Способы фиксации шарикоподшипников в осевом (аксиальном) направлении

Посадки шарикоподшипников

С учетом изложенного в 18.6 установка шарикоподшипников в авиационные электрические машины должна идти с минимальным натягом, а установка с натягом внешнего кольца плавающего шарикоподшипника вообще не приемлема.

Но в то же время, если зазоры при установке колец шарикоподшипников превысят определенные пределы, то это приведет к повышенным вибрациям и как следствие – к преждевременному выходу из строя ш/п. Кроме того, излишне «раззазоренная» посадка ш/п на вал вызывает существенные трудности при балансировке.

При всем этом малая серийности авиационных электрических машин практически исключает возможность селективного подбора ш/п под шейки валов и под гнезда корпусов для получения оптимальных посадок (т.е. там, где надо, натягов, а там, где надо, зазоров в считанные микроны).

 

19.2.1 На основании вышеизложенного практикой установлено, что в подавляющем большинстве случаев приемлемые результаты по посадкам ш/п в авиационных электрических машинах дают посадки, приведенные для гнезд корпусов и шеек валов на Рис. №№ 19.1.1…19.1.5 данной лекции.

 

19.2.2 Так же практикой установлено, что обработка гнезд под ш/п в корпусах из титана должна выполняться по посадке близкой к посадкам G6 и G7 (т.е. с гарантированным зазором) для избежания заклинивания шарикоподшипников, выполняемых из стали, при температурных деформациях (при нагреве).

Минимальная величина гарантированного зазора, оговариваемая в КД, зависит от условий применения, устанавливается по результатам испытаний, и, как правило, колеблется от 0,003 мм до минимальной величины гарантированного зазора посадок G6 и G7. При этом поле допуска соответствующего квалитета сохраняется.

Для справок: ø62G6 соответствует ø62 +0,029

+0,010

ø62G7 соответствует ø62 +0,040

+0,010

 

Дополнительные сведения:

· Все наружные кольца шарикоподшипников имеют допуск от «0 в минус», т.е., например, шарикоподшипник с номинальным диаметром наружного кольца ø62 мм не может иметь наружный диаметр более ø62 мм.

· Все внутренние кольца шарикоподшипников так же как и наружные имеют допуск от «0 в минус», т.е., например, шарикоподшипник с внутренним кольцом, имеющим отверстие с номинальным диаметром ø30 мм, может иметь диаметр отверстия либо ø30,000, либо еще меньше на величину допуска.

 

По причинам, изложенным в 18.6 и 19.2 натяги при установке ш/п в авиационных электрических машинах в подавляющем большинстве случаев должны быть либо минимальными, либо вообще отсутствовать. Исходя из этого и принимая во внимание большие или очень большие величины перегрузок и вибраций при эксплуатации, оставлять шарикоподшипники без фиксации конструктивными элементами нельзя.

 

19.3.1 Основным и наиболее надежным способом крепления ш/п на валах являются гайки с направлением резьб, работающими на закручивание (для нереверсивных машин) при вращении роторов. (См. Рис. 1…15).

Исходя из практики, резьбы следует применять с возможно меньшим шагом, т.к. они дают при затяжке меньший перекос внутреннего кольца ш/п за счет возможности большей деформации резьбы. По этой же причине полезно иметь гайку менее твердую, чем вал. Неперпендикулярность упорных торцев гаек относительно резьб, а также биение резьбы на валах должно составлять 0,03…0,05 мм при замерах относительно среднего диаметра резьб для диаметров около 30 мм.

Практикой установлено, что при выполнении гаек и резьб на валах с приведенными выше неперпендикулярностями и биениями, решающее влияние на перекос внутренних колец ш/п продолжает оказывать перпендикулярность опорных буртиков вала под ш/п. Отсюда – жесткие требования по неперпендикулярности (или полному биению) к опорным буртикам под ш/п на валах (см. Рис. 19.1.3 и Рис. 19.1.5).

19.3.2 Основным и наиболее надежным способом фиксации наружных колец ш/п в корпусах являются фланцы различных конструкций (см. Рис. 1…5).

Количество фланцев (1 или 2), служащих для крепления фиксированных ш/п, определяется наличием или отсутствием опорных буртиков под ш/п в гнездах корпусов. Возможность выполнения опорного буртика вытекает из выбранного способа обработки гнезда конкретной машины. В свою очередь, способ обработки выбирается исходя из требований предъявляемых к гнезду (см. Рис. 19.1.1, 19.1.2 и 19.1.4), которые определяются, в первую очередь, ресурсом машины.

При этом конструкция фланцев определяется (кроме наличия или отсутствия опорного буртика под ш/п в гнезде) еще и их дополнительными функциями (например, образованием «карманов» для смазки).

При двух фланцах (т.е. когда гнездо выполняется без опорного буртика) конструкцию фланцев в основном определяет один из двух выбранных способов обеспечения перпендикулярности опорного торца к гнезду.

 

 

19.3.2.1

Фланец в этом случае только повторяет неперпендикулярность торца гнезда по отношению к гнезду и при обработке фланца выдерживается только плоскостность опорного торца фланца.
Способ обеспечения перпендикулярности опорного торца фланца к гнезду, когда перпендикулярность обеспечивается обработкой торца гнезда.

 
 

 

19.3.2.2

При этом, как уже указывалось в дополнительных сведениях лекции №14, считается, что деталь хорошо центрируется при соотношении длины посадочной поверхности к диаметру как 1,5…2:1, а по мере уменьшения этого соотношения и уменьшения натяга в посадке (посадка, как правило, переходная напряженная – см. 14.2.1), возрастает влияние неперпендикулярности опорного торца гнезда на перекос наружного кольца ш/п.
 
 

Способ обеспечения перпендикулярности опорного торца фланца к гнезду, когда перпендикулярность обеспечивается отчасти за счет перпендикулярности торца фланца к его посадочной поверхности (цилиндрической) в гнездо.

 

 

Второй фланец в этих случаях, как и в случае наличия в гнезде опорного буртика, служит для прижатия наружного кольца ш/п к опорной поверхности.

Дополнительные сведения:

· Закрепление колец ш/п стопорными шайбами не гарантирует поджим колец к опорным поверхностям, приводит к перемещениям колец по посадочным поверхностям и их взаимному износу и, как следствие, к резкому уменьшению сроков службы ш/п узлов.

· Применение для поджима к опорным поверхностям колец ш/п различных пружин дает хорошие результаты только при незначительных значениях перегрузок и вибраций.

 

19.4 Конструктивные мероприятия улучшающие работу ш/п узлов

 

19.4.1 Одним из двух основных мероприятий, улучшающих работу ш/п узлов, является уменьшение перекосов колец ш/п за счет введения совместной обработки гнезд под ш/п (сущность см. в 13.9).

Но в то же время, изначально закладывать в конструкцию достаточно трудоемкую совместную обработку, целесообразно только в технически обоснованных случаях, т.е. в машинах большого ресурса.

Во всех остальных случаях имеет смысл руководствоваться сведениями по перекосам, изложенным в 14.1, но при этом предусмотреть возможность применения совместной обработки без существенной переработки конструкции.

Пример конструкции, отвечающей изложенному выше – см. лекция №8, чертеж общего вида (компоновка) №1 – обработка гнезд «раздельная» и лекция №19, чертеж общего вида (компоновка) №2 – обработка гнезд «совместная».

19.4.2 Вторым основным мероприятием является предварительный натяг (иногда говорят: «осевой поджим») ш/п.

Назначение предварительного натяга: свести к минимуму возможность «болтанки» в пределах радиального зазора внутреннего кольца ш/п относительно наружного и заставить шары перемещаться «по одной и той же беговой дорожке, а не накатывать новую колею» в пределах осевого люфта ш/п при каждом обороте ш/п.

С учетом температурных деформаций предварительный натяг ш/п в авиационных электрических машинах создается исключительно пружинами различных конструкций, которые воздействуют на наружное кольцо «плавающего» ш/п. При этом, направление воздействия усилия пружины следует стремиться согласовать с внешними усилиями на ротор со стороны нагрузки и вентилятора, а для машин с продольной составляющей магнитного потока – еще и с электромагнитными усилиями.

19.4.2.1 Сущность предварительного натяга.

 

19.4.2.2 Усилие предварительного натяга.

По данным SKF

F=kd

где F – сила предварительного натяга, Н

k – коэффициент

d – диаметр отверстия внутреннего кольца ш/п, мм

 

 

Коэффициент “k” обычно принимают равным от 5 до 10. При необходимости защиты ш/п от вибрации в неподвижном состоянии (контактной коррозии), “k” увеличивают и принимают равным 20.

Для справок: SKF – международная промышленная группа, имеющая более 70 заводов по всему миру. SKF – признанный мировой лидер по подшипникам.

 

По данным отечественных разработчиков авиационных электрических машин

F=2…2,5 Мрот.

F – сила предварительного натяга, кг

Мрот. – масса ротора, кг

Сравнительный анализ усилий, рассчитанных по формуле SKF и по формуле отечественных разработчиков показывает, что результаты расчетов близки при нагрузках на ш/п со стороны массы ротора близких к предельным. При «легких» роторах, исходя из практики, более стабильные результаты дают усилия, близкие к усилиям, рассчитанным по формуле SKF.

Пример реализации введения предварительного натяга – см. лекция №8, чертеж общего вида (компоновка) №1 – без предварительного натяга ш/п и лекция №19, чертеж общего вида (компоновка) №2 - с предварительным натягом ш/п.

19.4.3 Мероприятия, предназначенные для уменьшения износа гнезд под ш/п.

Суть этих мероприятий сводится к исключению проворота и «болтанки», возможных из-за монтажных зазоров и эксплуатационных зазоров, наружных колец «плавающих» ш/п в гнездах.

19.4.3.1

Способ весьма надежен и годится для машин любой мощности, но зачастую приводит к увеличению габаритов и несколько усложняет применение предварительного натяга ш/п. δ1 и δ2 – гарантированные зазоры
Фиксация наружного кольца «плавающего» ш/п по торцам.

19.4.3.2 Фиксация наружного кольца «плавающего» ш/п по цилиндрической поверхности кольцами уплотнительными.

 
 

Этот способ менее надежно, чем 19.4.3.1, фиксирует от проворота, т.к. практически всегда в монтажных зазорах присутствует смазка. Кроме того, резко уменьшается опорная поверхность гнезда под ш/п (по данным SKF она должна составлять на менее 85% внешней поверхности наружного кольца). Применение стандартных колец уплотнительных затруднено по причине их больших габаритов.

Данный способ в крупных машинах применения не находит. Неплохо зарекомендовал себя в машинах с легкими роторами.

19.4.3.3 Фиксация наружного кольца «плавающего» ш/п по цилиндрической поверхности плоской пружиной, имеющей гофры в виде «змейки».

Пружина (фрагмент)
 
 

Способ близкий к 19.4.3.2, но более надежен в плане долговечности упругого элемента.

 

 

Асинхронный электродвигатель

Чертеж общего вида (компоновка) №2