Справочник технолога-машиностроителя 2
Глава 5. ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ

Подшипники качения различают:

по направлению воспринимаемой нагрузки относительно оси вала — радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упор­ные;

по форме элементов качения — шариковые и роликовые, причем ролики могут быть цилиндрическими (короткими, длинными и игольчатыми), коническими, бочкообразны­ми и витыми;

по способности самоустанавливаться при неточном выполнении расточек или при пере­косе вала - самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся;

по способу монтажа — устанавливаемые не­посредственно на шейке вала и устанавли­ваемые на шейке вала с помощью закрепи­тельной втулки.

В зависимости от отношений основных размеров подшипники делят на следующие се­рии: особо легкие, легкие, тяжелые и широкие

Точность размеров, формы и взаимною расположения поверхностей подшипников ус­тановлена ГОСТ 520-71. Этим же ГОСТ установлены следующие классы подшипников: 0, 6, 5, 4, 2. В общем машиностроении приме­няют подшипники классов 0 и 6. В изделиях высокой точности и с большой частотой вра­щения (шпиндельные узлы скоростных стан­ков, высокооборотные электродвигатели и др.) используют подшипники классов 5 и 4. Под­шипники класса 2 применяют в основном в ги­роскопических приборах.

Долговечность подшипников зависит от правильного выбора посадок и монтажа под­шипниковых узлов. Поля допусков подшипни­ков в зависимости от вида нагружения колец подшипников даны в табл. 25. Неправильно выбранные посадки, перекосы при монтаже, повреждения и загрязнения при сборке могут вызвать преждевременный выход подшипника из строя.

Основные требования к сопрягаемым с подшипниками деталям по шероховатости поверхности, величине торцового биения за­плечиков и отклонениям от правильной геоме­трической формы посадочных поверхностей установлены ГОСТ 3325-55 и приведены в табл. 26.

Высота заплечиков вала и корпуса должна быть достаточной для надежной фиксации подшипника в осевом направлении и в то же время должна обеспечивать возможность съе­ма подшипника при демонтаже узла, В том случае, когда второе требование не может быть выполнено,  необходимо  предусматриватъ расположенные под углом 120º пазы под лапы съемников.

Радиус галтели у заплечиков вала и корпу­са должен быть меньше радиуса галтели под­шипника для обеспечения касания торца коль­ца и упорного буртика.

Особое внимание следует обращать на обеспечение соосности расточек и посадочных шеек валов при установке несамоустанавливающихся подшипников. Причиной отклоне­ния от соосности расточек в корпусах могут явиться остаточные напряжения в литых заго­товках, а также напряжения, приобретенные в процессе черновой расточки отверстий. По­этому корпусные детали для монтажа под­шипников классов 5 и 4 следует подвергать старению. При запрессовке подшипников на вал с большими натягами происходит уменьшение зазора е между беговой дорожкой и те­лами качения или даже защемление последних. И то и другое может явиться причиной пре­ждевременного выхода подшипника из строя. Уменьшение зазора Δ_е' рассчитывают по фор­муле

где δ — номинальный натяг в сопряжении кольца подшипника с валом; d — номи­нальный диаметр отверстия внутреннего коль­ца подшипника; k = d/d_н; d_н — наружный диа­метр приведенного внутреннего кольца под­шипника, имеющего в сечении прямоугольную форму при той же ширине и площадь, равную площади реального кольца.

Приближенно можно считать, что умень­шение зазора составляет (0,55—0,6)δ при за­прессовке внутреннего кольца и (0,65—0,7)δ при запрессовке наружного кольца в корпус.

Если по условиям эксплуатации возможен неодинаковый нагрев колец подшипника, то это может привести к уменьшению радиально­го зазора на величину Δ_е" = 1,1 · 10^-5d₁t, где d₁ — диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника; t — разность темпера­туры внутреннего и наружного колец. Факти­ческий зазор, равный е — Δ_е' — Δ_е", не должен быть меньше минимального зазора, опреде­ляемого техническими условиями на подшип­ник.

Монтаж подшипников. Перед сборкой под­шипники должны быть очищены от защитной смазки, грязи и посторонних частиц. Для это­го их тщательно два-три раза промывают в 6%-ном растворе минерального масла, в бензине или в горячих (70 — 75ºС) антикорро­зионных водных растворах. Для снятия стати­ческого заряда рекомендуется добавлять в бензин антистатическое вещество — сигбол (ТУ 38-40125-71). Для очистки мелких под­шипников применяют ультразвуковой способ.

После промывки подшипник проверяют на легкость вращения и шум. Для этого подшип­ник удерживают за внутреннее кольцо в гори­зонтальном положении, вращая наружное кольцо. Вращение должно быть легким и плавным.

При внешнем осмотре не должно быть об­наружено на подшипниках качения и поса­дочных поверхностях корпусов и валов следов коррозии. На этих поверхностях не допу­скаются забоины, задиры, царапины.

При посадке подшипников усилие следует прикладывать к тому кольцу подшипника, которое устанавливается с натягом. Во избежа­ние перекосов прикладываемое усилие должно быть равномерно распределено по всему тор­цу кольца. Для этого используют специальные оправки (рис. 51, а - в). Запрессовку можно вы­полнять на прессе или ударами молотка. В том случае, когда запрессовывают оба коль­ца подшипника, усилие запрессовки приклады­вают одновременно к торцам обоих колец с помощью специальной оправки (рис. 51, в).

Усилие запрессовки, Н,

где δ_ф - фактический натяг, мм; Е — модуль упругости, МПа (2,12·10⁵); В — ширина на­прессовываемого кольца, мм; f —коэффициент трения (при напрессовке f = 0,1 ÷ 0,15; при снятии кольца  здесь ; d — номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца, мм; D — наружный диаметр подшипника, мм.

Фактический натяг всегда меньше номи­нального. Его определяют по формуле δ_ф = δ-1,2 (R_zд + R_zп), где R_zд и R_zп - средние высоты микронеровностей сопрягаемых по­верхностей детали и подшипника. Ориентиро­вочно величину фактического натяга можно принимать δ_ф = 0,8δ.

Установка подшипников качения облег­чается при использовании метода теплового воздействия. Подшипник нагревают в масля­ной ванне в течение 15—20 мин и в горячем виде устанавливают на вал. При этом натяг уменьшается на величину Δtad, где Δt — раз­ность температур подшипника и вала; а — коэффициент линейного расширения, рав­ный для стали 1,1 · 10^-5, и d — внутренний диа­метр подшипника.

Для полной компенсации натяга темпера­турным расширением деталей разность темпе­ратур Δt сопрягаемых с натягом деталей дол­жна быть Δt ≥ δ/аd.

Температура нагрева подшипника не дол­жна превышать 100°С; при более высокой температуре возможно ухудшение механиче­ских свойств материала подшипника. Если столько одного нагрева подшипника недоста­точно для компенсации натяга, дополнительно охлаждают вал. Метод охлаждения особенно целесообразен при запрессовке подшипника в корпус, так как наружное кольцо обладает меньшей жесткостью и при значительных на­тягах возможен перекос кольца в расточке корпуса. Нагрев корпуса осуществляют погружением его в масляную ванну (при небольших габаритах) или обдувкой горячим воздухом.

Заданную температуру нагрева подшипни­ков при сборке 60-100°С обеспечивают при­менением электрических регуляторов темпера­туры масляной ванны.

Охлаждают подшипники и валы до темпе­ратуры минус 75 - 77 °С в термостатах с сухим льдом.

При монтаже нагретый подшипник устана­вливают на вал и досылают на место с не­большим осевым усилием. Аналогично устана­вливают охлажденный подшипник в корпус.

При сборке подшипников качения особое внимание следует обращать на чистоту рабо­чего места, сборочных приспособлений и со­прягаемых деталей.

При монтаже крупногабаритных подшип­ников в разъемные корпуса обычно проверяют по краске прилегание наружного кольца к по­садочной поверхности. Площадь касания дол­жна составлять не менее 75 % общей площади поверхности. В случае плохого прилегания по­садочные места пришабривают.

После установки подшипников на вал прове­ряют фактическую величину радиального зазора в подшипнике. Для этого используют приспособление, схема которого показана на рис. 52. Величина радиального зазора е ра­диальных шарикоподшипников может быть определена и по величине осевого зазора е₀ по формуле

где r — радиус желоба; d_ш — диаметр шарика.

Плотность касания подшипником торцов заплечиков вала или корпуса проверяют с по­мощью щупа.

После запрессовки кольца упорного под­шипника на вал с помощью индикатора про­веряют отсутствие осевого биения беговой до­рожки подшипника, а также плотность приле­гания его к заплечику вала.

При монтаже шпинделей металлорежущих станков и в ряде других случаев повышение жесткости опор и уменьшение вибраций в ра­боте достигают путем устранения радиально­го зазора в шарикоподшипнике, создавая при этом предварительный натяг.

Натяг получают за счет взаимного осевого смещения колец подшипника, которое дости­гается установкой между кольцами втулок 1 и 2 разной длины (рис. 53, а). Предварительно в специальных приспособлениях при действии осевой нагрузки Q определяют разность рас­стояний h₁ и h₂ между внутренними и на­ружными кольцами (рис. 53,б,в) и изгото­вляют втулки соответствующей длины.

Монтаж прецизионных узлов с подшипни­ками качения в станкостроении имеет свою специфику. Перед сборкой проверяют ра­диальное биение посадочных шеек шпинделя и делают отметку в месте наибольшего бие­ния. Аналогично контролируют подшипники и отмечают места наибольшего биения на вну­тренних и наружных кольцах.

С целью уменьшения радиального биения шпинделя в собранном узле подшипники в процессе сборки устанавливают на шпиндель и в пиноль так, чтобы места наибольшего бие­ния всех внутренних и наружных колец под­шипников лежали соответственно в одной ра­диальной плоскости и в одном направлении. При этом внутренние кольца подшипников устанавливают на шейки шпинделя таким образом, чтобы наибольшие радиальные бие­ния шарикоподшипников и посадочных шеек шпинделя были направлены в противопо­ложные стороны. Подбором подшипников обеспечивают натяг до 0,002 мм при установке на шпиндель и зазор до 0,002 мм при посадке по отверстию в пиноли.

Шпиндельные узлы прецизионных координатно-расточных станков иногда монтируют на цилиндрических роликовых подшипниках собственного изготовления. Наружные кольца подшипников обрабатывают окончательно в сборе с гильзой, внутренние кольца — в сбо­ре со шпинделем. При установке внутреннего кольца на шпиндель, наружного в корпус ис­пользуют метод теплового воздействия: вну­треннее кольцо нагревают в масле при темпе­ратуре 80 °С, а наружное кольцо охлаждают в вихревой холодильной установке до темпе­ратуры -50ºС.

Ролики поступают на сборку рассортиро­ванными по группам. Путем подбора роли­ков обеспечивается радиальный натяг 2 мкм.

В прецизионных шпиндельных узлах ис­пользуют также двухрядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами и с конусным отверстием во внутреннем кольце. Радиальный зазор (натяг) в этих подшипниках регулируется смешением внутреннего кольца по конусной шейке шпинделя.

Для измерения монтажного радиального зазора в этих подшипниках применяется при­способление, показанное на рис, 54. Приспосо­бление состоит из разрезного пружинящего кольца 1, имеющего две диаметрально-симме­тричные поверхности на дуге 90°. Благодаря пружинящим свойствам кольцо находится в контакте с подшипником, устанавливаемым внутри. Диаметр рабочих поверхностей кольца изменяется регулировочным винтом. С по­мощью нутромера фиксируют диаметр бего­вой дорожки наружного кольца. Затем нутро­мер помещают внутрь разрезного кольца приспособления и с помощью регулировочно­го винта устанавливают диаметр, равный диа­метру дорожки качения наружного кольца с учетом натяга. Стрелку прибора приспосо­бления при этом устанавливают на 0. Далее соответствующее внутреннее кольцо с ком­плектом роликов надевают на коническую часть шпинделя. Измерительное приспособле­ние надевают на комплект роликов и переме­щением внутреннего кольца по конической шейке добиваются аналогичного показания прибора. Тогда диаметр роликов будет со­ответствовать диаметру беговой дорожки на­ружного подшипника с учетом натяга. После этого шпиндель с внутренним кольцом под­шипника и комплектом роликов осторожно вводят, вращая, внутрь гильзы, чтобы не по­вредить беговых дорожек наружного кольца.

Предварительный натяг в упорных под­шипниках шпиндельных узлов прецизионных станков создают следующим образом. Со­бранный шпиндельный узел с гильзой устана­вливают на специальный стенд. Далее с по­мощью динамометра создают осевую нагруз­ку, равную 80% общей осевой нагрузки, обеспечивающей регламентированный натяг в упорных подшипниках, а 20% нагрузки со­здают затяжкой гайки динамометрическим ключом. В этом случае колебания суммарной силы вследствие переменной величины коэф­фициента трения при затяжке получаются ми­нимальными.

Монтаж игольчатых некомплектных (без колец) подшипников осуществляют нескольки­ми способами. Если торен подшипника от­крыт, то иглы вводят в зазор между валом и корпусом до набора всего комплекта. Если торцы подшипника недоступны для монтажа, то иглы в отверстие охватывающей детали устанавливают с помощью монтажного вали­ка 3 (рис. 55), диаметр которого на 0,1 — 0,2 мм меньше собираемого вала (оси). Для того чтобы иглы не выпадали из зазора, в от­верстие детали 2 наносят тонкий слой конси­стентной смазки. После этого собранную группу вставляют в корпус 1 и вводят в него рабочий вал 4, выталкивая при этом мон­тажный валик 3. Комплектные игольчатые подшипники запрессовывают в корпус с по­мощью прессов

Во всех случаях, когда позволяют габа­риты изделий, установку подшипников следует выполнять на прессах с использованием при­способлений, обеспечивающих надежное бази­рование собираемых деталей (рис. 56). Базиро­вание подшипника 1 и корпуса 2 при сборке осуществляют при помощи ступенчатой оправки, что исключает перекос сопрягаемых деталей. Если базирование подшипника при сборке затруднено [например, при запрессовке наружного кольца роликоподшипника (рис. 57)], то в конструкции приспособления должна быть предусмотрена возможность самоустановки кольца при сборке. Это достигается обычно применением сферической опоры, на которую устанавливают корпус. В приспособлении (рис. 57) сферическая опора 1 компенсирует неперпендикулярность опорно­го торца посадочной поверхности корпуса 2, предотвращая тем самым перекос наружного кольца роликоподшипника 3 при запрессовке.

Если габариты изделия не позволяют уста­новить его на стационарный пресс, применяют переносные пневматические или гидравличе­ские приспособления. Одна из конструкций подвесной скобы, применяемой при сборке ко­робок передач, показана на рис. 58. С по­мощью данного приспособления осущест­вляют напрессовку на вал и установку в корпус одновременно двух подшипников. Для этого на вал 4 вручную устанавливают подшипники 3, подводят скобу, винтовым устройством выдвигают опору 5 и создают давление масла в рабочих полостях сдвоенно­го цилиндра 6. Усилие от штока цилиндра че­рез рычаг 1 передается на оправку 2 и проис­ходит запрессовка.

Крупногабаритные подшипники качения устанавливают на валы с помощью спе­циальных гидравлических приспособлений, за­крепляемых непосредственно на валу. Мон­тажное приспособление (рис. 59) закрепляют сменной переходной втулкой на резьбовом хвостовике вала, с помощью ручного насоса масло нагнетается в рабочую полость А цилиндра 1, и на поршне 2 развивается необхо­димое усилие запрессовки.

Для напрессовки крупногабаритных под­шипников удобны гидравлические гайки (рис. 60), навертываемые на резьбовой хвостовик вала или закрепляемое торцовым винтом. На рис. 60 условно показаны оба способа закре­пления.

Регулирование осевых зазоров в подшипни­ках. Если вал устанавливают на радиально-упорных и упорных подшипниках, то для их нормальной работы необходимо отрегулировать оптимальную величину осевого зазора. Допускаемые пределы осевой игры для кони­ческих роликоподшипников и радиально-упорных подшипников даны в табл. 27 и 28. Указанные величины осевой игры рекомен­дуются для подшипников класса точности 0, причем данные для ряда I относятся к схеме установки подшипников по два на опоре, а для ряда II — по одному.

Допускаемые пределы осевой игры для двойных и сдвоенных упорных подшипников приведены в табл. 29.

Регулирование осевого зазора в радиально-упорных подшипниках осуществляется смеще­нием наружного кольца в осевом направлении. Это достигается установкой прокладок под крышку подшипника, применением подшлифовываемых колец или с помощью регулиро­вочных винтов и гаек. При определении толщины прокладок или толщины установочного кольца подшипниковый узел собирают без прокладок (в первом случае) или с заведомо более широким установочным кольцом (во втором случае) и затягивают крышку до по­явления заметного торможения вала. При этом зазоры в подшипнике будут выбраны. После этого замеряют зазор между торцом крышки и корпусом и с учетом требуемой осе­вой игры подшипников определяют толщину прокладок или толщину установочного коль­ца.

При регулировании зазоров в подшипниках винтами или специальными гайками вначале их затягивают до появления заметного тормо­жения вала, а затем отворачивают на угол

φ = (l₀/Р)360°,

где l₀—осевой зазор в подшипнике; Р — шаг резьбы регулировочного винта или гайки.

При заметном нагреве вала необходимо учитывать его тепловое удлинение при опреде­лении осевого зазора. В первом приближении тепловое удлинение вала можно определить по формуле

ΔL = 1,1·10^-5LΔt

где L — расстояние между опорами, мм; Δt — разность температур вала и корпуса.

Демонтаж подшипников качения. При сня­тии с валов или при выпрессовке из корпусов подшипников, годных для дальнейшей экс­плуатации, усилие следует прикладывать толь­ко к тому кольцу, которое смонтировано с на­тягом. Операции по демонтажу подшипников осуществляют при помощи пресса и специальных приспособлений (при большом объеме демонтажных работ), либо с использо­ванием съемников (рис. 61). В ряде случаев для снятия подшипников приходится исполь­зовать различного рода подкладки и демонтажные кольца. На рис. 62 показан демонтаж шарикоподшипника 1 с вала с использованием разъемного демонтажного кольца 2 и съемни­ка 3.

Для демонтажа, в конструкциях подшипни­ковых узлов следует предусматривать техно­логические элементы, значительно упрощаю­щие разборку (рис. 63). Для выпрессовки колец подшипников следует предусматривать резьбовые отверстия, в которые при демонта­же ввертывают винты (рис. 63,а) или вводят выколотку (рис. 63,б). Для использования съемников следует выдерживать размеры, по­казанные на рис. 63, в.

При снятии подшипника с закрепительной втулки торец его внутреннего кольца упирают в неподвижно установленную трубу. Отвернув гайку, наносят удары по торцу втулки через выколотку, добиваясь ее выхода из подшипни­ка.

Для снятия крупногабаритных подшипни­ков качения с вала натяг ослабляют путем на­гнетания масла под давлением до 200 МПа в кольцевую канавку на посадочной шейке ва­ла. Для этого в конструкции вала предусма­тривают канал для подвода масла от торца к кольцевой канавке.