Фиксация деталей на шпинделе

Способ фиксации подшипников оказывает существенное влияние на точность вращения шпинделя. Требуется обеспечить перпендикулярность фиксирующих поверхностей к оси шпинделя. Роль этого фактора такая же, как и перпендикулярность опорных поверхностей шпинделя и корпуса.

Способ фиксации должен обеспечивать также тонкую регулировку, надежность, простоту монтажа и демонтажа устройств.

Традиционные конструкции фиксации подшипников и других деталей на шпинделе — гайкой 2 и контргайкой 7 (рис. 1, а); гайкой 7 и шайбой 2 (рис. 1, б); гайкой 2 с подпружиненным фиксатором 7 (рис. 1, в); гайкой 3, которая стопорится винтом 7 через медный вкладыш 2 (рис. 1, г); деформируемой гайкой 7 (рис. 1, д).

Фиксация деталей на шпинделе
Фиксация деталей на шпинделе

Для подшипников серии 3182100 (NN30К) характерна установка со стороны большего диаметра отверстия дистанционного кольца 7 (рис. 1, е), определяющего величину предварительного натяга. По мере износа подшипника кольцо подшлифовывается на размер, соответствующий предварительному натягу. Чтобы избежать разборки шпиндельного узла, кольцо 1 делают разъемным (рис. 1) От выпадения кольцо удерживается втулкой 2, которая фиксируется винтами 3.

Со стороны малого диаметра отверстия двухрядною ролико- подшипника осевая фиксация не отличается от креплении остальных подшипников (рис. 1, з): гайка 1 через втулку 2, желательно длиной не менее диаметра, фиксирует внутреннее кольцо подтип ника. Торцы втулки и дистанционного кольца должны быть строго перпендикулярны своим осям, чтобы избежать перекоса подшипника.

При фиксации подшипников гайкой, в силу погрешностей резьбы, может произойти изгиб шпинделя, потеря точности его вращения. Поэтому современные конструкции фиксации деталей на шпинделе устраняют этот недостаток. Одно из решений — стопорная гайка КМТ и КМТА фирмы SKF (рис. 2). Гайки имеют системы фиксации с тремя штифтами, оси которых по отношению к оси шпинделя наклонены под тем же углом, что и боковые стороны профиля резьбы. При такой ориентации штифтов усилие фиксации не меняет положение гайки, не изменяется и усилие зажима подшипников, исключается изгиб шпинделя.

Стопорные гайки
Стопорные гайки

Высокая точность установки подшипников и отсутствие изгиба шпинделя обеспечиваются применением ступенчатых втулок (рис. 3). Внутренняя поверхность втулки ступенчатая с канавкой 3. Меньший диаметр отверстия d2 отличается от большего d3 на величину S2 = d3 — d2 Соответственно диаметры посадочной поверхности шпинделя отличаются на величину S1 = d1 — d4 (таблица и рис. 3 ,б).

Ступенчатая втулка
Ступенчатая втулка: а — посадка на шпиндель, б — конструкция

Ступенчатая втулка закрепляется на шпинделе путем посадки с натягом. Перед установкой втулка нагревается до температуры t, °С (см. таблицу). После остывания втулки через отверстие 2 (рис. 3, а) подается масло между втулкой и шпинделем 5 и одновременно прижимают втулку к подшипнику. Прижим можно делать с использованием специальной гидропрессовой гайки и по давлению масла контролировать усилие прижима. При достижении требуемого усилия натяга снимается давление масла во втулке, а затем и усилие прижима подшипника.

Ступенчатые втулки

Шпиндель Втулка
dy мм Допуск dv мкм Sy мкм d2, мм Допуск d2r мкм S2, мкм Допуск S1, S2, мкм L, мм В, мм D, мм t,°с
верхний нижний верхний нижний верхний нижний
20 0 -4 40 19,940 0 +4 35 0 -4 9 14 30 120
40 -7 70 39,900 +7 50 -7 11 18 52
80 -13 120 79,820 +13 100 -8 15 26 97
100 -15 140 99,790 +15 120 -10 17 30 125

Съем втулки осуществляется подачей масла под давлением в кольцевую канавку 3 (см. рис. 3, а). Ступенчатое отверстие втулки по границе разных диаметров образует кольцевую площадку, давление масла на которую создает сдвигающую силу. Втулка смещается с участков напряженной посадки, и в образовавшийся зазор начинает вытекать масло.

По торцевой поверхности прижима ступенчатой втулки делают радиальные канавки, чтобы обеспечить качественный прижим.

Тонкостенные шпиндели под давлением масла могут существенно деформироваться. Поэтому втулки делают с поднутрением 1 (см. рис. 3, а). Длина поднутрения принимается (15-20)% от диаметра шпинделя. На сборочных чертежах обычно указывают ступеньку в виде следа—линии на шпинделе и канавку 3 втулки, а также отверстие для подвода масла. Уже отмечалось, что принцип ступенчатой втулки используется как часть конструкции шкива, с одновременной фиксацией подшипников. На том же рисунке показано поднутрение шкива — ступенчатой втулки.

Наглядное представление о требованиях к точности ступенчатых втулок дают численные значения допусков и размеров для шпинделей диаметром d1 = (20—100) мм (см. таблицу).

Как альтернативу ступенчатой втулке фирма SKF предложила коническую гидровтулку для фиксации подшипников. На рис. 4 показана схема прижима подшипников конической гидровтулкой к заплечику шпинделя 3 и схема ее работы. При закрытом отверстии 2 подается масло через отверстие 1 и сопряженные поверхности втулок разделяются. Повышается давление в камере 4 с поршнем 6. Наружная втулка насаживается на внутреннюю до тех пор, пока не обеспечится необходимый натяг между внутренней втулкой и шпинделем. Далее давление сбрасывается, поршень перемещается винтами 5, выжимая масло через отверстие 2. Конструкция достаточно сложная. Но не требуется нагрев втулки, менее жесткие требования к точности посадочной поверхности шпинделя, которая на этом участке гладкая, без ступеньки. При демонтаже винты 5 ослабляются, масло подается через отверстие 2 и поршень возвращается назад. Затем подается масло в отверстие 1 и нагруженная втулка возвращается назад, натяг устранен и гидровтулку можно снять.

Коническая гидровтулка
Коническая гидровтулка: а — схема гидроустройства; б — конструкция.