проектирование подшипниковых опор ч2

Проектирование подшипниковых опор. часть 2 Подшипники скольжения

70 руб.

Категория: Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
Описание товара

Проектирование подшипниковых опор часть 2 Подшипники скольжения

         Основным элементом любого вала, позволяющим выполнять его основную функцию поддержание и передачу вращательного движения, являются его опоры. Опоры вала должны, воспринимая действующие на них нагрузки обеспечивать с требуемой точностью положение вала при его вращении с определенной скоростью. В зависимости от величины направления и продолжительности во времени действия сил, а также от размеров, точности и положения в пространстве вала опоры находятся в различных условиях эксплуатации и соответственно имеют различную конструкцию для выполнения предъявляемых к ним требований. В качестве опор валов применяются различного типа подшипники, которые в первую очередь делятся на две основных группы по характеру трения между вращающимися поверхностями вала и опоры это подшипники качения и подшипники скольжения.
Несмотря на ряд существенных преимуществ подшипников качения им присущи следующие недостатки: повышенный нагрев при работе на больших скоростях, низкий ресурс при работе в условиях ударных нагрузок, большой диаметральный размер. Всех этих недостатков лишены подшипники скольжения.
Подшипник скольжения представляет собою постоянно или периодически смазываемую втулку, которая чаще всего изготавливается из бронзы, и запрессовывается в корпусную деталь с определенным натягом, таким образом, что между ее отверстием и наружной цилиндрической поверхностью вала создается необходимый зазор, обеспечивающий требуемые условия контакта втулки и вращающегося вала. Подшипники скольжения могут при обеспечении необходимого зазора и условий смазки работать при высоких скоростях, при определенном диаметре и длине посадочного места вала, а также удовлетворительно воспринимать ударные нагрузки и имеют значительно меньший, чем подшипники качения радиальный размер.
Подшипник скольжения, как опора вращающегося вала, может работать в трех режимах трения, жидкостное трение, полужидкостное трение и полусухое трение. Жидкостное трение имеет место только при наличии между валом и подшипником постоянного слоя смазки, толщина которого не должна быть меньше допустимой величины. Обеспечивается это гидродинамически, за счет создания масляного клина между вращающимся валом и втулкой при их определенных параметрах, или гидостатически, за счет непрерывной подачи смазки под давлением от насоса. При полужидкостном трении сплошная масляная пленка меду валом и втулкой отсутствует, и они соприкасаются на незначительных участках своими неровностями, что увеличивает трение в опоре вала.
Режим работы подшипников скольжения в условиях жидкостного трения, как правило, обеспечивается в опорах высокоскоростных валов, к которым предъявляются повышенные требования по точности вращения и жесткости, например шпиндели шлифовальных станков. В основном подшипники скольжения работают в режиме полужидкостного трения, а малоответственные привода, используемые для вспомогательных периодических перемещений могут работать и в режиме полусухого трения.

Подшипники полужидкостного и полусухого трения

Все опоры полужидкостного и полусухого трения независимо от режима работы, конструкция подшипников скольжения, работающих в условиях полужидкостного и полусухого трения, состоит из двух основных деталей корпуса цельного или разъемного (см. Рис. 1) и втулки, или вкладыша (см. Рис. 2, 3).

 

Рис. 1. Конструкции подшипников скольжения.

        В зависимости от типа корпуса конструкция подшипников скольжения может быть следующей:
– подшипники скольжения с корпусом на лапах с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 1а), конструкция и размеры которых определены ГОСТ11521-82,
– подшипники скольжения, имеющие фланцевый корпус с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 1б), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11522-82,
– подшипники скольжения, имеющие фланцевый корпус с тремя крепежными отверстиями (см. Рис 1в), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11523-82,
– подшипники скольжения, имеющие фланцевый корпус с четырьмя крепежными отверстиями (см. Рис 1г), конструкция и размеры которых определены
ГОСТ 11524-82,
– подшипники скольжения, имеющие разъемный корпус с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 51), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11607-82,
– подшипники скольжения, имеющфие разъемный корпус с четырьмя крепежными отверстиями (см. Рис 1д), конструкция и размеры которых определены
ГОСТ 11608-82,
– подшипники скольжения, имеющие разъемный наклонный корпус с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 1е), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11609-82,
– подшипники скольжения, имеющие разъемный наклонный корпус с четырьмя крепежными отверстиями, конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11610-82.

            При этом, типы и основные размеры металлических втулок определены ГОСТ 1978-81, согласно которого втулки могут быть, гладкими и с буртом (см. Рис 2) и ГОСТ 11525-82, который распространяется на гладкие металлические втулки для неразъемных корпусов подшипников скольжения по ГОСТ 11521-82, ГОСТ 11522-82, ГОСТ 11523-82, ГОСТ 11524-82 (см. Рис 2). Конструкция и размеры вкладышей для подшипников скольжения с разъемными корпусами определены ГОСТ 11611-82 (см. Рис 3).

Рис. 2 Типы втулок подшипников скольжения.

Рис. 3. Конструкция вкладышей подшипников скольжения.

         Кроме того технические требования на корпуса подшипников скольжения определены ГОСТ 25106-82, а технические требования на втулки и вкладыши ГОСТ 25105-82. В качестве материалов для втулок подшипников скольжения применяются различные антифрикционные материалы:
– бронзы (оловянные, оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-цинковые,       алюминиево-железные),
– антифрикционные чугуны (АЧК, АЧС),
– баббиты (высокооловянные, низкооловянные, свинцово – оловянные,       безоловянные, кодмиевые, алюминиево-оловянные),
– алюминиевые сплавы (АЛ, АК),
– медные сплавы,
– металлокерамика,
– неметаллические материалы (текстолит, поликарбонат, капролон, тефлон),
– углеграфиты.
При этом стандартами определены типы и основные размеры втулок и вкладышей подшипников скольжения из следующих материалов:
– втулки и вкладыши тонкостенные биметаллические по ГОСТ 24832-81,
– вкладыши тонкостенные с буртами и без буртовпо ГОСТ ИСО 3548-2002,
– свертные втулки по ГОСТ27672-88,
– свертные втулки с антифрикционным слоем из фторопласта – KV
по ГОСТ 28773-90,
– свертные втулки с антифрикционным слоем из полиацетала – KX
по ГОСТ 28774-90,
– втулки из медных сплавов по ГОСТ 29201-91

Научно обоснованной теории, описывающей процесс полужидкостного и полусухого трения в подшипниках скольжения к сожалению нет, нет и методики их расчета. 

       Где, f коэффициент трения, который для различных материалов колеблется в следующих пределах:
– оловянные баббиты …………………0,01-0,02,
– винцовые баббиты…………….……0,015 – 0,025,
– свинцовая бронза…………………….0,02 – 0,03,
– алюминиевые сплавы………………..0,03 – 0,04,
– бронза БрАЖ…………………………0,04 – 0,05,
– антифрикционный чугун…………….0,05 – 0,08
Таким образом для подшипников скольжения работающих в режиме полужидкостного и полусухого трения определяющими показателями являются диаметр и длина опорной поверхности, изменение которых в сторону увеличения или уменьшения позволяет сконструировать подшипник удовлетворяющий критериям р и рv . Однако при этом не следует значительно увеличивать длину опорной поверхности подшипника поскольку это ведет к ужесточению требований по соосности опорных поверхностей вала и корпуса, а необеспечение требуемой соосности приводит к преждевременному износу кромок втулки скольжения, уменьшению ее опорной поверхности и как следствие к росту утечек смазки через увеличившийся зазор. Пример необходимого ужесточения требований несоосности для вала диаметром d = 100 мм, при расстоянии между опорами L = 500-600 мм, и зазоре между валом и втулкой определяемом посадкой H8/f8 в зависимости от длины опорной поверхности подшипника скольжения l приведены в таб. 2.

       Необходимо также помнить, что уменьшение величины pv, за счет снижения удельного давления р, путем увеличения диаметра вала, результата на дает, поскольку с увеличением диаметра вала пропорционально растет линейная скорость V. Поэтому когда опора вала, где установлен подшипник скольжения не проходит по критериям р и рv, а это имеет место в тяжело нагруженных скоростных приводах, необходимо либо применять для втулки подшипника более дорогостоящий материал, но с более высокими характеристиками р и рv, или создавать для работы подшипника условия жидкостного трения, что также усложняет конструкцию опоры.
Важную роль в обеспечении надежной и долговечной работы подшипника скольжения играет конструктивное расположение точки (отверстия) подвода смазки в пару трения вал – втулка по отношению к направлению действия радиального усилия на подшипниковую опору.
Правильным угловым положением отверстия для подвода смазки по отношению к оси действия радиальной нагрузки является угол 30 – 45° по обе стороны по отношению к нагрузке (см. Рис. 4а). При подводе смазки через центральное отверстие вала в нем выполняют три равномерно расположенных по периметру радиальных смазочных отверстия (см. Рис. 4б). При вращающейся втулке подшипника скольжения смазку подводят через центральное сверление и радиальное смазочное отверстие в валу как показано на Рис. 4в.

Рис. 4. Место расположения точек подвода смазки.

          Важным параметром подшипника скольжения, как уже говорилось ранее, является зазор в соединении вал – втулка, особенно для тяжело нагруженных и высокоскоростных приводов. Поэтому в таких ответственных подшипниковых опорах, применяются, как правило, разъемные подшипники скольжения, конструкция которых предусматривает возможность регулировки радиального зазора как при первоначальной сборке и наладке опоры, так и для компенсации износа трущихся поверхностей в процессе его эксплуатации за счет установки комплекта прокладок 1, которые обычно изготавливаются из листовой латуни толщиной 0,05 мм (см. Рис. 5). При этом, между поверхностью вала и прокладками оставляют зазор S = 0,2 – 0,5мм.

Рис. 5. Регулировка радиального зазора
в подшипнике с помощью прокладок.

             Для обеспечения точной регулировки зазора и необходимого расположения оси вала применяется соединение вала со втулкой в подшипнике скольжения по конической поверхности, в которой втулка имеет возможность принудительного осевого перемещения посредством контактирующей с ней гайки (см. Рис. 6а). Возможность такой регулировки зазора можно получить при выполнении наружной поверхности втулки подшипника скольжения конической поверхностью и ответной конической поверхностью корпуса, в который она устанавливается (см. Рис. 6б). С целью увеличения диапазона регулировки и придания опоре вала лучших демпфирующих свойств втулки подшипника скольжения выполняются разрезными или контактирующими с поверхностью корпуса только узкими выступами, имеющими цилиндрическую наружную поверхность (см. Рис. 6в).

Рис. 6. Коническое соединение вала со втулкой.

            Для создания нормальных условий работы подшипников скольжения, исключающих повышенные перекосы вала в местах подшипниковых опор, особенно для длинных валов, или валов, которые в силу специфики своей работы подвержены увеличенному прогибу, применяются сферические подшипники скольжения (по аналогии с подшипниками качения). Конструкция подшипника скольжения, который обладает способностью самоустанавливаться за счет выполнения наружной поверхности его корпуса в виде сферы показана на Рис. 7а. На Рис. 7б показана конструкция самоустанавливающегося подшипника скольжения, обеспечиваемая за счет наличия в его корпусе четырех            цилиндрических пальцев, контактирующих с ответными продольными пазами в станине.

Рис. 7. Самоустанавливающиеся подшипники скольжения.

          Помимо радиальных подшипников скольжения в конструкциях различных механизмов, содержащих валы, воспринимающие осевые нагрузки, применяются (по аналогии с подшипниками качения) упорные или торцевые подшипники скольжения. Конструкция упорного подшипника скольжения состоит из корпуса, имеющего форму стакана, в котором помимо радиального подшипника скольжения, на дне помещен вкладыш (шайба) из антифрикционного материала, в верхнюю плоскость которого упирается торец вращающегося вала (см. Рис. 8). Расчет и последующий выбор конструктивных параметров подятника упорного подшипника скольжения выполняется как и для радиального подшипника скольжения по критерию р и рv, рассмотренного ранее. Материалы для подпятников используются такие же, как и для радиальных подшипников скольжения, но для тяжело нагруженных валов при наличии обильной смазки подпятники могут изготавливаться из закаленной стали.

Рис. 8. Упорный подшипник скольжения.

     Упорные подшипники скольжения могут применяться как в подшипниковых опорах вертикальных так и в опорах горизонтальных валов, при этом часто они применяются в комплекте с радиальным подшипником скольжения, или втулка радиального подшипника выполняется с буртом увеличенного диаметра, который выполняет функции упорного подшипника.

         На Рис. 9а показана косозубая шестерня, воспринимающая радиальные и осевые нагрузки и поэтому установленная на оси посредствам совмещенного радиально-упорного подшипника скольжения, выполненного в виде втулки с увеличенным буртом 1. При этом, для улучшения условий работы упорного подшипника между ним и корпусом установлена стальная закаленная шайба 2. Упорные подшипники скольжения, применяемые в подшипниковых опорах длинных валов или валов работающих при повышенных температурах, особенно если корпуса опор изготовлены из алюминиевых сплавов выполняются таким образом, чтобы между упорным буртом втулки и контактирующей с ней деталью оставался зазор S для компенсации погрешности линейных размеров вала и соединяемых с ним деталей и для компенсации температурных изменений размеров деталей привода (см. Рис. 9б). Для обеспечения при сборке требуемой величины осевого зазора в упорном подшипнике без выполнения замеров деталей поступающих на сборку используются компенсационные шайбы 1, предварительно выполненные в требуемый размер, которые поступают на сборку в комплекте с кольцом, запирающим подшипник (см. Рис. 9в). Упорные подшипники, устанавливаемые на тяжело нагруженных валах испытывающих большие изгибные нагрузки применяются совместно со сферическими шайбами, позволяющими свести к минимуму возникающие в этом случае кромочные нагрузки в подшипнике (см. Рис. 9г).

Рис. 9. Упорные и радиально – упорные подшипники скольжения.

              Подшипники скольжения также как и подшипники качения оказывают влияние на точность положения оси вала. Подшипник скольжения состоит из одной втулки, неподвижно установленной в корпусе машины и поэтому радиальное биение ее базовых поверхностей, в отличии от вращающихся внутренних колец подшипников качения, не оказывает влияния на радиальное биение установленного на них вала. Однако, радиальное биение подшипников скольжения, по аналогии с наружными кольцами подшипников качения, приводит к перекосу оси установленного на них вала, величина которого рассчитывается по аналогии с подшипниками качения по формуле приведенной ранее. При этом торцевое биение упорных заплечиков втулок подшипников скольжения оказывает влияние на торцевое биение установленного на них вала.

Рис. 10 Размерная цепь В, определяющая радиальное биение зубчатого венца колеса.

На Рис. 10 показан коленчатый вал с расположенным на нем зубчатым колесом, который на подшипниках скольжения установлен в буксах станины и размерная цепь В определяющая радиальное биение зубчатого венца колеса относительно станины.
Размерная цепь В состоит из следующих звеньев:
B1, радиальное биение посадочных мест коленчатого вала,
B2, радиальное биение зубчатого венца колеса относительно его базового отверстия,
, исходное – замыкающее звено, определяющее радиальное биение зубчатого венца колеса относительно оси вращения вала. 

Рис. 11. Размерная цепь Q, определяющая торцевое биение зубчатого венца колеса..

          На Рис. 11 показана размерная цепь Q, определяющая торцевое биение зубчатого венца колеса относительно станины.
Размерная цепь Q содержит следующие звенья:
Q1, торцевое биение упорного
заплечика втулки подшипника
скольжения,
Q2, торцевое биение наружной поверхности щеки коленчатого вала,
Q3,торцевое биение зубчатого венца колеса, вызываемое радиальным биением посадочных мест коленчатого вала,
Q4, торцевое биение зубчатого венца колеса относительно его базового отверстия,
, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее торцевое биение зубчатого венца колеса.

             На Рис. 12 показана конструкция коленчатого вала многопозиционного холодно – высадочного автомата ус. 125 т.с, в качестве опор которого использованы подшипники скольжения работающие в режиме полужидкостного трения.

Рис. 12. Подшипники скольжения коленчатого вала многопозиционного холодно – высадочного автомата

             Коленчатый вал 1, коренные шейки которого установлены на бронзовых втулках 2, расположенных в буксах 3, смонтирован в расточке станины 4 холодно – высадочного автомата. Для исключения зазора в посадке букс 3 в расточке станины 4 предусмотрены клинья 8 с регулировочными болтами 9, при этом наружная поверхность каждого клина 1 обработана совместно с базовой поверхностью буксы 4 и при сборке они применяются только комплектно. На левом конце коленчатого вала 1 посредствам тангенциального шпоночного соединения, состоящего из комплекта клиновых шпонок 11, 12 и неразрезной тангенциальной шпонки (на Рис 12 не показана) установлен маховик 10, который с торца зафиксирован шайбой 14. На правом конце коленчатого вала 1 посредствам призматической шпонки 16 установлено зубчатое колесо 15 привода распределительного вала (см. Рис. 39), которое с торца зафиксировано шайбой 19. Для исключения вытекания смазки со стороны наружных торцев коренных подшипников скольжения в буксах 3 установлены крышки 7 с уплотнениями. Для регулировки зазора S между торцевыми плоскостями буртов втулок 2 и щек коленчатого вала 1 (см. Рис 12, Вид А), между фланцами букс 3 и плоскостью их прилегания в станине 4 устанавливается комплект мерных прикладок 17. На мотылевой шейке коленчатого вала 1 посредствам двух вкладышей 5 установлен сборный шатун 6, состоящий из корпуса и крышки, через которую в радиальный зазор между вкладышами и мотылевой шейкой коленчатого вала подается смазка посредствам штуцера 20, сверловки в крышке шатуна 6, наружной проточки во вкладыше 5 и радиального сверления в нем.
Подвод смазки ко втулкам 2, коренных шеек коленчатого вала 5, осуществляется через отверстие в буксе 3, в котором установлен на резьбе удлиненный штуцер 18, проходящий через соответствующее сверление с станине 4. При этом смазка в радиальный зазор между втулкой 2 и коренной шейкой коленчатого вала 1 поступает через наружную проточку во втулке 2 и два радиальных сверления в ней, расположенные под углом 30 град к вертикальной оси. Характеристика подшипников скольжения рассматриваемого коленчатого вала приведена в таб. 3

             Анализ критериев р и рv подшипников скольжения коленчатого вала, приведенных в таблице показывает, что условия работы вкладышей 5 мотылевой шейки вала характеризуются значительным превышением допустимой величины критерия рv, что несмотря, на некоторую условность этого показателя говорит о том, что данный подшипник будет иметь пониженный ресурс. Поэтому, поскольку конструктивно улучшить этот показатель, ни за счет длины вкладыша и соответственно коленчатого вала, ни за счет замены материала вкладышей не возможно, то необходимо, во-первых обеспечить увеличение объема импульсно подаваемой смазки в данную пару трения, во-вторых выполнить конструкцию соединения коленчатого вала 1 с шатуном 6 с максимальным уровнем ремонтопригодности т. е. обеспечить удобный доступ, быструю разборку и последующую сборку данного элемента конструкции механизма. Чертеж коленчатого вала показан на Рис. 13

Рис 13 Чертеж коленчатого вала с указанием требований по точности

Подшипники жидкостного трения

Подшипники жидкостного трения, как уже говорилось ранее, делятся на два типа, гидродинамические и гидростатические, принципиальное отличие которых состоит в способе создания масляного клина между валом и втулкой скольжения, при этом оба типа подшипников жидкостного трения могут быть радиальными и упорными. Подшипники жидкостного трения применяются в качестве опор валов высокоскоростных и тяжело нагруженных агрегатов, износ которых должен быть минимален, также как и потребляемая агрегатом (приводом) мощность. Поэтому такие подшипники успешно применяются в качестве опор валков прокатных станов, различных турбин, тяжело нагруженных и быстро вращающихся шпинделей металлообрабатывающих станков, а также гироскопических роторов.

Гидродинамические подшипники скольжения

         Гидродинамические подшипники наиболее эффективны в качестве опор для валов вращающихся с высокой, но мало изменяющейся скоростью и испытывающих нагрузки мало меняющиеся как по направлению так и по величине. В гидродинамическом подшипнике жидкостное трение обеспечивается масляным клином, который образуется за счет затягивания масла в клиновой зазор между рабочими поверхностями цапфы вращающегося вала и втулки (вкладыша) подшипника скольжения. Масляный клин в гидродинамическом подшипнике возникает в начале сужения зазора между валом и втулкой и заканчивается за точкой минимального зазора, в его вновь расширяющейся части (см. Рис. 14а).

Рис 14 Схема образования несущего масляного слоя в одноклиновом и многоклиновом в гидродинамических подшипниках

          Гидродинамический подшипник, в котором образуется один клин, называется одноклиновым. Одноклиновые подшипники обладают высокой нагрузочной способностью, просты в изготовлении, но имеют низкую жесткость масляного слоя и не обеспечивают устойчивое положения вала при изменении скорости его вращения. Поэтому в технологическом оборудовании применяются многоклиновые гидродинамические подшипники, которые имеют несколько масляных клиньев, равномерно обхватывающих опорную цапфу вала, что позволяет опоре вала воспринимать нагрузки, действующие в различном направлении (см. Рис. 14б). Клиновой зазор в многоклиновых подшипниках создается за счет выполнения в отверстии втулки нескольких равномерно расположенных эксцентричных карманов (см. Рис 14б), путем применения упруго деформируемых втулок (см. Рис. 15), или самоустанавливающихся сегментных вкладышей (см. Рис. 16).

Рис 15 Конструктивные схемы многоклиновых подшипников с втулками, имеющими отверстия с фасонными поверхностями и подшипников
с упруго деформируемыми втулками.

         В многоклиновом подшипнике давление масла р развивается одновременно на всех клиновых зазорах, но в клиновых зазорах противоположных направлению действия нагрузки Р создается большее давление, при этом суммарная несущая способность подшипника пропорциональна разности давления на нагруженной и ненагруженной стороне подшипника (см. Рис. 14в). При изменении направления действия нагрузки действующей на вал изменяется и давление масла в клиновых зазорах.

Рис. 16 Конструктивные схемы многоклиновых подшипников с самоустанавливающимися сегментными вкладышами

            Эксцентричные карманы в отверстии втулки многоклинового подшипника (см. Рис. 16а) изготавливаются методом координатной расточки или протяжки. Упругодеформируемые втулки с наружными выступами (см. Рис. 16б) для придания им требуемой формы в подшипнике изготавливаются с наружной конической поверхностью и устанавливаются в конусное отверстие корпуса с натягом, или эти втулки изготавливаются со стенкой, толщина которой позволяет ей деформироваться требуемым образом в корпусе подшипника пол действием давления масла. В многоклиновых сегментных подшипниках несущими поверхностями являются шарнирно установленные в корпусе сегментные вкладыши, которые благодаря шарнирной установке автоматически приспосабливаются к изменению нагрузки действующей на опор вала. При увеличении нагрузки передняя, по направлению движения вала, кромка сегмента отходит к периферии, а задняя приближается к валу, вследствии чего зазор в этой точке уменьшается, а несущая способность подшипника растет. Несущая способность подшипника максимальна, а коэффициент трения минимален, если шарнир, на котором установлен сегмент, расположен на расстоянии l = 0,58L (см. Рис. 16а). В реверсивных сегментных подшипниках шарниры устанавливаются в центре сегмента (см. Рис. 16б), или в в выборках корпусе подшипника (см. Рис. 16в), что естественно ухудшает их гидродинамические характеристики, но при этом     позволяет самоустанавливаться нужным образом при изменении направления вращения вала. Величина зазора между валом и сегментами может регулироваться

Рис 17 Конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с упругодеформируемой втулкой.

            На Рис 17 показана конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с упругодеформируемой втулкой. Он содержит стакан 2 и крышку 3, между торцами ко-торых установлена регулировочная прокладка 4, при этом, они образуют сборный корпус подшипника закрепленный на станине 1 посредствам винтов 5, а во внутренней полости корпуса установлено упругодеформируемая втулка 7 и проставка 10. Втулка 7, имеет три опорных сектора 8, соединенные посредствам упругих перпемычек 9 с ее опорной обе-чайкой базирующейся в отверстии сборного корпуса подшипника втулки, а в промежутках между секторами 8, которые расположены равномерно по наружной поверхности опорной цапфы вала 6, расположены выступы 11 проставки 10, при этом последние с по-мощью штифтов 12 соединены с самоустанавливающейся упорной шайбой 13, а         посредствам пружин 20 обеспечивают прижим друг к другу торцев колец 16 и 17. На валу 6 выполнен бурт 14, правый торец которого контактирует с ответной поверхностью самоустанавливающейся упорной шайбы 13, образуя, таким образом, упорный подшипник скольжения. Подвод и отвод масла для смазки трущихся поверхностей подшипника осуществляется посредствам штуцеров 18 и 19 соответственно, соединенных с помощью трубопроводов с системой смазки станка. При вращении вала 6 между наружной цилиндрической поверхностью его опорной цапфы и ответными поверхностями опорных сегментов 8 образуются масляные клинья, а возникающее в них давление масла создает радиальную нагрузку, действующую на сегменты 8, в результате чего их перемычки 9 деформируются и между валом 6 и секторами 8 образуется необходимый зазор.

Рис 18 Конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с самоустанавливающимися сегментными вкладышами.

         На Рис 18 показана конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с самоустанавливающимися сегментными вкладышами. Он содержит корпус 2, закрепленный посредствам болтов 12 на станине 13, во внутренней полости которого образованной отверстием в корпусе 2, крышками 7, 8 и ступенчатыми кольцами 9 и 10 расположены самоустанавливающиеся сегменты 3, сферические лунки, выполненные на наружной поверхности которых контактируют со сферическими головками резьбовых пальцев 4, установленных в резьбовых отверстиях корпуса 2, при этом сферические лунки в сегментах 3 расположены на строго определенном расстоянии от их выходной задней кромки (см. Рис. 16а). Радиальный зазор между наружной цилиндрической поверхностью опорной цапфы вала 1 и ответной поверхностью сегментов 3 регулируется посредствам вкручивания и выкручивания пальцев 4, после чего их положение фиксируется контргайками 5. Подвод и отвод масла для смазки подшипника осуществляется через штуцеры 6, которые посредствам соответствующих трубопроводов соединены с системой смазки станка. При контровке пальцев 4 контргайками 5 выбирается зазор и создается определенный натяг в резьбовом соединении пальца с корпусом 2, что способствует повышению жесткости опоры в целом.

Рис 19 Конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с
самоустанавливающимися опорными элементами сегментных
вкладышей, выполненными в виде шариков.

           На Рис 19 показана конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с самоустанавливающимися опорными элементами сегментных вкладышей выполненными в виде шариков. Он содержит комплект из трех самоустанавливающихся опорных сегментов 1 соединенных упругой лентой 2, установленных на опорных шариках 3 расположенных в сферических лунках 4 сегментов 1 и лунках 5 наружного кольца 10, а в желобе 8 сепаратора 6 установлены шарики 7, находящиеся в постоянном контакте с желобом 9 наружного кольца 10, при этом между шариками 7 равномерно по всему периметру опоры размещены цилиндрические проставки 11, с коническими углублениями на торцах для центрирования шариков 7.

          Возникающее при работе агрегата увеличение нагрузки передается одному из сегментов опорного гидродинамического подшипника, на котором она установлена и вызывает. Это вызывает погружение соответствующего шарика 3 в промежуток между шариками 7 и в результате этого цепочка из шариков 7 и цилиндрических проставок 11 перемещается по желобу 8 сепаратора 6 и по желобу 9 наружного кольца 10, что вызывает подъем менее нагруженных сегментов. Высокая чувствительность подшипника к изменению внешней нагрузки обусловлена достаточной жесткостью цепочки шариков 7 и цилиндрических проставок 11 расположенных в сепараторе 6.

Рис 20 Конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с улучшенным демпфированием.

             На Рис 20 показана конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с улучшенным демпфированием. Он содержит установленные в корпусе 1 самоустанавливающиеся сегментные вкладыши 2, опирающиеся на упругие элементы 3 выполненные в виде штифтов, уплотнительные кольца 4, которые крепятся к корпусу 1 винтами 5, при этом, штифты 3 расположены параллельно оси подшипника, их края установлены на кромках 6 кольцевой выточки 7, а средняя часть штифтов находится в П – образных пазах 8, выполненных на опорной стороне сегмента 2, контактируя с ними по трем циллиндрическим поверхностям 9, 10 и 11 (см. Рис. 20 Вид А). Для предотвращения выпадения штифтов 3 сегменты 2 имеют заплечики 12, а уплотнительные кольца 4 снабжены буртами 13. Для подвода смазки к рабочим поверхностям сегментов 2 в корпусе 1 выполнены отверстия 14.
В процессе работы подшипника штыри 3 воспринимают нагрузку действующую на сегментные вкладыши 2 и благодаря своим упругим свойствам демпфируют их в радиальном, окружном и промежуточном направлениях, фиксируя при этом сегментные вкладыши 2 от смещения. За счет этого уменьшается пульсация давления в масляных клиньях и износ контактных поверхностей сегментных вкладышей 2. Радиусная форма поверхностей 9, 10, и 11 П – образного паза, выполненного на опорной поверхности сегментных вкладышей 2 позволяет обеспечить оптимальную изгибную жесткость штифтов 3, а также их полную самоустановку.

Рис 21 Конструкция многоклинового гидродинамического подшипника,       обеспечивающая пониженный расход масла за счет снижения температуры его нагрева при прохождении внутренней полости подшипника.

            На Рис 21 показана конструкция многоклинового гидродинамического подшипника обеспечивающая пониженный расход масла за счет снижения температуры его нагрева при прохождении внутренней полости подшипника. Он содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 части вкладыша подшипника, в котором установлены опорные 3 и центрирующие 4 сегментные колодки с поверхностным слоем 5 выполненным из антифрикционного материала, При этом каждая сегментная колодка установлена на сферической опоре 6 и удерживается штифтами 7, закрепленными в верхней и нижней частях вкладыша. В нижней части 2 вкладыша выполнен карман состоящий из двух пазов 8, расположенные симметрично относительно круговой базовой площадки 9, в которой установлены сферические опоры 6 для сегментных колодок 3 и 4. Обе полости 8 кармана перекрыты полукольцевыми перегородками 10 с отверстиями 11, в которых установлены дроссельные шайбы 12, выполняющие функцию питающих каналов. Подвод масла для смазки рабочих поверхностей вкладышей подшипника осуществляется через отверстие 13 каналы 14, выполненные в нижней части 2 вкладыша, а слив масла осуществляется через каналы 15 в верхней части 1 вкладыша.
При вращении вала масло из системы смазки через отверстие 13 и каналы 14 подается в полости 8 кармана в нижней части 2 вкладыша и оттуда под давлением через дроссельные шайбы 13 установленные в отверстиях 11 перегородки 10 поступает к опорным сегментным колодкам 3, проходя через пространство между ними к шейке вращающегося вала, распределяется по их поверхностным слоям 5. За счет вращения вала масло поступает и к поверхностным слоям 5 центрирующих сегментных колодок 4, при этом остаток масла двигается вверх и по каналам 15 идет на слив. Такое движение смазочного масла исключает перемешивание вновь поступившего потока масла с относительно низкой температурой с возвратным потоком смазочного масла нагретого после прохождения зон трения подшипника, что позволяет снизить его потребный расход, что особенно важно для тяжело нагруженных крупногабаритных и высокоскоростных подшипниковых опор, на-пример опор валков мощных прокатных станов.

        Помимо радиальных гидродинамических подшипников применяются и торцевые (упорные) подшипники, которые отличаются от аналогичных подшипников полужидкостного и полусухого трения тем, что на рабочей плоскости подпятника выполняются наклонные поверхности. Масло, увлекаемое вращающемся валом попадает в сужающийся зазор, что приводит к значительному увеличению его давления в месте, где зазор минимален и возникновению силы, поднимающей торец вала вверх.
Наиболее распространенной конструкцией упорного подшипника жидкостного трения, применяемого для установки вертикальных валов, является дисковый подшипник, рабочая поверхность которого посредствам канавок разделена на наклонные сегменты (см. Рис 22).

Рис 22 Схема упорного гидродинамического подшипника скольжения

             В таких подшипниках число сегментов делается от 4 до 8, соотношение диаметров выбирается в пределах D/d = 1, 6 – 2,4, соотношение длины сегмента к ширине     L/B = 1 – 1,4, угол наклон а = 1 – 4 мин.

Рис 23 Конструкция упорного гидродинамического
подшипника скольжения.

          На Рис 23 показана конструкция упорного гидродинамического подшипника скольжения. Он состоит из сборной опоры, включающей верхнюю часть 2 и нижнюю 3, которая посредствам наружной сферической поверхности установлена в корпусе 1 и зафиксирована от проворота вокруг горизонтальной оси стопорным болтом 15, а в отверстии опоры запрессован вкладыш 4, образующий с опорной цапфой вала 5 радиальный подшипник скольжения, при этом, во внутренней полости опоры установлены вкладыши 8 выполненные из анти-фрикционного материала, контактирующие с обеими торцами фланца 6, закрепленного на валу 5 посредствам шпоночного соединения и гайки 7. Между вкладышами 8 установлены закрепленные в опоре проставки 9, определяющие угловое положение вкладышей. В валу 5 выполнено центральное отверстие 10 и радиальный канал 11, а в отверстии фланца 6 выполнена канавка соединяющаяся с радиальными каналами 12,, которые в свою очередь соединены с продольными каналами 13, , которые входят в продольные канавки 14 выполненные на обоих рабочих торцах фланца 6 (ан Рис 23 показаны канавки только на правом рабочем торце фланца 6)

        Несущая способность упорного гидродинамического подшипника в значительной степени зависит от величины зазора ho (см. Рис. 22), при этом для обеспечения равномерного нагружения рабочих поверхностей сегментов по всему периметру подшипника необходимо обеспечить полноту их прилегание к ответной поверхности фланца. Степень прилегания поверхностей трения сегментов и фланца, определяется их взаимной непараллельностью, которая зависит от точности изготовления и сборки входящих в опору деталей.

Рис 24 Размерная цепь β, определяющая величину непараллельности поверхностей трения сегментов и фланца

            Поэтому в ряде случаев, особенно в высоко нагруженных опорах крупногабаритных валов, для снижения непараллельности рабочих поверхностей трения в упорном подшипнике применяют самоустанавливающиеся сегменты (см. Рис. 25)

Рис 25 Конструктивные схемы упорных гидродинамических подшипников с самоустанавливающимися сегментами

          На Рис 25а показана конструктивная схема упорного гидродинамического подшипника скольженеия с плавающими сегментнтами 1, установленными на роликовых шарнирах 2 и опорном сферическом диске 3, зафиксированном от вращения стопорным ботом 4, а на Рис 25б конструктивная схема подшипника скольжения с самоустанавливающимися сегментами 1, установленными на шарнирах, выполненных в виде шариков 2 и сферическом опорном диске 3. Цилиндрические шарниры (см. Рис. 25а) фиксируют положение сегмента в радиальном и окружном направлениях, а также от проворота в плоскости            вращения, а при использовании в качестве шарниров шариков, для фиксации положения сегментов в конструкцию подшипника вводятся дополнительные упоры 5 (см, Рис. 25б)

Для обеспечения самоустанавливаемости сегментов упорные подшипники скольжения оснащаются выравнивающими устройствами. Конструкция такого устройства показана на Рис 26

Рис 26 Конструкция выравнивающего устройства упорного подшипника скольжения

           Оно состоит основания 1, на котором закреплена обечайка 2 с наружной 3 и внутренней 4 кольцевыми стенками, внутри которых расположены балансиры 5,6 и сегментные подушки 7. Балансиры 5 своей нижней сферической поверхностью опираются на вставки 8, запрессованные в отверстия основания 1, верхняя сферическая поверхность балансиров 5 контактирует с верхней сферической поверхностью балансиров 6, при этом в отверстии верхнего торца балансиров 6 запрессованы закаленные сферические вставки 9, контактирующие закаленными вставками 10 запрессованными в отверстия на нижнем торце сегментных подушек 8. Для фиксации положения балансиров 5 и 6 они снабжены выступами 11 и 12, которые входят в пазы 13 внутреннего кольца 4 обечайки 2, на наружной поверхности балансиров 5, 6 выполнены пазы в которые входит пружинное разрезное кольцо 14, которое прижимает их к резиновой прокладке 15 расположенной на внутренней кольцевой стенке 4 обечайки 2. Для фиксации положения сегментных подушек 7 на их внутренней поверхности выполнены выступы 16 входящие в кольцевой паз 17 на внутренней стенке 4 обечайки 2, а на наружной стороне сегментных подушек 7 выполнены пазы, в которые входит пружинное кольцо 18.

Рис 27 Варианты конструктивного исполнения выравнивающих устройств упорных подшипников

              На Рис 27 показаны варианты конструктивного исполения выравнивающих устройств упорных гидродинамических подшипников. На Рис 27а показана конструкция выравнивающего устройства упорного гидродинамического подшипника скольжения содержащее закрепленные на основании 1 упоры 2, на ребрах 3 которых посредствам углублений 4 нижние балансиры 5, в лунках 6 которых расположены шарики 7, входящие в лунки 8 верхних балансиров 9, в углубления 10 которых входят ребра 11 упоров 13 жестко соединенных с сегментными подушками 13 подшипника. На Рис 27б показана конструкция выравнивающего устройства упорного гидродинамического подшипника скольжения содержащее расположенные на основании 1 посредствам нижней сферической поверхности нижние балансиры 2, на верхней сферической поверхности которых посредствам нижней сферической поверхности установлены верхние балансиры 3, на верхней поверхности которых запрессованы закаленные вставки 4, в углублениях которых установлены цилиндрические вставки 5 со сферическими торцами, расположенные в сепараторе 6, при этом их верхние торцы взаимодействует с углублением вставки 7 запрессованной в нижнюю поверхность сегментных подушек 8, подшипника, положение которых фиксируется упорами 9, закрепленными на сепараторе 6.

Рис 28 Конструкция упорного гидродинамического подшипника скольжения исключающего режим смешанного трения сегментных подушек.

         Гидродинамические свойства подшипника обеспечивают режим жидкостного толь-ко при определенной скорости вала, поэтому при разгоне и торможении вала, когда его скорость падает ниже критической, может иметь место смешанный режим трения, который приводит к преждевременному износу сегментных подушек. На Рис 28 показана конструкция упорного гидродинамического подшипника скольжения исключающего режим смешанного трения сегментных подушек. Он содержит корпус 1 в котором вал с упорным диском 3, рабочие плоскости которого 6 и 7 контактируют с сегментными подушками 2, а также выполненные из антифрикционного материала втулки 9, рабочие плоскости 10 которых поджаты пружиной 13 к ответным поверхностям упорного диска 3. Для подвода смазочного масла к рабочим плоскостям 6 и 7 в валу выполнено центральное отверстие 15, а в упорном диске 3 радиальные каналы 4 и продольные отверстия 8 и радиальные канавки 5, а подвод смазочного масла к рабочим поверхностям втулок 9 осуществляется через радиальные каналы 4 в упорном диске 3, продольные отверстия 12 и радиальные канавки 11. Слив смазочного масла осуществляется через зазоры 17 между наружной поверхностью вала и отверстием втулки 9 и далее через отверстие 16 в корпусе 1 подшипника. С торца пружины 13 поджаты крышками 14.
Работает подшипник следующим образом. Перед запуском агрегата в корпусе подшипника смазка отсутствует и избыточное давление масла равно нулю. В это время пружины 13 воздействуя на нерабочий торец втулок 9 прижимают их рабочие плоскостями 10 к рабочим полоскостями 6 и 7 упорного диска 3 вала, при этом между поверхностями 6 и 7 упорного диска 3 и рабочими поверхностями сегментных подушек 2 имеется зазор. Поэтому в момент пуска сегментные подушки 2 не работают, а возникающее осевое усилие воспринимается рабочими плоскостями 10 втулок 9, работающих при пуске в режиме сухого трения. В определенный момент разгона вала смазочное масло под давлением через центральное отверстие 15, радиальные каналы 4, продольные отверстия 8 и 12 и канавки 5 и 11 начинает поступать к рабочим поверхностям втулок 9 и сегментных подушек 2. В результате на рабочей плоскостями 10 втулок 9 создается усилие, которое преодолевая усилие пружины 13 сжимает ее и смещает втулки 9 в осевом направлении, образуя зазор между рабочей поверхностью 10 втулки 9 и плоскостями 6 и 7 упорного диска 3, а масло поступающее между рабочими поверхностями сегментных подушек 2 и плоскостями 6 и 7 упорного диска 3 создает гидродинамические клинья и упорный подшипник начинает работать в штатном режиме. При этом, слив масла осуществляется через зазоры 17 между втулкой 9 и валам и отверстие 16 в корпусе 1 подшипника. При остановке агрегата и снижении оборотов вала, давление масла снижается и пружины 13 смещают втулки 13, прижимая их рабочие поверхности 10 к поверхностям 6 и 7 упорного диска 3, фиксируя его положение. При этом рабочая поверхность 10 втулки 9 контактируя с поверхностями 6 и 7 упорного диска 3 работает в режиме сухого трения до полной остановки вала. Таким образом, при запуске и остановке агрегата полностью исключается режим между рабочими поверхностям сегментных подушек 2 и поверхностями 6 и 7 упорного диска 3 вала

Гидростатические подшипники скольжения

            В гидростатических подшипниках скольжения режим жидкостного трения обеспечивается за счет подачи в зазор между валом и втулкой смазочного масла под необходимым давлением от отдельного источника питания. Эти подшипники обладают большой нагрузочной способностью, при высокой степени демпфирования колебаний, во всем диапазоне скоростей вращения вала, обеспечивая при этом высокую точность вращения, а ввиду отсутствия смешанного и сухого трения между наружной поверхностью опорной цапфы вала и отверстием втулки скольжения они практически не изнашиваются, обеспечивая тем самым высокую долговечность агрегата, в который они входят. Поэтому гидростатические подшипники могут эффективно использоваться в качестве опор, как для медленно, так и для быстро вращающихся валов, испытывающих значительные нагрузки, это опоры валков прокатных станов, опоры роторов энергетических машин (мощных турбин и генераторов), а также шпиндели тяжелых металлообрабатывающих станков. По функциональному назначению и конструктивному исполнению гидростатические подшипники делятся на радиальные и упорные.
Радиальный гидростатический подшипник содержит втулку с расположенными равномерно по периметру ее отверстия карманами, в которые масло для смазки поступает под определенным давлением по трубопроводам через дроссели, определяющие его расход, или напрямую от насоса, за счет чего создается подъемная сила, обеспечивающая «всплывание вала» и жидкостное трения в контакте с втулкой скольжения. Конструктивно подшипники этого вида могут быть выполнены без маслоотводящих канавок между карманами (см. Рис 29а) и с маслоотводящими канавками (см. Рис. 29б).

Рис 29 Варианты конструктивной схемы радиального гидростатического подшипника скольжения

           В общем случае работает радиальный гидростатический подшипник скольжения следующим образом. Под действием внешней нагрузки F вал занимает эксцентричное положение (ось вала смещается на величину е относительно оси втулки), при этом образуется разность зазоров, через которые вытекает смазочное масло из противоположных карманов, и следовательно изменяется гидравлическое сопротивление на входе карманов, что приводит при наличии гидравлических сопротивлений дросселей на входе в карманы к изменению давления в каждом кармане. Результирующая нагрузка от давления масла в карманах воспринимает внешнюю нагрузку и возвращает вал в исходное положение, соосное с отверстием втулки. При работе подшипника гарантированный слой смазочного масла имеет место в зазоре между валом и втулкой не только в установившемся режиме работы подшипника, но и во время пуска и останове агрегата.

Основные конструктивные параметры гидростатического подшипника показаны на Рис 30.

b, ширина паза в отверстии втулки,
D, диаметр опорной цапфы вала,
k, высота паза в отверстии втулки,
l, длина паза в отверстии втулки,
L, длина втулки подшипник,
n, расстояние от стенки паза до начала кармана,
h, глубина кармана,

Рис 30 Основные конструктивные параметры радиального гидростатического подшипника

          В таб. 4 приведены рекомендации ЭНИМС по назначению конструктивных параметров гидростатических подшипников для точных металлообрабатывающих станков для опор валов диаметром 50, 80 и 120 мм, а также величина зазора в подшипнике Δ, потребный расход Q и давление p смазочного масла подаваемого в подшипник, подъемная сила P и жесткость подшипника j

                                                                                                         Таблица 4

           Дроссельные устройства, устанавливаемые в месте подвода смазочного масла и карман, могут быть вынесенными и встроенными. На Рис 31а показана конструкция шпиндельного узла высокоточного токарного станка с вынесенными дросселями. Шпиндель 1 установлен в расточке станины на втулках 2 и 3. Подвод смазочного масла в карманы 7 и 9 втулок 2 и 3 осуществляется посредствам соответствующих трубопроводов соединенных с отверстиями вынесенных дросселей 4, установленные на специальном полом стержне 5 и выполненных в виде пакета плоских дисков, на торцах которых имеются кольцевые замкнутые капилляры. На Рис 31б показана конструкция шпиндельного узла высокоточного шлифовального станка с встроенными дросселями. Шпиндель 1 установлен в расточке станины посредствам втулки 2, на опорных поверхностях которой      расположены дроссельные каналы 3 и 6 выполненные в виде винтовых канавок. Подвод смазочного масла в карман 4 передней опоры шпинделя осуществляется через систему сверловок 9 в станине станка дроссельную канавку 3 и канал 4, а в заднюю опору шпинделя через систему сверловок 9 в станине станка дроссельную канавку 6 и канал 7.

Рис 31 Варианты конструкции гидростатических опор шпинделей со встроенными и вынесенными дросселями

           На Рис 32 показана конструкция радиальных гидростатических опор шпиндельного узла повышенной жесткости, обеспечиваемой за счет изменения гидравлического сопротивления кольцевых дросселирующих канавок. Он содержит корпус 1 с кольцевыми коллекторами 3, уплотненными резиновыми кольцами 5 и снабженными отверстиями 4 для подвода смазочного масла, а в центральном отверстии корпуса 1 установлена втулка 2 с радиальными отверстиями 6 (см. Рис. 32 разрезы А – А, Б – Б, В – В, Г – Г), в отверстии которой расположены поворотные стаканы 7, с радиальными каналами 8 для подвода масла в карманы 9. На наружной поверхности 10 стаканов 7 выполнены кольцевые дросселирующие канавки 11 в количестве равном числу карманов 9, при этом каждая канавка соединяет канал 8 кармана 9 с глухим отверстием 12, выполненным на наружной поверхности 10 втулки 7 оппозитно радиальному отверстию 6 во втулке 2. Перемычка 13 выполненная на наружной поверхности втулки 7 разделяет начало и конец каждой дросселирующей канавки 11. Длины всех дросселирующих канавок 11между отверстием 12 и радиальным каналом 8 равны. Перемычки 14 отделяют канавки 11 друг от друга и от внутренних полостей шпиндельного узла. Шпиндель 16 установлен в отверстиях втулок 7 с зазором D, обеспечивающим его вращение и осевое перемещение. Для канализации масла вытекающего из карманов 9 предусмотрен отверстие в корпусе шпиндельного узла в котором установлен штуцер 18.

Рис 32 Конструкция радиальных гидростатических опор шпиндельного узла
повышенной жесткости, обеспечиваемой за счет изменения гидравлического
сопротивления кольцевых дросселирующих канавок.

        Работают гидростатические опоры следующим образом. Смазочное масло подается под давлением из системы через штуцера 17 и отверстия 4 в корпусе 1 в кольцевые коллекторы 3 и далее по радиальным отверстиям 6 через дросселирующие каналы 11 поступает в карманы 9 в которых при этом создается гидростатический эффект обеспечивающий всплытие и последующее центрирование шпинделя 16. Однако проходные сечения дросселирующих канавок 11 и зазоры D невозможно выполнить без отклонений от рас-четной величины, что сказывается на жесткости гидростатических опор шпинделя, вели-чина гидравлического сопротивления дроссельных канавок 11 регулируется путем изме-нения из за счет поворота втулок 7 (см. Рис. 32 разрезы А – А, Б – Б, В – В, Г – Г). После выполнения регулировки углового положения втулок 7 их положение относительно втулки 2 штифтуется, при этом угловое положение втулки 2 относительно корпуса 1 также предварительно фиксируется методом штифтовки (штифты на Рис 32 не показаны).

Рис 33 Конструкция радиальной гидростатической опоры повышенной
жесткости, обеспечиваемой дросселирующими капиллярами
с изменяющимся проходным сечением.

           На Рис 33 показана конструкция радиальной гидростатической опоры повышенной жесткости, обеспечиваемой изменением проходного сечения дросселирующих капилляров. Она содержит смонтированную в корпусе 1 и охватывающую цапфу вала 2 втулку 3 с карманами 4 выполненными в ее отверстии, при этом каждый карман сообщается с источником подачи смазочного масла через дроссель 6, состоящий из ступенчатого цилиндрического корпуса 7 с закрепленным в его отверстии упруго – деформируемым капилляром 8 имеющим овальную форму сечения, образующим со стенкой корпуса 7 камеру 9, сообщающуюся с карманом 4, расположенным диаметрально противоположно, карману 4 сообщающемуся с капилляром 8. Концы капилляра 8 закреплены в корпусе 1 дросселя посредствам сухарей 10 и резиновых прокладок 11, поджатых фланцами 12. Поверхности 13 сухарей 10 и поверхности 14 фланцев 12 выполнены конфузорными со стороны входа смазочного масла в капилляр 8 и – диффузорными со стороны выхода масла.

          Работает опора следующим образом. При приложении нагрузки к одному из карманов 4 опоры, соединенному с капилляром 8, давление масла внутри капилляра повышается, в то время как в противоположном кармане опоры и связанной с ним камеры 9 давление падает. Под действием перепада давлений внутри капилляра 8 и камеры 9, капилляр упруго деформируясь, увеличивает свое проходное сечение, что приводит к уменьшению его гидравлического сопротивления, и как следствие росту давления масла в кармане 4 опоры соединенной с капилляром 8.При изменении направления действия нагрузки на противоположное перепад давлений внутри капилляра 8 и камеры 9 также меняет свой знак на противоположный и капилляр 8 под действием этого перепада уменьшает свое проходное сечение, что приводит к уменьшению давления масла с кармане 4. Таким образом, между противоположными карманами опоры появляется дополнительное усилие, которое в конечном итоге увеличивает жесткость опоры.

          Упорный гидростатический подшипник состоит из опоры 1 закрепленной на валу 2, или выполненной с ним за одно целое, подпятника 3 с центральным карманом диаметром d, установленного с в корпусе агрегата (см. Рис. 34).

Рис 34 Схема упорного гидродинамического подшипника

         Смазочное масло от насоса H под давлением через дроссель Д и канал в подпятнике 3 подается в карман 4 и далее в зазор h между нижним торцем опоры 1 и верхним торцем подпятника 3.Подъемная сила упорного гидростатического подшипника создается за счет давления смазочного масла р, величина которого зависит от зазора h между опорой и подпятником и величины сопротивления дросселя Д и зависит от площади опорной поверхности подпятника, которая определяется его наружным диаметром D и наружным диаметром кармана d. С увеличением внешней нагрузки Р действующей на упорный подшипник уменьшается величина зазора h, что приводит к росту давления масла р в кармане, создаваемого насосом Н, и повышению несущей способности подшипника. При ударной нагрузке давление масла в кармане резко повышается и может превзойти давление развиваемое насосом, поэтому в магистрали соединяющей подшипник с гидросистемой может устанавливаться обратный клапан

Рис 35 Варианты исполнения камер упорного гидродинамического подшипника

         Упорные гидростатические подшипники могут выполняться с одной кольцевой
камерой и центральным подводом смазочного масла через зазор между валом и подпятником (см. Рис. 35а), или с несколькими камерами выполненными в форме сегмента и расположенными равномерно по периметру подпятника, смазочное масло в них подается по отдельным каналам с установленными в них дросселями (см. Рис. 35б). Последние (см. Рис. 35г) могут быть выполнены с дренажом между камерами и без дренажа (см. Рис. 35в) Упорные подшипники с кольцевой опорной поверхностью обычно применяют в комбинированных опорах, а подшипники с опорными сегментами в опорах тяжело нагруженных агрегатов, поскольку обладают большей жесткостью.

Рис 36 Варианты компенсации непараллельности контактирующих поверхностей подпятника и опорной плиты вала упорного
гидростатического подшипника

              Нагрузочная способность гидростатических упорных подшипников скольжения, также как и гидродинамических существенным образом зависит от степени прилегания (параллельности) контактирующих поверхностей подпятника и опорной плиты вала. На Рис 36а конструктивная схема упорного гидростатического подшипника, в котором компенсация непараллельности контактирующих поверхностей обеспечивается за счет выполнения нерабочей поверхности подпятника в виде сферы, контактирующей с ответной сферической поверхностью углубления выполненного в корпусе. На Рис 36б показана конструкция упорного гидростатического подшипника, в котором компенсация непараллельности контактирующих поверхностей обеспечивается за счет выполнения опорного торца вала в виде сферы.

Рис 37 Конструкция самоустанавливающегося упорного
гидростатического подшипника

                    На Рис 37 показана конструкция самоустанавливающегося упорного гидростатического подшипника, в котором вал соединен с опорной плитой       осредствам карданного шарнира. Он содержит вал 1, соединенный посредствам карданного шарнира 8 с опорным диском 9 и установленный посредствам втулки скольжения 2 в сборном корпусе состоящим из стакана 3 и крышки 4 соединенных шпильками 5, который с помощью шпилек 6 закреплен на основании 7 образуя при этом внутреннюю полость 16 в которой с помощью болтов 10 закреплен подпятник 11, выполненный в виде фланца со ступицей. В ступице подпятника 11 расположено центральное отверстие 12 соединяющееся с горизонтальными каналами 13 выполненными во фланцевой части подпятника 11, которые в свою очередь посредствам вертикальных каналов 14 соединяются с сегментными карманами 15 выполненными на верхнем торце фланцевой части подпятника 11 и разделенные перемычками 23. Между верхнем торцем подпятника 11 и нижним торцем опорного диска 9 организован зазор S, величина которого обеспечивает необходимую для работы агрегата жесткость упорного гидростатического подшипника и позволяет смазочному маслу, поступающему в карманы 15, перетекать в карманы 24 выполненные в виде секторов в периферийной части фланца подпятника 11 и далее в полость 16 подшипника. Для слива смазочного масла из упорного подшипника в стакане 3 предусмотрены канал 18 и сливное отверстие 19, а также канавки 14 во втулке 2.

                 Работает упорный гидростатический подшипник следующим образом. Смазочное масло через отверстие 12 в ступице подпятника 11 и каналы 13 и 14 поступает в карманы 15 и давление масла в них создает гидростатическое усилие, которое действуя на опорный диск 9 поднимает его вместе с валом 1 агрегата, образуя зазор S между рабочими поверхностями упорного подшипника и далее через этот зазор вытекает в камеру 16. При вращении вала 1 карданный шарнир 3 обеспечивает прилегание нижней плоскости опорного диска 9 к верхней плоскости подпятника 11, что позволяет сохранять неизменной величину зазора S по всей поверхности контакта и поддерживать постоянную величину жесткости упорного подшипника. Основная часть масла из камеры 16 идет на слив через канал 18 и словное отверстие 19, остальное масло идет на слов через канавки 21 во втулке 2 и далее через камеру 17 также поступает в сливное отверстие 19.

Рис 38 Варианты подвода и канализации масла в радиально – упорных гидростатических подшипниках

    Радиально – упорные гидростатические подшипники могут быть комбинированными и коническими и воспринимают разнонаправленную радиальную нагрузку в радиальном направлении и одностороннюю или двухстороннюю нагрузку в осевом направлении (конический подшипник воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении). Наибольшее распространение получили комбинированные гидростатические подшипники состоящие из радиального и упорного подшипников, что позволяет упростить конструкцию опоры и выполнить подачу смазочного масла от общей гидравлической системы смазки.

        Комбинированные гидростатические подшипники могут выполняться с дренажными каналами (см. Рис. 38а) и без дренажных (см. Рис. 38б). Радиальная и упорная часть в комбинированных подшипниках может иметь общий подвод смазочного масла, при этом подвод масла в упорный подшипник осуществляется через зазор между валом и втулкой радиального подшипника (см. Рис. 38б) и индивидуальный (см. Рис. 38а). Конические гидростатические подшипники скольжения применяются намного реже по причине сложности их изготовления. Величина конусности в них устанавливается, прежде всего, в зависимости от назначения подшипника и соотношения осевой и радиальной составляющей действующей на него внешней нагрузки. На Рис. 38в показана конструктивная схема конического гидродинамического подшипника с каналами для подвода смазочного масла в карман и каналом для дренажа, при этом канализация части осуществляется через зазор между валом и втулкой.

Рис 39 Конструкция комбинированной гидростатической опоры с общим подводом смазки в радиальную и упорную часть подшипника через
сверления во втулке и зазоры между деталями опоры.

        На Рис 39 показана конструкция комбинированной гидростатической опоры с общим подводом смазки в радиальную и упорную часть подшипника через сверления во втулке и зазоры между деталями опоры. В корпусе 4 неподвижно установлена втулка 3, в отверстии которой с возможностью вращения расположен вал 1 с закрепленным на нем дроссельным кольцом 2, кроме того в корпусе 4 выполнено отверстие 5 для подвода смазочного масла в опору, а во втулке 3 выполнена кольцевая канавка 8, радиальные отверстия 9 и осевые каналы 10 для подвода масла в кольцевую камеру 11, образованную радиальными и торцевыми поверхностями дроссельного кольца 2 и неподвижной втулки 3. На валу 1 равномерно по его периметру выполнены карманы 6 воспринимающие радиальную нагрузку, а торцевых поверхностях дроссельного кольца 2 и втулки 3 выполнены кольцевые проточки образующие камеру 7 воспринимающую осевую нагрузку. Между торцами вала 1 и втулки 3 образованы каналы 12, соединяющие карманы 4 с полостью 11. Для работы комбинированной опоры между ее деталями выполнены определенные зазоры:
h1, радиальный зазор между буртом втулки 3 дроссельного кольца 2,
h2, радиальный зазор между буртом втулки 3 и проточкой в дроссельном кольце 2,
h3, торцевой зазор между втулкой 3 и дроссельной шайбой 2,
h4, радиальный зазор между отверстием втулки 3 и наружной посадочной поверхностью вала 1
Работает комбинированная опор следующим образом. Масло под давлением от системы смазки через отверстие 5 поступает в кольцевую канавку 8 и далее через осевые каналы 10 поступает в полость 11, из которой попадает в радиальный и упорный подшипники опоры. В карманы 6 радиального подшипника масло под давление поступает из полости 11 через зазор h1, являющийся входным дросселем, и каналы 12, а в камеру 7 упорного подшипника масло из полости 11 поступает через радиальный зазор h2, являющийся входным дросселем упорного подшипника. Возникающее в карманах 6 гидростатическое давления при воздействии внешней нагрузки на вал 1обеспечивает устойчивое положение его оси и жидкостное трения между поверхностями вала 1 и втулки 3, а гидростатическое давление в камере 7 обеспечивает устойчивое осевое положение вала 1, и жидкостное трение между торцами вала и дроссельного кольца 2. Из несущих карманов 6 радиального подшипника смазка вытекает через зазор h3, а из камеры 7 упорного подшипника – через зазор h4

Рис 40 Конструкция комбинированной гидростатической опоры с общим подводом смазки в радиальную и упорную часть подшипника через осевые
сверления во втулках и торцевые дросселирующие каналы.

            На Рис 40 показана конструкция комбинированной гидростатической опоры с общим подводом смазки в радиальную и упорную часть подшипника через осевые сверления во втулках и торцевые дросселирующие каналы. Она состоит из втулок 1 и 2 имеющих одинаковый наружный и внутренний диаметр и притертые по контактирующим торцевым поверхностям. На противоположных торцевых поверхностях этих втулок, контактирующих с упорными дисками 10 и 11, выполнены карманы 3 и 4 упорного подшипника, на наружной цилиндрической поверхности втулок в месте их стыка выполнена кольцевая канавка 13, а в их отверстии – карманы 5 – 8 радиального подшипника. При этом, карманы 3 и 4 соединены с кольцевой канавкой 13 посредствам осевых каналов 16, 17 и дросселирующих каналов 14, 15, выполненных на торцевой поверхности втулки 1 по спирали Архимеда, а карманы 5 – 8 соединены с кольцевой канавкой 13 посредствам дросселирующих каналов 18 – 21, выполненных на торцевой поверхности втулки 2 также по спирали Архимеда. Взаимное угловое положение втулок 1 и 2 зафиксировано штифтом 12.
Работает комбинированная гидростатическая опора следующим образом. Смазочное масло под давлением подается в кольцевую канавку 13 и далее подается в карманы 3 и 4 упорного подшипника по спиральным дросселирующим каналам 14, 15 и осевым отверстиям 16, 17, а карманы 5 – 8 радиального подшипника по спиральным дросселирующим каналам 18 – 21. Масло, поступающее в карманы 5 – 8 за счет гидростатического эффекта обеспечивает жидкостное трение в радиальном подшипнике и создает необходимую жесткость для восприятия валом внешней нагрузки действующей в радиальном направлении, а масло поступающее в карманы 3 и 4 упорного подшипника за счет гидростатического эффекта обеспечивает жидкостное трение в упорном подшипнике и создает необходимую жесткость опоры для восприятия валом внешней нагрузки действующей в осевом направлении.

Рис 41 Принципиальная гидравлическая схема индивидуальной подачи смазки в
радиальные и упорную гидростатические опоры вала

          На Рис 41 показана принципиальная гидравлическая схема индивидуальной подачи смазки в радиальные и упорную гидростатические опоры вала. Она содержит насос высокого давления Н1, обеспечивающий подачу смазочного масла в карманы двух радиальных и упорного подшипников вала, которое поступает к ним по нагнетательной магистрали через дроссели Д1 – Д10 и насос Н2 низкого давления, который обеспечивает возврат в бак масла сливающегося из радиальных и упорного подшипников которое поступает по сливной магистрали. В системе также предусмотрены предохранительный клапан КП, манометр Мн, обратный клапан КО который отсекает магистраль соединяющую насос высокого давления Н1 с гидропневмоаккумулятором А после зарядки (набора давления) последним, а также реле давления РД и гидрораспределитель Р. Гидропневмоаккумулятор А предназначен для подачи масла высокого давления в гидростатические опоры вала при аварийной ситуации когда, давление масла в напорной магистрали падает ниже допустимой величины, о чем сигнализирует реле давления РД и дает сигнал на остановку привода вала, а также включает гидрораспределитель Р, который соединяет гидропневмоаккумулятор А с напорной магистралью питающей карманы гидростатических подшипников

Рис 42 Конструкция вала установленного на гидростатических опорах, который совершает вращательное и поступательное движение.

            На Рис 42 показана конструкция вала установленного на гидростатических опорах, который совершает вращательное и поступательное движение. Вал 4 установлен в корпусе 1 на втулках 2, с карманами 3, которые установлены в расточке корпуса 1 и являются его радиальными опорами, в этой же расточке корпуса расположена центральная втулка 8, торцы которой поджаты к фланцу 5 вала 4 и опорному диску 6 посредствам гайки 7, установленной на резьбовой поверхности вала. В центральной втулке 8 выполнен продольный паз 12, в центре которого выполнено радиальное отверстие 13,соединяющееся с горизонтальным каналом 14, в котором установлены дроссельные вставки 15, через которые он соединен с карманами 16 двухстороннего упорного подшипника. Подвод смазочного масла в карманы 3 радиальных подшипников осуществляется от системы смазки агрегата через дроссели Д, отверстия 17 в корпусе 1 и каналы 18 во втулках 2, а подвод масла в карманы 16 двухстороннего упорного подшипника – через отверстие 19 в корпусе 1, продольный паз 12, радиальный канал 13, горизонтальный канал 14 и дроссельные вставки 15. Поступательное перемещение вала 4 осуществляется посредствам зубчато – реечной передачи, ведущая шестерня которой 10 зацепляется с зубьями рейки нарезанной на наружной цилиндрической поверхности центральной втулки 8.

             Гидростатические опоры позволяют обеспечить необходимую несущую способность и гарантированное жидкостное трения в опорах вала при любом скоростном режиме работы агрегата (пуск, останов, реверс) благодаря постоянному потоку смазочного масла подаваемому под давлением в соответствующие карманы подшипников. Но постоянная работа насосной установки с высоким давлением приводит к большим энергозатратам, при том, что гидродинамический режим работы опор при выходе вала на постоянную скорость, с которой вращается вал не менее 85 – 90 % всего цикла работы агрегата, намного экономичнее. Поэтому для обеспечения экономичного режима работы агрегата, при условии жидкостного трения в опорах при любом скоростном режиме применяются гидростатодинамические опоры.

Рис 43 Схема гидростатодинамической опоры вала

         На Рис 43 показана схема гидростатодинамической опоры вала. Она состоит из кольца 1, в отверстии которого расположены самоустанавливающиеся вкладыши 2 с не-сущими карманами 3, представляющие гидростатическую часть опоры и сегментные вкладыши 4, способные самоустанавливаться на сферических концах опорных винтов 5, осевое положение которых во втулке 1 фиксируется контргайками 6, представляющие гидродинамическую часть опоры. Смазочное масло в опору подается от гидроагрегата включающего насос высокого давления Н1, насос низкого давления Н2, предохранительные клапаны КП1, КП2. Подвод масла к гидростатическим вкладышам 2 осуществляется через дроссели Д, а зона гидродинамического клина одного из сегментных вкладышей 4 соединена с реле давления РД.
При запуске агрегата его вал начинает медленно вращаться. Насос высокого давления Н1 при включенном электромагните Э1 предохранительного клапана КП1 (клапан закрыт и слив масла через него не происходит) по нагнетательной магистрали через дроссели Д подает масло в карманы 3 вкладышей 2 гидростатического подшипника опоры, обеспечивая жидкостное трения при малых оборотах вала и необходимую подъемную силу. В это время масло подаваемое насосом низкого давления Н2 при выключенном электромагните Э2 предохранительного клапана КП2 через него идет на слив. При переходе вала на установившейся режим работы в зоне гидродинамического клина сегментных вкладышей 4 повышается давление создающее подъемную силу уравновешивающую внешнюю нагрузку действующую на вал. Увеличившееся давление приводит к срабатыванию реле давления РД, которое через систему электроавтоматики управляющую работой агрегата выключает электромагнит Э1 и включению электромагнита Э2, в результате чего масло от насоса высокого давления Н1 идет на слив, а масло от насоса низкого давления Н2 подается в зазор между валом и вкладышами 4. Это позволяет существенным образом снизит мощность потребляемую системой смазки опор вала.

Рис 44 Конструкция гидростатодинамической
опоры вала турбины.

           На Рис 44 показана конструкция гидростатодинамической опоры вала турбины. Она содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 наружные обоймы, две внутренние обоймы 10 со сферическим отверстием, в котором установлены сферические подушки 5, несущие полувкладыши верхний 3 и нижний 4 с рабочей поверхностью 6 из антифрикционного материала На нижнем полувкладыше 4 выполнены гидростатичекие карманы 7 которые посредствам перекрестных каналов 8 и 9 соединены с полостями 11, выполненными на нижней внутренней обойме 10, которые, в свою очередь, посредствам радиальных отверстий 12 и осевого канала 13 соединены с магистралью 14 для подачи смазочного масла высокого давления в которой установлен обратный клапан. Подвод масла пониженного давления в карман 18 нижнего вкладыша 4 осуществляется от магистрали 15 через отверстие 16 во вкладышах 3, 4 и канал 17 в нижнем вкладыше 4. Отвод отработанной смазки осуществляется из полости 20 в нижнем вкладыше 4 через каналы 21 и 28 и далее через сливную магистраль 19, а также из полости 22 через канал 23. На обоих торцах вкладышей 3 и 4 выполнены проточки 27, в которых собирается отработанное масло, вытекающее из опоры в зазор между валом и вкладышами 3 и 4, а также установлены крышки 25 с уплотнениями 24 и радиальными пазами 26, через которые обеспечивают слив отработанного масла
Работает гидростатодинамическия опора следующим образом. При пуске и остановке турбины подвод масла высокого давления осуществляется от магистрали 14 через обратный клапан осевой канал 12 радиальные отверстия 12, полости 11 и далее по перекрестным каналам 8 и 9 в карман 7, и далее через зазор между валом и нижним вкладышем 4 в карман 18. Под действием давления масла в карманах 7 и 18 возникает подъемная сила, которая обеспечивает «всплытие» вала в зазоре опоры, а в результате попадания масла подаваемого под давлением между сферическими поверхностями подушек 5 и обоймы 10, вкладыши 3 и 4 самоустанавливаются вдоль оси вала, которая в реальных условиях имеет определенный изгиб. Предусмотренные в нижнем клине 4 полости 20, 22 и каналы 21, 23, а также паз 26 в крышке 25 для слива отработанного масла предотвращают образование области отрицательного давления в нижнем вкладыше 4 на выходе из несущего слоя гидродинамического клина в районе начала полости 20. При установившемся режиме работы турбины в результате образования гидродинамического клина в несущей области кармана 7, подача масла высокого давления по магистрали 14 прекращается, а масло низкого давления поступает в карман 18 из магистрали 15 через отверстие 16, канал 17, из которого оно захватывается валом, вращающимся против часовой стрелке со скоростью w и пода-ется в карман 7, а из него по перекрестным каналам 8 и 9 часть масла подается в полости 11 в обойме 10, в результате чего обеспечивается гарантированная смазка находящихся в контакте сферических поверхностей подушек 5 и обойм 10.

Методика расчета и основные расчетные формулы для радиальных и упорных гидростатических подшипников приводятся в работах [3], [7], [8], [9].

Сборка опор с подшипниками скольжения

              Все подшипники скольжения, полусухого или полужидкостного трения, можно разделить на разъемные и неразъемные. Технология сборки подшипников с неразъемным корпусом, которые используются практически во всех областях машиностроения, состоит в запрессовке втулки в корпус, последующем контроле ее положения и размера отверстия, а при необходимости и доводки отверстия во втулке с целью достижения размера, позволяющего получить требуемый зазор между отверстием подшипника и наружным диаметром цапфы устанавливаемого в него вала, а в ряде случаев и дополнительного стопорения втулки (см. Рис. 49) 

Рис. 45. Конструкция приспособления для запрессовки
короткой втулки в плоскую стенку корпусной детали.

          На Рис. 45 показана конструкция приспособления для запрессовки короткой втулки в плоскую стенку корпусной детали. Оно содержит оправку 1 с резьбовым концом, с установленными на ней центрирующей втулкой 2 и двумя стаканами, верхним нажимным 3 и нижним упорным 4, а также штурвал 5 и замыкающую шайбу 6 с от-крытым пазом, устанавливаемую в канавку оправки 1, расположенную на ее нижнем конце. Для снижения трения между штурвалом 5 и верхним нажимным стаканом 3, между ними установлен подшипник 7.
Работает приспособление следующим образом. Центрирующая втулка 2 вместе с установленным на ее цапфу меньшего диаметра втулкой 8 подлежащей запрессовке в стенку 9 корпусной детали, своей цапфой большего диаметра вводится в отверстие корпусной детали (цапфа большего диаметра втулки 2 выполнена по переходной посадке, поэтому плотно входит в отверстие корпусной детали). Затем в отверстие центрирующей втулки 2 вводится оправка 1, на которую снизу одевается нижний упорный стакан 4 и стопорится замыкающей шайбой 6, а сверху одевается нажимной стакан 3 с подшипником 7 и накручивается штурвал 5. В таком состоянии приспособление готово к запрессовке втулки 8 в отверстие корпусной детали 9. Запрессовка втулки 8 осуществляется путем вращения по часовой стрелке штурвала 5, который воздействуя на верхний торец втулки 8 через нажимной стакан 3, заставляет ее вместе с центрирующей втулкой 2 опускаться вниз, в результате чего втулка 8 запрессовывается в отверстие корпусной детали 9. После выполнения операции запрессовки приспособление разбирается. При этом штурвал вращается в обратном направлении, снимая нагрузку со всех деталей входящих в приспособление, что позволяет снять замыкающую шайбу 6 и нижний упорный стакан 4, а после этого снимается оправка 1 вместе с верх-
ним нажимным стаканом 3 и штурвалом 5.

Рис. 46. Конструкция приспособления для запрессовки втулок подшипников скольжения.

На Рис. 46 показана конструкция приспособления для для запрессовки втулок подшипников скольжения, которое устанавливается на гидравлическом прессе. Оно содержит базовую плиту 1, на которой закреплена центрирующая оправка 2 с отверстием и направляющую оправку 3 с центрирующим хвостовиком. Втулка 4 подшипника скольжения подлежащая запрессовке в отверстие корпусной детали 5 предварительно устанавливается на базовую поверхность направляющей оправки 3, а корпусная деталь 5 своим базовым отверстием устанавливается на соответствующую поверхность центрирующей оправки 2. После этого направляющая оправка 3 с установленной втулкой 4 своим центрирующих хвостовиком вводится в отверстие центрирующей оправки 2, таким образом, чтобы
нижний торец втулки 4 уперся в верхний торец корпусной детали 5. Затем к верхнему торцу направляющей оправки 3 прикладывается усилие, посредствам воздействия ползуна 6 гидравлического пресса и оправка, опускаясь вниз, воздействует своим буртом на втулку 4 и запрессовывает ее в корпусную деталь 5. После выполнения запрессовки втулки 4 ползун 6 гидравлического пресса возвращается в исходное верхнее положение, центрирующая втулка 3 вынимается из отверстия втулки 4, а затем корпусная деталь с запрессованной в ее отверстие втулкой 4 снимается с центрирующей оправки 2.

Рис. 47. Конструкция приспособления для двухсторонней запрессовки втулок в противоположные стенки станины.

            На Рис. 47 показана конструкция приспособления для двухсторонней запрессовки втулок в противоположные стенки станины. Оно содержит оправку 1 с резьбовым хвостовиком, установленную в центрирующие втулки 3 и 4, упорный стакан 2, замыкающее кольцо 6 и штурвал 5, накрученный на резьбовой хвостовик оправки 1. Двухсторонняя запрессовка втулок 7 и 8 с использованием приспособления осуществляется следующим образом. Оправка 1 вместе с центрирующими втулками 3 и 4 вводится в отверстие станины, после этого с обоих сторон на оправку устанавливаются втулки 7 и 8, подлежащие запрессовке, которые центрируются в отверстии станины посредствам заходных фасок. Затем на оправку 1 одеваются стакан 2, штурвал 5 и замыкающая шайба 6, после чего       вращением штурвала 5 по часовой стрелке стакан 2 и кольцо 6 смещаются по направлению друг к другу и поджимают с торцев втулки 7 и 8 подлежащие запрессовке в отверстия станины 9. Таким образом, приспособление приводится в состояние готовности к запрессовке втулок в отверстия станины. При дальнейшем вращении штурвала 5 по часовой стрелке стакан 2 и кольцо 6 запрессовывают в произвольной последовательности обе втулки 7 и 8 в отверстия станины 9. После выполнения операции запрессовки штурвал 5 вращают против часовой стрелки и тем самым освобождают все детали приспособления, что позволяет снять его с собранного узла.

Рис. 48. Конструкция захвата съемника для запрессовки втулок в отверстие
корпусной детали.

        Для запрессовки втулок могут использоваться съемники, конструкция которых позволяет осуществлять введение их захватной части в отверстие втулки. На Рис. 48 показана конструкция захвата съемника, позволяющего выполнять операцию запрессовки втул-ки в отверстие корпусной детали. Он содержит шток 1 приводного цилиндра (цилиндр на Рис 48 не показан) с глухим центральным отверстием 2, в котором размещен подпружиненный пружиной 9 стержень 3 с пальцем 4, входящим в продольный паз 5, выполненный в штоке 1 и жестко соединенный с подвижной втулкой 6, в которой на осях 17 установлены прихваты 7, стянутые между собою пружиной 8. На конце штока 1 выполнен бурт 10, в который упираются прихваты 7 при выполнении запрессовки втулки 15 в отверстие корпусной детали 16, а также цилиндрическая часть 11, определяющая рабочее положение прихватов 7 и канавка 12, позволяющая пружинам 8 выполнять сведение прихватов 7 для введения захвата съемника в отверстие запрессовываемой втулки 15. Прихваты 7 в своей передней части выполнены с конусной поверхностью 13, взаимодействующей с верхним торцем запрессовываемой втулки 15 при введении захвата съемника в отверстие втулки и упорной поверхностью 14, которая взаимодействует с нижнем торцем втулки 15 при ее запрессовке.
Работает захват съемника следующим образом. Перед началом запрессовки втулки 15 захват съемника вводится в ее отверстие. При этом, шток 1 выдвигается и прихваты 7 своей конусной поверхностью 13 упираются в верхний торец втулки 15 и отводят подвижную втулку 6 до тех пор, пока передняя часть прихватов не окажется в канавке 12 штока 1 и пружины 8 не сведут их, давая возможность захвату съемника войти в отверстие втулки 15. После прохождения отверстия втулки 15 прихваты 7 под действием пружины 9 расходятся, возвращаясь в исходное вертикальное положение, и захватывают запрессовываемую втулку 15, упираясь в ее нижний торец. Затем шток 1 приводного цилиндра втягивается, при этом его цилиндрическая поверхность 11 и бурт 10 входят в контакт с нижней частью прихватов 7, в результате чего, последние, воздействуя поверхностью 14 на нижний торец втулки 15, запрессовывают ее в корпус 16.

Рис. 49. Способы дополнительной фиксации втулок скольжения
в корпусной детали.

          Трудоемкость запрессовки втулок в значительной степени зависит от их геометрических размеров и формы (тонкостенные втулки запрессовывать намного сложнее), но еще в большей степени влияет величина натяга в соединении втулки и корпусной детали (запрессовка втулок с большим натягом вызывает большие сложности и в ряде случаев требует разработки оригинальной технологии и оснастки). Поэтому установка втулки скольжения в корпусную деталь значительно упрощается если натяг в соединении снижается, а в конструкцию вводится дополнительная фиксация втулки. Наиболее часто применяемые способы дополнительной фиксации втулок подшипников скольжения в корпусе показаны на Рис.49. Втулки, не имеющие бурта, могут дополнительно фиксироваться в корпусе посредствам установки стопорного винта (см. Рис. 49а), посредствам установленного в радиальном направлении штифта (см. Рис. 49д) и путем торцевой и внутренней развальцовки (см. Рис. 49е, ж). Втулки с буртом, могут дополнительно фиксироваться в корпусе посредствам установки болтов и штифтов, установленных параллельно оси втулки (см. Рис. 49б, в), с помощью стопорной планки (см. Рис. 49г). Однако при этом после запрессовки втулки для выполнения ее дополнительной фиксации требуется дополнительная оснастка для выполнения слесарных работ (сверления, развертывания, нарезки резьбы), которые при выполнении механической обработке корпусной детали зачастую выполнить невозможно.

Рис. 50. Способы фиксации вкладыша от проворота в корпусе разъемного
подшипника скольжения.

               Технология сборки подшипников скольжения с разъемным корпусом и вкладышами отличается от сборки подшипника с цельной втулкой тем, что вкладыши не запрессовываются в корпус подшипника, а укладываются в отверстие корпуса, а затем зажимаются при установке крышки и затяжке болтов ее крепления в корпусе подшипника, за счет создания определенного радиального натяга, препятствующего провороту вкладыша при работе подшипника в паре с валом. Для этого в соединении вкладыша и корпуса подшипника скольжения длину наружной окружности вкладыша делают несколько больше длины окружности отверстия в корпусе (длины постели вкладыша), за счет чего происходит сжатие вкладыша, создающее натяг в соединении (см. Рис. 50а). Такой способ фиксации от проворота обычно используется в разъемных подшипниках с тонкостенными вкладышами.
Увеличение длины наружной окружности вкладыша на величину h зависит от величины натяга δ, который требуется получить в соединении. Его величина определяется по следующей формуле: h = πδ/4 ;
В случае применения толстостенных вкладышей для исключения их проворота в корпусе подшипника в процессе эксплуатации механизма используется их штифтовка (см. Рис. 50б).

Для длительной, и надежной работы опоры вала с разъемным подшипником скольжения необходимо обеспечить требуемую величину масляного слоя между цапфой вала и отверстием вкладыша, которая зависит от:
– зазора в соединении вала с вкладышем,
– погрешности формы отверстия вкладыша (овальности и конусообразности),
– неперпендикулярности торца бурта вкладыша к оси его отверстия.
Регулировка зазора между валом и вкладышем осуществляется путем установки регулировочных прокладок между корпусом и крышкой подшипника (см. Рис. 5).

Рис. 51 Приспособление для выполнения шабровки вкладышей разъемного
подшипника скольжения

                Приспособление для выполнения шабровки вкладышей разъемного подшипника скольжения показано на Рис. 51. Оно содержит основание 1, в котором на оси 2 установлена поворотная каретка 3 с ложем для установки вкладыша 10 подлежащего шабровке, имеющая консоль шарнирно соединенную посредствам оси 5 с регулировочным винтом 6, на котором установлены две регулировочные гайки, обхватывающие сверху и снизу консоль каретки, при этом, противоположный конец винта 6, также шарнирно посредствам оси 7 соединен с основанием 1 приспособления. Для закрепления подлежащего шабровке вкладыша 10 на верхней плоскости каретки 3 расположены две прижимные планки 8 с крепежными болтами 9. Для выполнения шабровки вкладыша в этом приспособлении его укладывают в ложе каретки 3 и зажимают планками 8, после чего вращением гаек на винте 6 поворачивают каретку 3 с закрепленным в ее ложе вкладышем 10 в удобное для выполнения шабровки угловое положение. После выполнения шабровки прижимные планки ослабляют и снимают готовый к установке в корпус подшипника скольжения вкладыш, а на его место устанавливают следующий подлежащий шабровке.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Анурьев В.А. Справочник конструктора – машиностроителя, том 2. М.:          Машиностроение 1979г.
2. Бейзельман Р. Д. Подшипники качения. М: Машиностроение 1975г
3. Бушуев В. В. Гидростатическая смазка в станках М.: Машиностроение 1989г
4. Детали и механизмы металлорежущих станков. том 2 Шпиндели и их опоры,      детали приводов. Под редакцией Д. Н. Решетова Машиностроение 1972г
5. Игнатьев Н. П. Учебно – методическое пособие Основы проектирования часть 2. Методика проектирования механизмов и систем. Азов 2011г.
6. Игнатьев Н. П. Обеспечение точности при проектировании приводов и       механизмов. Азов 2012г.
7. Игнатьев Н. П. Справочно – методическое пособие. Проектирование сборочной оснастки Азов 2014г
8. Орлов И. П. Справочно – методическое пособие. Основы конструирования книга 2 М.: Машиностроение 1977г
9. Проников А. С. Справочник – учебник Проектирование металлорежущих станков и станочных систем часть 2 Расчет и конструирования узлов и элементов станков М.: Машиностроение 1995г
10. Тодер И. А. Крупногабаритные гидростатодинамические подшипники. М.:       Машиностроение 1976г

В статье в использована информация из соответствующих разделов работ автора «Основы проектирования, часть 2. Методика проектирования механизмов и систем» изданной в 2011 г, и «Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов» изданной в 2012г.

         В пособии «Основы проектирования» также содержатся:
– общая методика проектирования,
– методика проектирования привода,
– примеры специальных видов приводов (тяжело нагруженных, быстроходных, работающих в динамическом режиме, приводов с точным перемещением              выходного звена),
– вся необходимая информация для проектирования цилиндрических, реечных, червячных, планетарных, винтовых, а также ременных и цепных передач,
– вся необходимая информация для проектирования валов их опор и муфт
– информация необходимая для отработки конструкции на технологичность, включая большое количество примеров улучшения технологичности,
– последовательность выполнения компоновки элементов конструкции, которая демонстрируемая на примере механизмов сборочного полуавтомата

 

Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину

Стоимость полной версии статьи 70 руб