качестве уплотнительного элемента используется специально обработанная маслостойкая резина. Эти манжетные уплотнения, характеризующиеся малым коэффициентом трения и хорошей герметичностью, пригодны для работы при жидкой и консистентной смазках. Фиг. 60. Схема игольчатого подшипника.
Особой разновидностью подшипников качения являются игольчатые подшипники, конструктивные формы которых весьма разнообразны. Представление об этих подшипниках дает фиг. 60, на которой видно внутреннее кольцо 1, наружное кольцо 2 и уложенные без сепаратора в пространство между кольцами иглы 3. При сборке игольчатых подшипников иглы укладывают так, чтобы в подшипнике образовались зазоры: 1) радиальный зазор Д, обеспечивающий свободное движение игл между поверхностями колец; 2) окружной или «межигольный» зазор AR, благодаря которому иглы не трутся между собой, и 3) осевой зазор Дос — между концами игл и ограничительными буртами колец. Наличие этих трех зазоров в игольчатом подшипнике делает движение игл свободным и обеспечивает хорошие условия смазывания. В табл. 15 приведены величины радиального зазора Л, которые проф. В. А. Добровольский рекомендует выбирать в зависимости от диаметра подшипника. Таблица 15 Сборку игл в корпусе подшипника целесообразно производить с помощью ложного валика, диаметр которого обычно делают на 1—2 мм меньше наружного диаметра внутреннего кольца. Для удобства и быстроты сборки рекомендуется внутреннюю поверхность наружного кольца смазывать тонким слоем солидола, предохраняющего от рассыпания игл. После того как все иглы будут поставлены, вместо ложного валика вставляют внутренние кольца. Собранный подшипник проверяют на вращение, которое должно быть свободным, без заеданий. Для нормальной и надежной работы игольчатых подшипников рекомендуется их смазывать маслом высокой вязкости или нигролом, применение же солидола или других консистентных смазок исключается. При смазке солидолом подшипники могут быстро вы¬ходить из строя, так как такой вид смазки недостаточно подвижен и поэтому к иглам во время работы не поступает. Кроме того, солидол в каналах сильно затвердевает, образуя пробки, препятствуя прохождению даже жидкой смазки.
