3. Монтаж валов

Валы в различных машинах служат для базирования вращающихся деталей (муфты, зубчатые колеса, втулки и т.д.), обрабатываемых заготовок, инструмента и др. Показателями качества монтажа валов на подшипниках являются:

• Легкость вращения вала в подшипниках;

• Отсутствие вибрации при вращении;

• Радиальное и осевое биение в заданных пределах;

• Точность положения вала относительно основных баз корпуса, в которых он установлен;

Степень точности монтажа вала определяется его служебным назначением. При монтаже валов на подшипниках скольжения необходимо обеспечить зазор между опорными шейками вала и втулками подшипника. Величина зазора определяется служебным назначением вала.

Перед сборкой валов производится контроль качества изготовления корпусов и подшипниковых втулок, контролируются погрешности формы втулок, отклонения от перпендикулярности торца оси втулки, радиальное биение цилиндрических поверхностей втулки. На рабочих поверхностях сопрягаемых деталей должны отсутствовать различные дефекты (раковины, царапины, забоины и др.), погрешность отверстия в корпусе не должна превышать ½ допуска на диаметр отверстия. Шероховатость рабочих поверхностей не выше Ra 1,25 мкм.

В общем случае, отклонение величины зазора от требуемого значения определяется следующими причинами:

• погрешностями формы опорных шеек вала и подшипниковых втулок в продольном и поперечном сечениях (конусообразность, седлообразность, овальность, огранка, бочкообразность).

• несоосность и перекрещивание в пространстве осей опорных шеек и подшипниковых втулок.

Уменьшение гарантированного зазора может вызвать появление тугого хода вала или даже его заклинивание. Радиальное биение поверхности вала рассматривается к его конкретной поверхности. При установке вала на двух опорах радиальное биение любой его поверхности является результатом биения этой поверхности относительно каждой из опор.

В качестве примера рассмотрим радиальное биение поверхности конического отверстия шпинделя станка, устанавливаемого на двух опорах скольжения (рис.7).

Рис.7

В этом случае радиальное биение данной поверхности является результатом суммирования погрешностей биения относительно передних и задних опор шпинделя, определяемых соответствующими размерными цепями.

Звенья А₁ и Б₁ характеризуют несоосность поверхности конического отверстия относительно опорной шейки вала. Звенья А₂ и Б₂ характеризуют несоосность опорных шеек вала и отверстий подшипниковых втулок. При совмещении составляющих радиального биения в одной плоскости его величина определяется: Е=А_+Б_.

Погрешности звеньев А₂ и Б₂ зависят от расстояния между опорами и местонахождения сечения вала, в котором рассматривается радиальное биение относительно каждой из опор. Так, например, если биение задней опоры будет равно 0, то в передней опоре будет равно величине a, а на переднем конце шпинделя – величине b, то есть на переднем конце величина биения увеличивается (рис.8). Если биение в задней опоре равно какой-то величине k, а в передней опоре оно равно 0, то на выходе составит величину L, то есть значение биения будет уменьшенным. Вследствие этого необходимо вводить поправочные коэффициенты при расчете допусков на составляющие звенья размерной цепи.

Где g₁ и g₂ – поправочные коэффициенты.

Рис. 8

Осевые перемещения при монтаже валов на подшипниках скольжения возникают из-за зазоров между торцами опорных поверхностей и валов и из-за неперпендикулярности торцов опор и самих валов к оси вращающегося вала. Осевые зазоры обеспечиваются при сборке методом регулирования.

При учете отклонений от перпендикулярности торцевых поверхностей исходят из следующего:

• осевые перемещения возникают в случае наличия отклонений от перпендикулярности торцов сопрягаемых поверхностей. Если одна из сопрягаемых поверхностей не имеет отклонения от перпендикулярности, то осевое перемещение отсутствует (рис. 9);

• из двух действующих погрешностей отклонений торцов от перпендикулярности всегда действует меньшая погрешность, что является особенностью суммирования погрешностей размерной цепи, определяющей осевое перемещение вращающейся детали, когда действует избирательный закон суммирования .

Неперпендикулярность торцевых поверхностей сопрягаемых деталей может привести к тугому ходу вала или к его заклиниванию. Для сокращения осевого перемещения необходимо уменьшать допуски на отклонения от перпендикулярности и количество сопрягаемых пар деталей.

После сборки вала производится его приработка при малых нагрузках и частоте торцов вращения с постепенным доведением их значений до номинальных. Температура нагрева подшипников при этом не должна превышать 60 С. В зависимости от технических требований производится контроль радиального и осевого биения, наличие схватывания при установке и пуске машины, уровень шума.

При монтаже валов на подшипниках качения требуемая точность достигается методами взаимозаменяемости и регулирования. Легкость вращения вала обеспечивается за счет заданного гарантированного зазора. На величину радиального биения валов на подшипниках качения оказывают влияние собственное биение подшипников. Величина радиального биения в рассматриваемом сечении вала определяется расстоянием между опорами вала или местонахождением сечения вала, в котором рассматривается радиальное биение относительно каждой из опор.

Р ассмотрим схему размерных цепей, определяющих величину радиального биения конической поверхности шпинделя станка при установке его на опорах качения(рис. 10). Звенья А₁ и Б₁ – характеризуют несоосность поверхности конического отверстия относительно опорных шеек. Звенья А₂, Б₂, А₃ и Б₃ – характеризуют собственное биение подшипников.

Рис. 10

В общем случае, сокращение радиального биения путем регулирования может производиться следующим образом:

• подбор подшипников так, чтобы эксцентриситеты отверстий внутренних колец по отношению к беговым дорожкам наружных колец были равны эксцентриситетам соответствующих опорных шеек по отношению к рассматриваемому сечению.

• монтаж валов и подшипников производят таким образом, чтобы эксцентриситеты взаимно компенсировали друг друга. Для этого погрешности эксцентриситетов каждой из опор должны находиться в одной плоскости, но располагаться в противоположных направлениях.

Условием монтажа валов является обеспечение параллельности оси вала основным базом корпусной детали в заданных пределах в двух координатных плоскостях.

При монтаже подшипников на валы, их нагревают в масляных электрических ваннах до температуры 70-80. При монтаже в корпус их охлаждают твердой углекислотой или нагревают корпус.

Собранный узел контролируют на нагрев и уровень шума.