Рабочий вал - Часть 2 – Подшипники

Одними из самых ответственных деталей ножевого вала, естественно, являются подшипники. Поэтому есть смысл рассказать о них несколько подробнее.

Подшипники, применяемые в опорах машин и механизмов, делятся на два типа: скольжения и качения. При одинаковой грузоподъемности последние имеют по сравнению с первыми преимущество. У них меньше трение в момент пуска и при умеренных частотах вра­щения, меньше осевые габариты (в 2—3 раза). Они от­носительно просты в обслуживании и подаче смазки, имеют малую амплитуду колебания сопротивления вра­щению в процессе работы механизма. У них низкая сто­имость.

Кроме того, при выходе из строя такого подшип­ника его легче заменить новым. Однако они имеют и свои недостатки. Главные из них заключаются в относительно больших радиальных габаритах и повышенном сопротивлении вращению при работе на высоких частотах вращения по сравнению с подшипниками скольжения. Тем не менее они нашли широкое применение в электрических и других машинах. В зависимости от воспринимаемой нагрузки подшипники качения подразделяются на радиальные, упорные и радиально-упорные. Радиальные в основном воспринимают силу, направленную перпендикулярно оси вращения. Они допускают также и небольшие осевые нагрузки, что позволяет использовать их для фиксации валов от осевых перемещений. Упорные подшипники воспринимают только осевую нагрузку и применяются в основном в машинах с вертикальным валом.

По форме тел качения различают шариковые и роликовые подшипники. В малых машинах в обеих опорах устанавливают первые, а в мощных — вторые, поскольку они могут воспринимать большие радиальные нагрузки, чем шариковые подшипники.

У подшипников при одних и тех же внутренних диаметрах могут быть различные наружный диаметр и ширина, которые определяют серию подшипника и его гру­зоподъемность. Различают легкую, среднюю и тяжелую серии.

Там, где нагрузки невелики, применяют шариковые однорядные радиальные подшипники качения. Наружное кольцо одного из них обычно зажимают между фланцами. Поскольку внутреннее кольцо имеет неподвижную посадку и прижато к борту вала, этот подшипник определяет положение вала в осевом направлении. Второй подшипник устанавливают в так называемой «плавающей» опоре, обеспечивающей его относительно свободное перемещение в щите в осевом направлении. Чтобы избежать заклинивания подшипника, зазор между ним и фланцем должен быть сделан с учетом изменения длины вала и корпусных деталей при нагревании (он равен десятым долям миллиметра).

Подшипник в щите монтируют обычно на несколько свободной посадке, которая не препятствует медленному проворачиванию его наружного кольца и в то же время не приводит к выработке гнезда в щите и преждевременному выходу из строя самого подшипника. Проворачивание его внутреннего кольца на шейке вала исключается посадкой с натягом. Между щитами и торцами наружных колец подшипников иногда устанавливают пружины в виде волнистых колец, выштампованных из листовой стали. Перемещая наружное кольцо подшипника в осевом направлении, такая пружина выбирает зазор в нем и с определенным усилием прижимает шарики к дорожкам качения. Подобная мера способствует уменьшению шума, возникающего из-за ударов шариков о дорожки при наличии зазора в подшипнике, и увеличивает его долговечность в результате снижения усталостного разрушения металла.

Подшипниковые опоры снабжают уплотнениями, которые защищают его от попадания в них снаружи грязи, влаги, а также препятствуют вытеканию смазки.

В самодельных рабочих валах рекомендуется ис­пользовать шарикоподшипники радиальные однорядные, таких типов как 0000, 6000, 8000. По сравнению с другими они работают с минимальными потерями на трение и, следовательно, допускают наибольшую частоту вращения. Их устанавливают на таких валах, прогиб которых под действием внешних сил не вызывает чрезмерного углового смещения оси вала относительно оси посадочного отверстия.

Подшипники 6000 и 8000, имеющие соответственно одну и две защитные шайбы, применяют в таких случаях, когда из-за ограниченных габаритов или неудобств в обслуживании нежелательна установка специальных уплотнительных устройств для защиты подшипника от загрязнения или удержания в узле смазки.

Посадка подшипника на вал и в гнездо его опоры обеспечивается допусками на диаметры валов и гнезд. Например, при диаметре внутреннего кольца подшипника от 19 до 30 мм такие допуски находятся в пределах от 3 до 17 мкм.

Важной операцией является установка подшипников на свои места. Их предварительно промывают в бензине, помещают в ванну с техническим вазелином или ми­неральным маслом при температуре 55—60° С и после 15—20-минутного прогрева запрессовывают в корпус. Их монтируют при помощи специальных приспособлений. Наиболее простой способ — насаживание на вал при помощи монтажных труб, изготовленных из мягкого металла с диаметром отверстия несколько большим, чем диаметр отверстия монтируемого подшипника, и толщиной стенок, не превышающей толщины внутреннего кольца подшипника. Один конец трубки заглушают пробкой, по которой и наносят осторожно удары молотком. Отсутствие перекоса и защемления тел качения периодически проверяют свободным поворотом вала от руки.

После установки подшипники фиксируют пружинными кольцами. Затем их смазывают, ставят уплотнения, крышки и производят испытания собранного узла на нагрев и бесшумность работы.

Рис. 8. Съемник подшипников (шкивов): 1 — винт; 2 — вал; 3 — подшипник; 4 — сменная плитка; 5 — плита; 6 — планка; 7 — шпильки.

При поломке или сильном загрязнении подшипника возникает необходимость в его демонтаже. Делают это обычно с помощью специальных приспособлений, которые позволяют снять его с вала за внутреннее кольцо. Дело в том, что при стягивании за наружное кольцо нагрузка передается через тела качения и вызывает появление вмятин на дорожках.

Одной из рациональных конструкций можно считать съемник со сменными плитками (рис. 8), позволяющий снимать подшипники с различными внутренними диа­метрами. Плитку (4) подбирают по диаметру вала и при­крепляют к плите (5) винтами. Плита (5) и планка (6) со­единены шпильками (7). При вращении по часовой стрелке винт (1) упирается в вал (2) и стягивает с него подшипник.

Эта операция значительно облегчается, если предва­рительно нагреть подшипник или, наоборот, охладить вал, на котором он установлен, скажем, сухим льдом или другим способом.

После демонтажа подшипник тщательно проверяют. Вначале, удерживая его в горизонтальном положении за внутреннее кольцо, наружное проворачивают. Причиной тугого вращения может быть загрязнение подшипника или высыхание смазки. Заедание в некотором положении свидетельствует о наличии на рабочих поверхностях налетов продуктов разложения смазки, прилипании посторонних частиц или о вмятинах на дорожках и телах качения. Если после промывки и смазки нормальное вращение подшипника не восстановится, то его бракуют. Если при быстром вращении он издает повышенный шум, то его тоже выбрасывают, поскольку в нем заметно увеличился радиальный зазор или износился сепаратор.

А теперь остановимся на конкретных подшипниках рабочего вала станка «У-1». От чего же пришлось «танцевать» при их выборе? Во-первых, от диаметра и прочности на изгиб выступающего конца ножевого ба­рабана, во-вторых, от высоты полезного вылета пильного диска над столом. Чтобы лучше понять это, приведем при­меры. Возьмем подшипник, имеющий типовые размеры 10 х 30 х 9 (диаметр отверстия внутреннего кольца х диаметр внешнего кольца х высота). Соответствуя второму требованию в силу небольшого внешнего диаметра, он оказывается неподходящим по первому условию, посколь­ку шпиндель диаметром 10 мм явно слабоват.

Подшипник с другими параметрами, например 30 х 62 х 16, с лихвой перекрывая требования первого условия, не совсем подходил по второму, так как из-за большого своего диаметра заметно «съедал» полезный вылет пильного диска. Пришлось принимать компромиссное решение: остановить свой выбор на подшипниках, имеющих размеры 20Х47Х 14. Они, в свою очередь, определили и другие параметры ножевого вала: его диаметр (80 мм), диаметр вылета вала (16 мм) и максимальную высоту распила (50 мм) при использовании самого ходового диска диаметром 200 мм.

Не последнюю роль в принятии такого решения сыграло то обстоятельство, что 16 мм — это один из диаметров стандартного ряда посадочных отверстий металлорежущих фрез, которые предполагалось использовать в качестве дереворежущего инструмента. Указанный ряд выглядит следующим образом: 5, 8, 10, 13, 16, 22, 27 32, 40 мм.

Такой выбор подшипников для вала впоследствии полностью оправдал себя. На станке широко используются фрезы наиболее оптимальных размеров и массы (диаметром от 60 до 100 мм), имеющих посадочные от­верстия 16, 22, 27 и 32 мм. Успешно выдержал проверку на прочность и шпиндель. Об этом свидетельствуют такие факты. За последние годы с помощью станка было изготовлено несколько сотен оконных рам разных размеров". Для изготовления шипов и проушин на концах заготовок применялся довольно тяжелый составной инструмент, состоящий из трех фрез диаметром 200 мм и высотой 8 мм каждая.

Кроме того, регулярно приходится использовать пильный диск диаметром 320 мм на полный его вылет (110 мм) при распиловке вдоль крупногабаритных отрезков брусов, чурбаков и др. В результате такой довольно интенсивной эксплуатации станка в течение уже нескольких лет шпиндель его не претерпел каких-либо заметных изменений в худшую сторону.

Для рабочего вала станка, кроме указанных подшипников № 204, можно применить и радиальные двухрядные № 80203, имеющие размеры 17Х40Х 12, а также № 203 таких же габаритов. В крайнем случае можно использовать и подшипники № 1205, 8025 и 205 одинакового размера — 25x52x15. К сожалению, при этом диаметр подшипниковых узлов несколько увеличится, а полезный выход круглой пилы над пильным столом — соответственно уменьшится.

Для ориентировки приведем технические данные наиболее ходовых подшипников качения, применяемых в бытовых машинах: №200 (10x30x9); №201 (12 х 32 х 10); № 202 (15 х 35 х 11); № 203 (17 х 40 х 12); № 204 (20 х 47 х 14); № 205 (25 х 52 х 15).