Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Конструкции устройств создания и регулирования предварительного натяга подшипников в шпиндельных узлах на опорах качения

Конструкции устройств создания и регулирования предварительного натяга подшипников в шпиндельных узлах на опорах качения

Точность вращения шпинделя, а следовательно, и точность обрабатываемых деталей на станке в значительной степени определяются жесткостью шпиндельного узла
Одним из условий обеспечения и повышения жесткости является создание предварительного натяга подшипников в опорах шпиндельного узла
Практика показывает, что при наличии слишком малых или чрезмерно больших предварительных натягов ухудшаются динамические характеристики узла, растут потери мощности на трение в радиально-упорных шарикоподшипниках, что приводит к повышенному нагреву, снижению точности и долговечности всего шпиндельного узла [1]
Кроме того, в результате исследований [2, 3] установлено, что одной из причин выхода из строя подшипниковых опор высокоскоростных шпиндельных узлов является неправильный выбор величины предварительного натяга и невозможность регулирования ее в процессе работы
Правильный выбор величины и метода создания предварительного натяга позволяет получить высокую точность, жесткость, долговечность шпиндельного узла и обеспечить низкое тепловыделение в его опорах
В статье излагаются наиболее распространенные на практике методы создания предварительного натяга подшипников, приводятся конструкции устройств натяга, изучение принципа действия которых позволяет наметить пути повышения точности и надежности шпиндельных узлов (прежде всего это касается высокоскоростных прецизионных шпиндельных узлов, в которых недостаточный либо чрезмерный натяг может привести к разрушению подшипниковой опоры в считанные минуты)
Методы создания предварительного натяга в опорах качения. Сущность предварительного натяга заключается в том, что пару подшипников предварительно нагружают осевой силой. Эта сила не только устраняет осевой зазор в парном комплекте подшипников, но и создает начальную упругую деформацию в местах контакта колец с телами качения. Если затем подшипник нагрузить рабочей осевой силой, то относительное перемещение его колец под действием этой силы будет значительно меньше, чем до создания предварительного натяга. Чем меньше относительное перемещение колец, тем выше жесткость узла [4].

Рис.1.Подшипниковые опоры с предварительным натягом

Как правило, предварительный натяг подшипников создают
при изготовлении подшипника, но может быть, и отрегулирован в процессе монтажа (рис 1, а),
при сборке подшипниковой опоры шпиндельного узла (рис 1, б, в)
Предварительный натяг подшипников обычно осуществляют взаимным осевым смещением колец (схематично показано на рис 2)

Рис.2.Схема создания в подшипниках предварительного натяга

Основные методы создания предварительного натяга в подшипниках шпиндельных узлов
сошлифовкой торцов колец,
• набором прокладок,
• проставочными кольцами,
• поджимными элементами (пружинами),
• посадкой, например, при монтаже цилиндрических роликоподшипников на коническую поверхность (посадочную) вала
При изменении режима работы шпиндельного узла меняется его температура, а следовательно, натяг в подшипниках и их жесткость. С течением времени выполненное при сборке регулирование подшипников постепенно нарушается вследствие изнашивания и обмятия микронеровностей, поэтому необходимо периодическое повторное регулирование подшипников

Рис.3.Схема содания предварительного натяга сошлифовкой торцов вала

На рис. 3 показана схема создания предварительного натяга - сошлифовкой торцов внутренних колец - внутреннее кольцо смещается относительно наружного под действием силы Аnи излишек материала толщиной а сошлифовывается. Когда оба подшипника будут смонтированы, то внутренние кольца относительно наружных сдвинутся на величину а [5]

Рис.4.Схема содания предварительного натяга набором прокладок

Создание предварительного натяга набором прокладок 1, устанавливаемых под фланец крышки подшипников, показано на рис 4, а Для этой цели применяют набор тонких (толщиной ~0,1 мм) металлических прокладок Удобно также проводить регулирование набором прокладок разной толщины Так, фирма "Тимкен" (США) поставляет для этого комплект прокладок следующих толщин 0,127 и 0,179 мм — по 3 шт, 0,508 мм — 1 шт Достаточно точное регулирование можно получить, составляя набор прокладок из ряда толщин 0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8 мм На рис 4, б набор тонких металлических прокладок устанавливают между торцами вала и торцовой шайбы 2 Шайбу крепят к торцу вала винтом и стопорят [4]
Регулирование набором металлических прокладок обеспечивает достаточно высокую точность при установке как радиальных, так и радиально-упорных подшипников.
Качество регулирования натяга подшипника зависит от квалификации сборщика Подшипники можно легко недотянуть или перетянуть, поэтому на некоторых заводах опоры требуемой жесткости также создают подбором проставочных колец 1 и 2, которые устанавливают между подшипниками на валу и в корпусе (рис 5, а, б) После этого как внутренние, так и наружные кольца подшипников закрепляют на валу и в корпусе Этот способ очень надежен, но требует точных измерений размеров подшипников и тщательной пригонки колец

Рис.5.Схема содания предварительного натяга проставочними кольцами

В случае применения закладных крышек регулирование радиальных подшипников можно выполнять установкой проставочного кольца 7 между торцами наружного кольца подшипника и крышки (рис 5, в).
На рис 6 показаны приспособления для опредечения разности высот проставочных колец Посадки подшипников на оправки и в диски должны соответствовать посадкам на шпиндель и в корпус. Определение разности высот проставочных колец проводят следующим образом приспособление с установленными на нем подшипниками устанавливают под прессом и прикладывают нагрузку равную выбранному значению предварительного натяга А, После этого измеряют расстояние и, между торцами наружных колец подшипников Разность между величиной b(расстояние между торцами внутренних колец подшипников, равное расстоянию между буртами оправки) и 6, будет искомой разностью высот проставочных колец [6]

Рис.6.Приспособление для определения разности высот проставочных колец

Более или менее постоянную жесткость опор создает применение поджимных элементов (например, различные виды пружин), компенсирующих износ
Создание натяга подшипников с помощью пружин показано на рис 7 Внутренние кольца обо их подшипников сжаты гайками Под деист вием пружин 2, расположенных в отверстиях гильзы 7 и упирающихся во фланец 3, наружное кольцо подшипника 4 смещается вправо Через шарики сила передается внутреннему кольцу и шпинделю, который также смещается вправо до тех пор, пока не возникнет натяг в подшипнике 5 [7]

Рис.7.Схема содания предварительного натяга с помощью пружин

Некоторые заводы обеспечивают постоянный натяг в подшипниках установкой колец 7 с большим числом пружин, расположенных по окружности (рис 8. а, б) В подшипнике фирмы "Гаме" (Франция), а также в отечественных подшипниках типа 17000 (рис 8. в) наружное кольцо объединено с кольцом. Ширина наружного кольца подшипника увеличена, что повысило точность базирования подшипника по отверстию корпусной детали [4].

Рис.8.Схема содания предварительного натяга с помощью пружин

Фирма СКФ (Швеция) рекомендует создавать натяг в подшипниках как цилиндрическими, так и тарельчатыми пружинами (рис 8, г) В последнем случае пружины обеспечивают постоянную силу
Упругие элементы встраивают в опору, на которую не действует осевая сила (или значение ее невелико) Сила пружин должна превосходить в радиально-упорных подшипниках сумму осевой составляющей от радиальной нагрузки и внешней осевой силы
Установка упругих элементов улучшает условия работы подшипников, так как даже при относительно неточном их регулировании при любом тепловом удлинении вала устранен осевой зазор в подшипниках

Рис.9.Регулирование величины предвариетльного натяга подшипников винтом

Регулирование натяга подшипников можно проводить, воздействуя винтом 1 на шайбу 2 (рис 9, а) Шайба самоустанавливается по торцу наружного кольца подшипника благодаря наличию сферической поверхности на торце винта. При конструировании шайбу 2 нужно делать жесткой, а диаметр регулировочного винта возможно большим При малых диаметрах винтов наблюдались случаи вырыва винтов из крышки подшипника под действием осевых сил Точность регулирования по рис 9, а и б можно повысить, уменьшая шаг резьбы, поэтому в таких конструкциях применяют резьбы с мелким шагом [4]

На рис 10, а показано регулирование натяга подшипников гайкой. После создания в подшипниках требуемого натяга шлицевую гайку стопорят много-лапчатой шайбой. Для этого гайку необходимо установить так, чтобы шлиц на ней совпал по расположению с одним из отгибных выступов-лапок стопорной шайбы В некоторых случаях выполнение этого условия приводит к нарушению точности регулирования Этого недостатка можно избежать при регулировании гайкой со специальным кольцевым деформируемым бортиком (рис 10, б) На резьбовом участке вала выполняют два паза (через 180°) После создания в подшипниках требуемого натяга гайку стопорят, вдавливая края деформируемого бортика в пазы вала.

Рис.10.Регулирование величины предварительного натяга подшипников гайков

Как показывает практика, ослаблять посадку под перемещаемым при регулировании внутренним кольцом подшипника не требуется
Рассмотренные методы создания предварительного натяга в опорах шпиндельного узла обеспечивают фиксированный монтажный натяг, величину которого в процессе работы невозможно изменить
Благодаря простой конструкции данные методы получили широкое распространение в шпиндельных узлах на опорах качения, однако они имеют существенный недостаток - узкий диапазон сохранения работоспособности, так как величина натяга существенно изменяется в зависимости от внешней нагрузки, потерь на трение, а также износа тел качения
Классификация устройств создания и регулирования натяга подшипников. В настоящее время в технической литературе нет классификации устройств натяга подшипников, однако существует большое количество патентов [8— 22] как отечественных авторов, так и зарубежных, связанных с созданием устройств натяга Из рассмотренных патентов по изучаемой тематике было выявлено большое количество разнообразных конструкций

Рис.11.Классификация устройств натяга подшипников качения

Ниже приводится классификация устройств натяга подшипников, основанная на анализе существующих конструкций создания и регулирования натяга в шпиндельных узлах на опорах качения
Предлагаемая классификация (рис 11) основана на трех признаках направлении действия, виде физического воздействия, способе регулировании.
Устройства натяга подшипников качения по направлению действия могут быть классифицированы на радиальные и осевые
Радиальные устройства обеспечивают натяг по направлению, совпадающему с направлением радиальной составляющей силы резания, осуществляют линейное радиальное перемещение и создают усилие, которое передается на наружное кольцо подшипника, деформирует его, создавая требуемый радиальный натяг
В шпинделе [8] радиальный натяг подшипников создается следующим образом При вращении регулировочной гайки на заданный угол поворота элементы составной втулки, связанные наружной резьбой с составными частями корпуса передней опоры, в которых установлены радиальные подшипники, смещаются в противоположные стороны При этом обеспечивается линейное радиальное перемещение подшипников в диаметрально противоположном направлении Таким образом выбирается радиальный зазор в подшипниках и создается требуемый радиальный натяг
Конструкция шпинделя [9], представленного на рис 12, является прототипом конструкции [8] При повороте регулировочной шайбы 1 (у которой внутреннее отверстие выполнено в виде эллипса) усилие передается соответственно через шарики 2, упругие элементы 3, шарики 4 и упоры 5 на наружное кольцо роликоподшипника 6 и деформирует его, создавая требуемый радиальный натяг, тем самым, обеспечивая повышенную жесткость и виброустойчивость в направлении действия радиальной составляющей силы резания, что можно эффективно использовать, например, при шлифовании по методу врезания.

Рис.12.Шпиндель

Осевые устройства создают натяг осевым смещением наружных и внутренних колец пары подшипников друг относительно друга в направлении, совпадающем с направлением осевой составляющей силы резания [10— 22] Практически все конструкции устройств натяга, представленные ниже, являются осевыми и по сравнению с радиальными устройствами наиболее распространены.
По виду физического воздействия устройства натяга подшипников качения могут быть классифицированы на гидравлические (пневматические), центробежные, механические, электромеханические, электромагнитные, термодинамические.
Гидравлические (пневматические) устройства Создание натяга подшипников гидравлическими (пневматическими) устройствами осуществляется с помощью гидропривода (пневмопривода) путем подачи рабочей жидкости (воздуха) под давлением в кольцевую полость нажимного элемента, который создает нагрузку на наружное кольцо подшипника Величина натяга регулируется давлением рабочей среды, подаваемой в кольцевую полость.
В шпиндельном узле, по патенту Великобритании № 1535163, регулирование натяга подшипников осуществляется изменением гидравлического давления в камере, образованной втулкой и кольцом, установленным в корпусе, что изменяет положение втулки, а следовательно, и нажимного элемента, взаимодействующего с наружным кольцом подшипника Опорный узел шпинделя [10] металлорежущего станка содержит радиально-упорные подшипники, предварительный натяг которых осуществляется гидроприводом путем подачи масла под даачением в полость, образуемую нажимной втулкой, установленной неподвижно в корпусе, и расточкой на наружном кольце одного из подшипников
К недостаткам этого решения следует отнести необходимость внешнего источника давления, а в случае регулирования натяга в зависимости от скорости вращения вала — сложную систему управления указанным давлением.

Рис.13.Пошипниковая опора с устройством натяга

На рис. 13 показана подшипниковая опора [11], содержащая установленный в корпусе 2 подшипник качения 1, а также устройство для создания предварительного натяга с помощью нажимного устройства, возденетвующего на наружное кольцо подшипника силовым устройством. Нажимное устройство содержит плунжеры 3, которые находятся в гнездах втулки 4 и взаимодействуют с наружным кольцом подшипника 7 через промежуточное кольцо 5. Силовое устройство представляет собой гидроцилиндр 6. установленный вне опоры. Внутри цилиндра 6 расположен плунжер 7, находящийся под действием поршня 8. При этом поршень находится под давлением масла, поступающего из гидросистемы по магистрали 9. Канал 10 между плунжерами 3 и 7 заполнен гидропластом, давление которого, а следовательно, и сила натяга регулируются гидросистемой.
Регулирование натяга подшипников пневматическими устройствами применяется крайне редко ввиду того, что пневмопривод вызывает повышенный шум, создает сравнительно небольшие силы давления воздуха, кроме того, наличие компрессорных установок делает использование этих устройств нецелесообразным.
Применение гидравлических устройств натяга обеспечивает высокую плавность движения нажимного устройства, широкий диапазон скорости его перемещения, а также большую силу давления жидкости.
Центробежные устройства. Центробежные устройства создания натяга позволяют уменьшать натяг подшипников с увеличением частоты вращения вала вследствие увеличения центробежной силы (силы инерции).
Подшипниковая опора [12] содержит устройство натяга радиально-упорного подшипника, состоящее из набора грузиков, контактирующих с нажимными кольцами, и упругого элемента, выполненного в виде кольца с Т-образными пазами и обхватывающего грузики. По мере увеличения числа оборотов возрастает центробежная сила грузиков, благодаря которой они смещают нажимное кольцо, действующее на ролики подшипника, что приводит к уменьшению натяга. Предложенная опора ввиду большого числа движущихся друг относительно друга деталей малонадежна в работе и имеет значительные габариты.
Шпиндельный узел [13] металлорежущего станка содержит механизмы создания предварительного натяга и регулирования предварительного натяга с инерционными грузиками. Предварительный натяг в подшипниках создают нажимной втулкой бочкообразной формы. С увеличением частоты вращения шпинделя под действием центробежных сил грузиков втулка деформируется, а сила предварительного натяга подшипников уменьшается.
На рис. 14 изображена подшипниковая опора с саморегулируемым натягом [14]. Она содержит ра-диально-упорный подшипник с роликами /, внутренним 2 и наружным 3 кольцами и регулятор натяга, состоящий из набора грузиков 4 в виде шариков, размещенных между конусной торцовой поверхностью кольца 5 и нажимным кольцом 6. Упругий элемент 7, выполненный в виде кольца, обхватывает грузики, благодаря чему они прижимаются к нажимному кольцу 6, действующему на ролики подшипника. С увеличением частоты вращения шпинделя центробежная сила грузиков возрастает и компенсирует часть силы, передаваемой нажимным кольцом роликам, поэтому натяг в подшипнике уменьшается.

Рис.14.Подшипниковая опора

Рис.15. Устройство создания предварительного натяга

Эффективность подобных устройств часто бывает низкой ввиду значительного трения инерционных грузиков, поэтому на практике приходится либо увеличивать массу и число грузиков, либо уменьшать силы трения. Последний способ характерен для конструкции, показанной на рис. 15 [15] (патент США). В такой конструкции для работы на низких скоростях с помощью пружин 1 создается тяжелый предварительный натяг подшипников 2, обеспечивающий требуемую максимальную жесткость опор. Уменьшение нагрузки от действия пружин 1 при высоких частотах вращения шпинделя достигается в результате применения в конструкции фасонной втулки 3, в которой на элементе 4 установлены шарикоподшипники 5 с возможностью осевого перемещения по направляющей 6 Регулирование осуществляется следующим образом с увеличением частоты вращения шпинделя центробежная сила грузиков 7 действует на клин 8 элемента 4, который, перемещаясь по шариковым опорам 5 вдоль цилиндрической направляющей 6, смещает пружину 7 и тем самым уменьшает нагрузку на подшипники 2.
Таким образом, в результате перехода от трения скольжения к трению качения эффективность работы такого центробежного устройства повышается Однако положительный эффект сопровождается значительным увеличением габаритов опоры, увеличением сложности конструкции, а также снижением радиальной жесткости опоры, что является нежелательным.
Основными недостатками центробежных устройств являются их сложность и то, что регулирование осуществляется по жесткому алгоритму в зависимости только от одного фактора — частоты вращения Поэтому данный способ регулирования не является оптимальным.
Механические устройства Механические устройства натяга представляют собой совокупность механических элементов, обеспечивающих натяг подшипников Создание натяга механическим способом осуществляется сошлифовкой торцов подшипников поджимными элементами (например, пружиной), установкой набора металлических прокладок (дистанционных колец), регулирующей гайкой (крышкой) и т.д.
Недостатком данных способов осуществления натяга является уменьшение последнего в процессе эксплуатации по мере изнашивания тел и дорожек качения и связанная с этим необходимость периодического регулирования узла Кроме того, для узлов, работающих в условиях повышенных температур, необходимо предусмотреть осевую игру для предотвращения теплового заклинивания тел качения и специальные компенсирующие устройства для исключения нарушения контакта при снижении температуры, что приводит к снижению точности вращения вала и надежности узла.

Рис.16.Подшипниковая опора

В подшипниковой опоре [7], показанной на рис 16, предварительный натяг устанавливается посредством гаек 1 Наружные кольца подшипников 2 и 4 и распорное кольцо 3 сжаты между буртиком корпуса и фланцем 5 Внутренние кольца подшипников сжаты гайками 1. При сжатии внутренние кольца смещаются относительно наружных, и при этом создается необходимый натяг Недостатком такой конструкции для создания осевого натяга является постоянство силы натяга, не зависящей от внешней нагрузки, что ведет к повышенным потерям на трение при небольших нагрузках.

Рис.17.Шпиндельный узел

На рис 17 показан шпиндельный узел, в опорах которого предварительный натяг устанавливается при посадке на коническую шейку шпинделя 1 роликового подшипника 3 (посадочное отверстие внутреннего кольца 2 подшипника выполнено также коническим) [16] Регулирование предварительного натяга осуществляется гайкой 7. Через сопряженные по конической поверхности упругие тарированные шайбы 5, 6 и втулку 4 создается осевая сила на торец внутреннего кольца 2 подшипника 3. При этом величину изменения натяга в подшипнике устанавливают по значению осевой силы, приложенной к торцу внутреннего кольца 2 подшипника, а контролируют по пропорциональной этой силе величине деформации внешнего цилиндрического диаметра упругих тарированных шайб 5 и 6.
Электромеханические устройства. Регулирование натяга электромеханическими устройствами осуществляется системой управления, которая анализирует информацию, поступающую с датчиков, и выдает управляющее воздействие в виде электрического сигнала на исполнительный механизм, который механически связан с нагружающим устройством, взаимодействующим с наружным кольцом подшипника.

Рис.18.Электромеханическое устройство натяга

Электромеханическое устройство натяга, показанное на рис. 18 [17], содержит устройство осевого натяга, состоящее из пружины 7 и упорной шайбы 2 и расположенное между подшипниками 3, 4, и дополнительное устройство осевого натяга, состоящее из втулки 5 с размещенными в ней пружинами 6, поджимной шайбы 7, винта 8, исполнительного устройства 9 и электронного блока управления 10.
В зоне установки подшипников расположены датчики 77 и 12, например вибродатчики, которые через блок управления 10 электрически связаны с исполнительным устройством 9, например редукторным микродвигателем типа ДС-2, который механически связан с винтом 8.
С вибродатчиков 77 и 12 информация в виде электрического сигнала непрерывно поступает в блок управления 10, который в случае превышения определенного порога вибраций вследствие нарушения допустимого режима работы выдает команду на исполнительное устройство 9. Последнее, действуя на винт 8, плавно смещает наружные кольца подшипников на величину осевой игры и упругих деформаций.
Электромагнитные устройства. Основой электромагнитных устройств создания натяга является электромагнит и нагружающее устройство, действующее на наружное кольцо подшипника. Регулирование натяга электромагнитными устройствами осуществляется системой управления.
В шпинделе [18] натяг подшипников создается с помощью размещенного между передней и задней опорами вала электромагнита, действующего на вал в осевом направлении, и преобразователя осевых смещений вала в электрический сигнал, соединенного с обмоткой электромагнита через систему управления.

Рис.19.Устройство натяга подшипников

На рис. 19 показано устройство создания натяга к шпинделям металлорежущих станков [19]. Благодаря использованию только механических элементов такое устройство обладает достаточным быстродействием, а благодаря дублированию катушек, втулок, клиновых пазов и шаров сохраняется работоспособность и при частичном отказе элементов. Устройство натяга работает следующим образом. В исходном состоянии минимальный натяг создается упругим элементом 7, сила которого через шток 2 и упор 3 передается на корпус 4. При подаче напряжения катушки 5 и 6 притягивают якоря 7 и 8 и сближают втулки 9 и 10. Конические поверхности 77 и 12 этих втулок воздействуют на шары 13 и 14, размещенные в клиновых пазах 15... 18, и перемещают нажимной шток 2 относительно упора 3. Перемещение штока приводит к сжатию упругого элемента 7 и увеличению натяга. Увеличивая напряжение на катушках, можно увеличивать натяг подшипников до тех пор, пока не будет исчерпан запас хода якорей.
Электромагнитные устройства регулирования натяга в процессе работы обеспечивают изменение натяга по любому заданному алгоритму. Тем не менее данные устройства не находят широкого практического применения в шпиндельных узлах металлорежущих станков ввиду больших габаритов и, что особенно существенно, тепловыделений в обмотках устройства.
Термодинамические устройства. Термодинамические устройства создания натяга основаны на свойстве некоторых материалов при нагревании изменяться в размерах. Эти устройства натяга реагируют только на выделяемую подшипником теплоту.
Конструкция подшипниковой опоры [20] содержит устройство регулирования натяга, выполненное в виде подвижных колец, сопряженных коническими торцами, одно из которых выполнено из материала, температурный коэффициент линейного расширения которого отличается от температурного коэффициента линейного расширения соседних колец. При этом одно из колец при перемещении через нажимной стакан действует на торцы роликов, изменяя натяг в подшипнике.
Недостатком таких конструкций является незначительный диапазон регулирования натяга вследствие незначительных тепловых перемещений, высокая инерционность и сложность управления.

Рис.20.Шпиндель шлифовального станка

На рис. 20 изображен шпиндель шлифовального станка [21], который снабжен термокомпенсирующей втулкой 1, установленной на валу 2 между неподвижными в осевом направлении подшипниками передней опоры 3 и подвижными в том же направлении подшипниками задней опоры 4, причем указанная втулка упирается одним торцом в подшипники передней опоры, а со стороны второго торца закреплена на валу с помощью штифта 5. При работе шпиндельного узла вследствие его нагрева вал 2 удлиняется, в результате чего изменяется положение инструмента относительно заготовки. Однако нагрев втулки 7 вызывает ее удлинение влево (т. е. в сторону, противоположную смещению переднего конца вала шпинделя), смещая тем самым и вал 2 шпинделя в том же направлении, чем компенсируется температурное удлинение вала шпинделя. Величина этого смещения может регулироваться путем изменения длины втулки и ее материала. С целью уменьшения теплоотдачи с поверхности втулки 1 она покрыта теплоизоляционным слоем 6.

Рис.21.Пошипниковый узел

Подшипниковый узел на рис. 21 [22] состоит из установленных в передней опоре дуплексированных подшипников 3, между наружными и внутренними кольцами которых расположены проставочные кольца 4, 5, выполненные в осевом направлении с гофрами (волнообразными складками), конструкция которых показана на рис. 21 (виды А, Б). При вращении подшипники нагреваются, а внутренние и наружные кольца их расширяются как в радиальном, так и в осевом направлениях. Так как проставочные кольца 4 и 5 в линейном направлении имеют возможность сжиматься за счет гофр, то в радиальном направлении не будет изменения начального радиального зазора в подшипниках и произойдет компенсация радиального расширения за счет линейного, так как изменение размеров узла в целом пойдет по линии наименьшего сопротивления, т.е. в линейном направлении.
По способу регулирования различают устройства: с нерегулируемым натягом, т.е. с предварительным натягом; с регулируемым предварительным натягом, с управляемым натягом.
Устройства с нерегулируемым натягом подшипников качения сохраняют постоянную величину, которая не может регулироваться в процессе эксплуатации шпиндельного узла.
Создание предварительного натяга такими устройствами осуществляется в соответствии со всеми методами, рассмотренными выше.
Хотя такие конструкции и сохраняют заданный натяг, однако со временем, вследствие износа, величина натяга меняется.
Устройства с регулируемым предварительным натягом позволяют провести подналадку шпиндельного узла исходя из ожидаемых условий работы, а также для компенсации износа тел и дорожек качения (см. рис. 15...17, 20, 21). Однако устройства данного типа требуют квалифицированных наладчиков.
Кроме того, для изменения величины предварительного натяга обычно требуется частичная разборка узла, и самое главное — устройства не позволяют осуществить регулирование в процессе работы шпиндельного узла.
Устройства с управляемым натягом подшипников качения обеспечивают в процессе работы требуемую величину натяга и упраатяют этой величиной в зависимости от режимов резания, от температурного режима работы подшипников и износа их элементов, от частот вращения шпинделя и т.д. (см. рис. 12...14, 18, 19).
Регулирование натягом подшипников в процессе эксплуатации позволяет поддерживать точность вращения шпинделя при колебаниях одной из составляющих нагрузки, обеспечивая оптимальную величину натяга для различных режимов резания.
Управление натягом в опорах шпиндельного узла позволяет при сохранении высокой его осевой нагрузочной способности обеспечить высокую быстроходность шпинделя, это обеспечивает применение высоких скоростей резания, и как следствие повышается качество обработки изделий на станке.
На основании рассмотренных конструкций можно сделать вывод о том, что устройства с управляемым натягом обладают рядом преимуществ перед другими типами устройств, в частности стандартных, широко применяемых на практике. Однако следует отметить, что устройства с управляемым натягом имеют такие же недостатки, как и все остальные рассмотренные устройства: сложность конструкции, большие габариты, узкий диапазон работы и т.п. Весьма актуальным представляется разработка новых, более совершенных конструкций с использованием современных технологий. Одна из таких конструкций, обеспечивающая в процессе работы шпиндельного узла регулирование в широком диапазоне величины натяга в его опорах, разрабатывается на кафедре ИС-4 "Мехатроника производственных систем" МГАПИ применительно к высокоскоростным шпиндельным узлам.
В дальнейшем планируется рассмотреть и другие не менее интересные конструкции устройств создания и регулирования предварительного натяга в шпиндельных узлах на опорах качения.

Литература
1. Кушнир А.П., Лизогуб В.А., Бондарь С.Е. Особенности проектирования высокоскоростных шпиндельных узлов приводов главного движения // Информационно-аналитический журнал "Привод и управление". 2001. № 3. С. 12-14.
2. Кушнир А.П., Курнасов Е.В. Аналитическое исследование перераспределения нагрузок в опорах качения шпиндельных узлов в зависимости от внешних сил и величин технологического натяга // Сб. тр. научно-технической конференции "Технологические процессы и материалы в машиностроении и приборостроении" / Под ред. Н.И. Касаткина, Н.М. Султан-Заде. М: МГАПИ, 2003. С. 144-148.
3. Кушнир А.П., Курнасов Е.В. Повышение надежности приборных шарикоподшипниковых опор на стадии проектирования с учетом ожидаемых условий работы шпиндельного узла. Науч. тр. VI Межд. научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права". М.: МГАПИ, 2003. С. 106-111.
4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Издательский центр "Академия", 2003. 496 с.
5. Колев Н.С., Красниченко Л.В., Никулин Н.С. и др. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1980. 500 с.
6. Д.Н. Решетова. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.2. М.: Машиностроение, 1972. 520 с.
7. Кучер И.М. Металлорежущие станки. Л.: Машиностроение, 1970. 720 с.
8. Головатенко В.Г., Скорынин Ю.В. и др. "Шпиндель металлорежущего станка". А.с. 1484649 (СССР), МКИ В 24 В 41 / 04, 1989.
9. Головатенко В.Г., Скорынин Ю.В. и др. "Шпиндель металлорежущего станка". А.с. 986610 (СССР), МКИ В 23 В 19 / 02, 1981.
10. ЕВП № 0055565, МКИ F 16 С 25 / 06, 1982.
11. Бромберг Б.М., Дубиненко А.Ф. и др. "Опора качения". А.с. 375414 (СССР), МКИ F 16 С 25 / 06, 1973.
12. Коргичев Э.В., Оснач О.Т. и др. "Подшипниковая опора". А.с. 551457 (СССР), МКИ F 16 С 25 / 06, 1975.
13. Коротченко В.А. "Шпиндельный узел станка". А.с. 1773570 (СССР), МКИ В 23 В 19 / 02, 1992.
14. Коргичев Э.В., Оснач О.Т. и др. "Подшипниковая опора". А.с. 530969 (СССР), МКИ F 16 С 25 / 06, 1976.
15. Seidel W. В. Preloading mechanism for machine tool spindle bearings. United States Patent № 3352611, Cl. 308-189, 1968.
16. Блаер И.Л., Макаров В.В., Комаров Н.В. "Способ регулирования и контроля радиального зазора подшипников качения". А.с. 898146 (СССР), МКИ F 16 С 25 / 00, 1982.
17. Крючков Г.Н. "Способ эксплуатации однорядных радиальных шарикоподшипников и узел для его осуществления". Патент 2006698 (РФ), МКИ F 16 С 25 / 06, 1994.
18. Минченя В.Т., Минченя Н.Т. и др. "Шпиндель металлорежущего станка". А.с. 1076269 (СССР), МКИ В 24 В 41 / 04, 1984.
19. Пигулевский В.Н., Пигулевский Н.А. и др. "Регулятор натяга к шпинделям металлорежущих станков". А.с. 1696255 (СССР), МКИ В 24 В 41 / 04, 1991.
20. Лизогуб В.А., Сиротсмко А.П. и др. "Подшипниковая опора". А.с. 1754334 (СССР), МКИ В 23 В 19 / 02, 1992.
21. Никитин П.И. "Шпиндель шлифовального станка". А.с. 631320 (СССР), МКИ В 24 В 41 / 04, 1978.
22. Ускорев В.Б., Белянчиков М.П. "Подшипниковый узел". А.с. 1789798 (СССР), МКИ F 16 С 19 / 52, 1976

Е.Г. КУРНАСОВ (МГАПИ)

Справочник, инженерный журнал
№9,2004г., с. 23-31

Статьи партнеров