Внутренний зазор и предварительный натяг подшипников
Подшипники используются в конструкциях фиксирующих либо плавающих опор. Для плавающих опор применяют посадку подшипника с зазором, обеспечивающим подвижность внешнего кольца подшипника в осевом направлении (схемы а, б). Обычно плавающей делают опору, которая несёт меньшую часть радиальной нагрузки. При создании фиксирующей опоры длинного вала часто используют два подшипника для увеличения жёсткости (схема б). Температурное перемещение обеспечивается посадкой радиального шарикоподшипника с зазором (внешнее кольцо подвижно) либо применением радиального роликоподшипника с цилиндрическими роликами.
Схемы установки подшипников
Наружные и внутренние кольца фиксирующих опор неподвижны (схема в, г) в осевом направлении и препятствуют смещению вала в ту или в другую сторону. Применение фиксирующих опор допустимо при установке коротких валов враспор в условиях незначительного нагрева. Вал с фиксирующими опорами удобен при монтаже, но требует контроля линейных допусков и учёта теплового расширения, чтобы предотвратить заклинивание тел качения. Для радиально-упорных подшипников установка враспор должна включать возможность осевой регулировки.
Величина внутреннего зазора определяет взаимное расположение пары однорядных радиально-упорных шарикоподшипников. Внутренний зазор выставляют после их монтажа, причём осевую фиксацию обеспечивает второй подшипник.
Предварительный натяг
Для повышения точности и жёсткости подшипниковых узлов, устранения люфтов и улучшения виброакустических параметров, рекомендуют установку подшипников с предварительным натягом. Преднатяг, т.е. заданная осевая нагрузка, компенсирует зазоры подшипника, создаёт упругую деформацию между максимально возможным количеством тел качения подшипника и его кольцами, предотвращает их проскальзывание. Типичные примеры применения преднатяга — это небольшие быстроходные электродвигатели, шпиндели станков и т.п.
Правильно рассчитанный преднатяг может заметно увеличить долговечность подшипников шпинделя станка во всём диапазоне скоростей вращения. Величина преднатяга рассчитывается при разработке дизайна шпинделя, причём в расчёте нужно учесть сложную динамику, тепловой баланс, а также их влияние на величину натяга при высоких скоростях вращения шпинделя. Центробежные силы, действующие на тела качения, прижимают их к наружному кольцу подшипника, увеличивая преднатяг от лёгкого до среднего или сильного. Без учёта этих процессов, увеличивающих крутящий момент и нагрев подшипника, можно не продлить, а сократить срок его службы. Неверно рассчитанный преднатяг, повышенная нагрузка, нагрев и ускоренный износ тел качения уменьшают ресурс подшипника.
Сегодня отсутствует единый стандарт, нормирующий преднатяг, и разные производители подшипников используют различные его определения. Код класса преднатяга может включаться в обозначения подшипников.
Способы выполнения предварительного натяга
Регулировка преднатяга выполняется двумя основными способами:
- твердый, задаётся конструкцией подшипника (п.1.2);
- пружинный, задаётся внешней пружиной(п.3).
Подшипник следует нагружать не более, чем это задано нормами эксплуатации, поскольку сила преднатяга устанавливает баланс параметров жесткость /крутящий момент / увеличение рабочей температуры.
- Установка проставок заданной толщины между одноимёнными (наружными / внутренними) кольцами пары обычных радиально-упорных шарикоподшипников и стяжка вторых колец (внутренних / наружных соответственно) до выборки зазора между ними.
- Применение парных радиально-упорных шарикоподшипников, соприкасающихся парой одноимённых колец, с зазором между второй парой. Стянуть кольца второй пары до выборки зазора.
- Создание требуемой нагрузки на наружное кольцо подшипника при помощи пружины, внутреннее кольцо фиксировано. Это наиболее эффективный натяг, способный увеличить ресурс подшипника. Упругая нагрузка пружины, в отличие от жёсткой стяжки колец, оптимизирует напряжения деформации в точках касания колец и тел качения, а длинный рабочий ход пружины не только стабилизирует зазоры, но и компенсирует температурные перемещения.
Преднатяг чаще всего применяют при установке шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников, а также роликовых конических подшипников. Вследствие теплового расширения, на преднатяг и регулировку подшипника может существенно влиять температура подшипникового узла. Факторы, определяющие температуру подшипников — оптимальные смазки, нагрузки, скорости вращения, должны тщательно учитываться. Качество подшипников, их правильный монтаж и эксплуатация, обеспечивают статическую и динамическую жесткость подшипникового узла и как следствие – увеличивают срок службы.
Твердый преднатяг требует точного соблюдения разности уровней торцевых поверхностей наружного и внутреннего колец подшипника. При монтаже подшипника, крышка или гайка сжимает кольца, уравнивая их торцевые поверхности. Сила, возникшая при уравнивании торцов, эквивалентна полному статическому преднатягу подшипника. Допуски обработки торцов колец подшипников от разных производителей заметно различаются, конструкторы должны учитывать это при расчёте желаемого преднатяга. В отсутствие единого промышленного стандарта, критичные параметры допусков нередко упускают при выборе подшипника.
После сборки подшипников со свободными допусками преднатяга в узел, результирующий натяг в подшипниках может существенно измениться. В худшем случае, суммарный преднатяг может уменьшиться, что приведёт к снижению жесткости узла, уводу инструмента, падению точности, потере динамической стабильности, значительному сокращению срока службы инструмента и узла в целом. Проблема контроля и соблюдения допусков становится особо критичной при аварийных ремонтах и замене подшипников в «полевых условиях».
Пружинный преднатяг очень эффективен при малых нагрузках и больших скоростях вращения, обеспечивая оптимальную нагрузку колец подшипников, предотвращая проскальзывание тел качения и неизбежные повреждения в результате. Экспериментально определено, что роликоподшипнику нужна минимальная нагрузка, составляющая 2% C, а шарикоподшипнику – 1% C, где С — номинальная статическая и динамическая нагрузка согласно каталогу или тех. паспорту. Минимальную нагрузку следует увеличить, если на подшипник действуют большие ускорения, если скорость вращения составляет 50 % и более от предельного значения, заявленного производителем.
При скоростях вращения выше 350 000 DN (= D внутренний диаметр подшипника, мм * N скорость вращения, об/с) разгрузка может привести к аварии подшипникового узла. Кроме проскальзывания и нагрева, в подшипниках возникают другие нежелательные явления, в том числе деградация смазки, неравномерная нагрузка на тела качения, ведущая к разрушению сепаратора.
Комплекты подшипников имеют три группы зазора:
- СА – осевой зазор уменьшен;
- СВ – осевой зазор стандартный;
- СС — осевой зазор увеличен.
Комплекты подшипников имеют три группы натягов:
GA -лёгкий, GВ — средний, GC — тяжёлый.
Подшипники с предварительным натягом предназначены только для парной установки, так как возрастает риск увеличения предварительного натяга.
Таблица 1: Осевой внутренний зазор спаренных однорядных радиально-упорных шарикоподшипников установленных по О-образной или Х-образной схемам
 |  | ||||||||
| Диаметр | Осевой внутренний зазор отверстия Класс | ||||||||
| d | CA | CB | CC | ||||||
| более | включая | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | ||
| мм | мкм | ||||||||
| 10 | 18 | 5 | 13 | 15 | 23 | 24 | 32 | ||
| 18 | 30 | 7 | 15 | 18 | 26 | 32 | 40 | ||
| 30 | 50 | 9 | 17 | 22 | 30 | 40 | 48 | ||
| 50 | 80 | 11 | 23 | 26 | 38 | 48 | 60 | ||
| 80 | 120 | 14 | 26 | 32 | 44 | 55 | 67 | ||
| 120 | 180 | 17 | 29 | 35 | 47 | 62 | 74 | ||
| 180 | 250 | 21 | 37 | 45 | 61 | 74 | 90 | ||
| 250 | 315 | 26 | 42 | 52 | 68 | 90 | 106 | ||
Таблица 2: Предварительный натяг однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, предназначенных для универсального монтажа по О-образной или Х-образной схемам
 |  | |||||||||||
| Диаметр отверстия | Преднатяг Класс | |||||||||||
| d | GA | GB | GC | |||||||||
| от | включая | мин. | макс | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. |
| мм | мкм | N | мкм | N | мкм | N | ||||||
| 10 | 18 | +4 | -4 | 80 | -2 | -10 | 30 | 330 | -8 | -16 | 230 | 660 |
| 18 | 30 | +4 | -4 | 120 | -2 | -10 | 40 | 480 | -8 | -16 | 340 | 970 |
| 30 | 50 | +4 | -4 | 160 | -2 | -10 | 60 | 630 | -8 | -16 | 450 | 1 280 |
| 50 | 80 | +6 | -6 | 380 | -3 | -15 | 140 | 1 500 | -12 | -24 | 1 080 | 3 050 |
| 80 | 120 | +6 | -6 | 410 | -3 | -15 | 150 | 1 600 | -12 | -24 | 1 150 | 3 250 |
| 120 | 180 | +6 | -6 | 540 | -3 | -15 | 200 | 2 150 | -12 | -24 | 1 500 | 4 300 |
| 180 | 250 | +8 | -8 | 940 | -4 | -20 | 330 | 3 700 | -16 | -32 | 2 650 | 7 500 |
| 250 | 315 | +8 | -8 | 1 080 | -4 | -20 | 380 | 4 250 | -16 | -32 | 3 000 | 8 600 |
Отдел продаж: +7 (812) 449 03 35 (Санкт-Петербург, Россия)
+7 905 953 13-62 и +7 962 833 45-67 (Новосибирск)
Источник
Термины: Калибровка, тарировка, градуировка
Рассмотрим смысл этих терминов на примере системы сбора данных и подключенного к ней внешнего датчика, когда система сбора данных измеряет на своих входах значение электрической величины, а датчик является преобразователем определённой физической величины в электрическую. В данном примере термин калибровка относят к системе сбора данных, термин градуировка относят к датчику, а термин тарировка – ко всей рассматриваемой системе. Далее, рассмотрим подробнее технический смысл этих терминов.
Калибровка – это устранение большей части систематической погрешности прибора путём задания коэффициентов коррекции данных для штатной операции коррекции данных, которая должна действовать в процессе работы этого прибора. В большинстве случаев применяется линейная функция коррекции данных с двумя коэффициентами коррекции смещения нуля и коэффициента передачи. В любом случае, прибор должен сохранять калибровочные коэффициенты в энергонезависимой памяти, а сама операция коррекции данных может делаться как средствами самого прибора, так и средствами штатного ПО, поставляемого для этого прибора. Производители приборов используют калибровку в целях уменьшения стоимости прибора, поскольку, в противном случае, пришлось бы применять высокопрецизионные компоненты и дорогостоящие технологические решения, которые сразу “от момента рождения” прибора обеспечивали бы требуемую величину систематической погрешности. Для Средства Измерения операция калибровки делается метрологической службой в соответствии с Методикой поверки. В любом случае, важно отметить, что калибровка – это не пользовательская операция, которая, как правило, делается на предприятии изготовителе или аккредитованной организацией, для достижения заявленных производителем метрологических свойств.
Градуировка в рассматриваемом случае датчика – это заявленная производителем датчика зависимость выходной величины от входной в виде формул и таблиц. Когда речь идёт о стандартных датчиках (например, термопарах, термопреобразователях), изготовленных по стандартным технологическим параметрам, то градуировочные зависимости описываются в соответствующих ГОСТах на эти типы датчиков. Градуировочные зависимости могут быть нелинейными. При применении такого датчика совместно с системой сбора данных на верхнем программном уровне должна быть применена соответствующая градуировочная функция этого датчика. Важно отметить, что применение градуировочной функции не устраняет полностью систематическую погрешность конкретного экземпляра датчика, а устраняет лишь большую часть этой погрешности.
Тарировка – это компенсация большей части систематической погрешности всей измерительной системы от входа измеряемой физической величины до выхода измеренного значения этой величины. Тарировка делается путём подачи на датчик эталонной величины физического воздействия. Например, для случая весов, тарировка делается в 2 этапа: первый – тарировка нуля весов (вес снят), второй – тарировка шкалы весов (эталонная гиря установлена).Тарировка, как правило, это простая операция, основанная на линейной коррекции данных, исходные данные для которой вводятся пользователем непосредственно на месте эксплуатации, при воздействии внешних физических факторов при рабочих условиях эксплуатации.
Примеры использования терминов
Данные термины широко используются в тематике измерительных систем, часто используются в документации систем сбора данных ООО «Л Кард» и тесно связаны с задачами интеграции измерительного оборудования.
Источник