Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты» А.И. Кочергин Т.В. Василенко ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ С ОПОРАМИ КАЧЕНИЯ М и н с к 2 0 0 7 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты» А.И. Кочергин Т.В. Василенко ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ С ОПОРАМИ КАЧЕНИЯ Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию металлорежущих станков для студентов машиностроительных специальностей М и н с к 2 0 0 7 УДК 621.9.06-233.0fth24 ББК34:^3-5я7Т К 75 Рецензенты: А.Ф, Присевок - доктор техничесысс наук профессор кафедры «Технология машиностроения» Белорусского национального технического университета; Н.П. Кашляк - заместитель директора СКВ AJI Минского завода автоматических линий Кочергин, А.И. К 75 Шпиндельные узлы с опорами качения: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию металлорежущих станков для студентов машиностроительных специальностей / А.И. Кочер- гин, Т.В. Василенко. - Мн.: БНТУ, 2007. - 124 с. ISBN 978-985-479-437-2. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов ма- шиностроительных специальностей, выполняющих курсовой проект по металлорежущим станкам. В пособии описаны конструктивные элементы, компоновки и примеры конструкций шпиндельных узлов с опорами качения. УДК 621.9.06-233.001.24 ББК 34.63-5я73 ISBN 978-985-479-437-7 © Кочергин А.И., Василенко Т.В., 2007 © БНТУ, 2007 О г л а в л е н и е Введение 4 1. Концы шпинделей 5 1.1. Концы шпинделей агрегатных станков 5 1.2. Концы шпинделей станков с ЧПУ 12 1.3. Концы шпинделей фланцевые типа А 22 2. Подшипники качения шпиндельных узлов 25 2.1. Общие сведения 25 2.2. Шариковые радиально-упорные подшипники 26 2.3. Роликовые радиально-упорные подшипники 36 2.4. Двухрядные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами 44 2.5. Упорно-радиальные сдвоенные шариковые подшипники с углом контакта 60° 47 3. Конструктивные элементы шпиндельных узлов 50 3.1. Элементы крепления опор 50 3.2. Устройства для смазывания подшипников 63 3.3. Уплотнения опор 68 4. Компоновки и конструкции шпиндельных узлов 86 4.1. Принципы проектирования компоновок шпиндельных узлов 86 4.2. Шпиндельные узлы с шариковыми радиально-упорными подшипниками в передней опоре 86 4.3. Шпиндельные узлы с роликовыми радиально-упорными подшипниками в передней опоре 102 4.4. Шпиндельные узлы с роликовым радиальным двухрядным подшипником в передней опоре 106 4.5. Мотор-шпиндели 112 4.6. Определение основных размеров шпинделя 118 Рекомендуемая литература 123 3 В в е д е н и е Шпиндель служит для закрепления инструмента или приспособ- ления с установленной в нем заготовкой. Его быстроходность, точ- ность, жесткость, нагрузочная способность, динамические и тепло- вые характеристики оказывают существенное влияние на произво- дительность, точность и надежность станка. В состав шпиндельного узла входят шпиндель, приводной эле- мент, передняя и задняя опоры, элементы смазочной системы, уп- лотнения опор, механизм закрепления инструментов. В данном пособии рассматривается начальный этап проектиро- вания шпиндельных узлов токарных, фрезерных, расточных, зубо- обрабатывающих, агрегатных, шлифовальных и многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков. На начальном этапе составляется задание на проектирование шпиндельного узла, формируется конструкция переднего конца шпин- деля, обосновываются размеры конструкции, формируются опоры и их уплотнения, проектируются элементы смазочной системы, разраба- тывается конструкция механизма закрепления инструмента. На следующем этапе производится оптимизация конструкции шпиндельного узла по критериям динамического качества и тепло- стойкости. В задание на проектирование шпиндельного узла входят сле- дующие данные: тип, размер и класс точности станка; предпочтительный тип опор шпинделя; вид смазочного материала и метод смазывания опор; тип привода шпинделя и его расположение; мощность и момент на шпинделе; требования к шпиндельному узлу в отношении жесткости, точ- ности, теплостойкости. 4 1. КОНЦЫ ШПИНДЕЛЕЙ 1.1. Концы шпинделей агрегатных станков Агрегатный станок является специальным станком, состоящим в основном из унифицированных узлов. К ним относятся, в частно- сти, узлы, сообщающие режущим инструментам вращательное движение. Это силовые головки и инструментальные бабки (рас- точные, фрезерные, сверлильные, подрезно-расточные, резьбона- резные). Режущие инструменты закрепляются в шпинделях, перед- ний конец которых выполняется по государственному стандарту. Стандартными должны быть и передние концы шпинделей много- шпиндельных коробок. Концы шпинделей узлов агрегатных стан- ков выполняются по ГОСТ 13876-87 «Концы шпинделей агрегат- ных станков. Основные размеры». Конструктивные формы и основные размеры передних концов шпинделей приведены на рис. 1.1-1.3 и в табл. 1.1-1.3. 5 00 Таблица 1.3 Размеры концов шпинделей под фрезерные оправки и фрезы, мм О бо зн ач ен ие к он ус а в ш пи н- де ле D А , поле допуска h5 D2 d D2 D3 L H H С N M , н е ме не е B h HI V W О бо зн ач ен ие к он ус а в ш пи н- де ле I Ач Ряд 2 Поле допуска Не менее M , н е ме не е О бо зн ач ен ие к он ус а в ш пи н- де ле Ря д 2 Я12 6 Н 1Н M , н е ме не е 30 31,75 69,832 70 54 17,4 м ю Мб 73 16 9 8 8 12,5 15,9 25 - 0,03 0,02 40 44,45 88,882 90 66,7 25,3 М12 100 20 16 33 45 57,15 101,6 100 80 32,4 М8 120 13 9,5 9,5 18 19 40 128,57 125 101,6 М16 MIO 25 18 12,5 12,5 19 25,4 49 0,04 50 69,85 128,57 125 101,6 39,6 140 152,4 150 120,6 М20 30 25 61 221,44 220 177,8 38 73 22 335,0 - 265,0 М24 М12 36 32 109 30 0,3 55 88,90 152,40 150 120,6 М20 MIO 178 30 25 24,5 61 - 0,2 Примечания: 1. Допускается изготавливать отверстия d2 и с?3 сквозными. 2. На торце шпинделя допускаются отверстия, цековки и т.д. 00 Таблица 1.3 Размеры концов шпинделей под расточные оправки, мм D А D2 d2 d3 L h h с п Ь h V W Поле допуска Поле допуска Не менее # 6 Т 6 Я 7 Я 20 60 45 Мб м з 10 12 7 5 5 8 22,5 - 0,02 0,15 70 52 М8 М4 12 15 8 6 6 10 26 28 80 58 М10 18 29 0,03 0,2 32 90 66,7 М12 Мб 15 21 9 8 8 15,9 33 100 75 38 40 120 90 М16 20 31 48 140 106 M10 18 12,5 12,5 25,4 55 0,04 60 160 126 25 44 22 00 Таблица 1.3 Размеры концов шпинделей под расточные оправки, мм • § § I е 1 D оо »S d d2 d3 H H m & i о а. « § « о Номин. Пред. £8 К О Q о ч 0 1 D2 Поле допуска / H H Не менее X W С B B, й Л О О з а £ И а. откл. Т 6Н 1H 3 53,975 +0,008 92 70,6 - м ю - И - - - 16 4 63,513 108 82,6 14 MIO Мб 11 5 15 20 1,0 5 82,563 +0,01 133 104,8 16 MIO 13 5 6 22 0,2 0,2 1,5 3 6 106,375 +0,01 165 133,4 19 М12 M8 14 8 18 25 5 8 139,719 +0,012 210 171,4 24 М16 16 6 10 28 11 196,869 +0,014 280 235,0 28 М20 MIO 18 8 12 20 35 1,6 15 285,775 +0,016 380 330,2 35 М24 M12 19 25 42 0,3 0,3 2,5 5 Примечания: 1. На торцах шпинделя допускаются отверстия, цековки и т.д. 2. Допускается изготовлять отверстия d2 и d3 сквозными. плоскость Рис. 1.1. Концы шпинделей под фрезерные оправки и фрезы чо Рис. 1.2. Концы шпинделей под расточные оправки Для У С Л О В Н Ы Х типоразмеров конца шпинделя Рис. 1.3. Концы шпинделей под расточные оправки 1.2. Концы шпинделей станков с ЧПУ Передний конец шпинделей многоцелевых сверлильно-фре- зерно-расточных станков (с ЧПУ и системой автоматической смены инструментов) должен иметь конструкцию, которая позволяет ав- томатически закреплять инструменты и оправки с хвостовиком ис- полнения 2 по ГОСТ 25827-93 «Хвостовики с конусом 7:24». В хво- стовике (рис. 1.4) имеются пазы 3 и 4, контактирующие с закреплен- ными на торце шпинделя призматическими шпонками, V-образная канавка 2 для захвата инструмента манипулятором; канавка 5, предна- значенная для ориентации инструмента; резьбовое отверстие 1, в кото- рое ввинчивают штырь с заплечиками, служащий д ля затягивания хво- стовика в гнездо шпинделя. Размеры хвостовиков исполнения 2 при- ведены в табл. 1.4. Здесь размеры D*4 и /*] определяют свободное пространство для захвата инструмента автооператором; В есть до- пускаемое торцовое биение поверхности Б относительно поверхно- сти А. Допускаемый опрокидывающий момент оправки относительно V-образной канавки для хвостовиков с конусом 40, 45 и 50 равен соот- ветственно 25, 35 и 40 Н • м. Эти хвостовики соответствуют хвосто- викам по ИСО 7288-1-83 и DIN 69871. В случае ручной смены ин- струментов применяют хвостовики исполнения 1 с конусом 7:24 по ГОСТ 25827, соответствующие DIN 2080. На рис. 1.5, а приведена конструкция конца шпинделя с механиз- мом зажима оправки на основе рычагов. Момент от шпинделя 3 пере- дается оправке торцевыми шпонками 1. Хвостовик 2 изображен во время разжима, когда в результате движения штока 7 влево рычаги 4 повернулись и освободили штырь 5, а упор 6 вступил в контакт с ним и стал выталкивать хвостовик из конического гнезда шпинделя. Основным недостатком этой конструкции является то, что при высо- кой скорости вращения шпинделя и соответственно при действии зна- чительных центробежных сил на рычаги зажимного механизма сила затягивания хвостовика в гнездо шпинделя снижается. На рис. 1.5, б показан шариковый механизм зажима оправки с конусом 7:24. 12 Рис. 1.4. Хвостовик инструментов и оправок с конусом 7:24 н-* Размеры (мм) хвостовиков инструментов с конусом 7:24 Таблица 1.4 Обозначение размера Номер конуса D А D2 А А,* di d3 L h h b t a\ / В Предельное отклонение размера ±0,15 - hll т не бо- лее - Js 5 Hl hl\ не ме- нее -0,3 - Я12 не более ±0,1 ±0,1 - 30 50 31,75 46 55,07 44 13 4 M16 68,4 8 15,5 6 16,1 22,5 5,6 8 0,01 40 63 44,45 58 69,34 55 17 5 M16 93,4 10 18,5 8 16,1 22,5 6,6 10 0,01 45 80 57,15 74 87,61 68 21 6 M16 106,8 13 24,0 10 16,1 22,5 9,2 12 0,01 50 100 69,85 94 107,61 85 25 6 M24 126,8 16 30,0 11 25,7 35,3 9,2 12 0,01 Рис. 1.5. Схемы конца шпинделя с инструментальной оправкой 5 6> 1 г 3 4 5 Рис. 1.5. (окончание) В высокоскоростных сверлильно-фрезерно-расточных многоце- левых станках применяются системы крепления инструментов на основе хвостовиков HSK (рис. 1.6). Они обеспечивают надежное закрепление инструментов изнутри хвостовика в условиях больших центробежных сил. Торцевая поверхность 2 хвостовика прижимается к торцу шпин- деля и обеспечивает точное осевое положение инструмента и жест- кость системы «Шпиндель - хвостовик». Шпоночные пазы 9 на торце хвостовика служат для восприятия крутящего момента, пере- даваемого на хвостовик шпонками, находящимися на торце шпин- деля. Коническая поверхность обеспечивает базирование хвостови- ка в коническом гнезде шпинделя. Внутрь хвостовика вводятся элементы, взаимодействующие с упором 8 и обеспечивающие за- жим хвостовика в шпинделе в результате деформации в радиальных направлениях. На хвостовике имеются трапециевидная канавка 3 и ориентирующие канавки 4 под захват манипулятора, а также индек- сирующая канавка 6, используемая при ориентации и автоматиче- ской смене инструментов. Для кодирования инструм|нта в углубле- ние 5 вставляется микросхема (чип). Сквозное поперечное отвер- стие 1 необходимо при использовании ручных зажимных устройств, используемых при сборке инструментальных модулей. Размеры ко- нических полых хвостовиков регламентированы ГОСТ Р 51547-2000 «Хвостовики инструментов полые конические типа HSK. Основные размеры». Размеры посадочного гнезда в шпинделе для полых хвостовиков HSK типа А приведены на рис. 1.7 и в табл. 1.5. В плоскости 1 должна находиться вершина однолезвийного ин- струмента. Поводок 2' может быть выполнен вместе с посадочным гнездом или отдельно. Размер с индексом 1) зависит от применяемой системы зажима; крепежное отверстие d4 с индексом 2) при съемном поводке может быть коническим по всей длине /, е\ и с индексом 3) являются рас- четными значениями координат для номинальных размеров гу и а также максимального размера Ь\. 17 Рис. 1.6. Конический полый хвостовик HSK 19 w о 00 Таблица 1.3 Размеры посадочного гнезда в шпинделе для хвостовиков HSK, мм <4 не менее d2 Г1 Основной размер Ъи All Номин. Пред. откл. dP d/> +0,1 е? h» +0,2 h h +0,2 и +0,2 h и +0,1 Номин. Пред. откл. 32 7 32 24 +0,003 17 23,28 8,864 4,925 16,5 3,2 11,4 13,4 0,8 1,0 1,5 -0,1 40 8 40 30 +0,003 21 29,06 11,041 5,925 20,5 4,0 14,4 16,9 0,8 1,0 2,0 -0,1 50 10,5 50 38 +0,003 -0,001 26 36,85 13,953 7,675 25,5 5,0 17,9 20,9 1,0 1,5 2,5 -0,2 63 12,5 63 48 +0,003 -0,001 34 46,53 18,069 9,175 33,0 6,3 22,4 26,4 1,0 1,5 3,0 -0,2 80 16 80 60 +0,003 -0,002 42 58,10 22,029 11,925 41,0 8,0 28,4 32,4 1,5 2,0 4,0 -0,2 100 20 100 75 +0,003 -0,002 53 72,60 27,515 14,92 51,0 10,0 35,4 40,4 1,5 2,0 5,0 -0,3 125 25 125 95 +0,004 -0,002 67 92,05 35,535 18,42 64,0 12,5 44,4 51,4 2,0 2,5 6,0 -0,3 160 30 160 120 +0,004 -0,003 85 116,10 44,494 22,92 81,0 16,0 57,4 64,4 2,0 2,5 8,0 -0,3 Полый конический хвостовик HSK зажимается в шпинделе с по- мощью автоматической зажимной системы. При правильном выбо- ре допусков на конуса она должна обеспечить хорошее контактиро- вание конусов шпинделя и хвостовика (жесткое прилегание хвосто- вика по большему диаметру), а также прилегание их торцовых поверхностей, что необходимо для обеспечения жесткости системы «Шпиндель - инструмент». Схема системы зажима изображена на рис. 1.8: сверху - в положении зажима, внизу - в положении раз- жима. Обозначения на рисунке: 1 - посадочное гнездо; 2 - цанго- вый сегмент в положении разжима; 3 - цанговый сегмент в положе- нии зажима; 4 - тяга; 5 - коническая тяга; 6 - полый конический хвостовик HSK типа А; 7 - поводковый выступ в коническом гнез- де. В тяге предусматриваются каналы (на рис. 1.8 не показаны) для подвода СОЖ через тело инструмента. Положение разжима Положена зажима Рис. 1.8. Система зажима хвостовика HSK в шпинделе 21 1.3. Концы шпинделей фланцевые типа А Фланцевые концы шпинделей типа А (рис. 1.9, табл. 1.6) приме- няются в конструкциях токарных, токарно-револьверных и шлифо- вальных станков. Эти фланцевые концы выполняются согласно ГОСТ 12595-2003 «Станки металлорежущие. Концы шпинделей фланцевые типа А и фланцы зажимных устройств. Основные и при- соединительные размеры». Для концов шпинделей условных разме- ров 3 и 4 крепежные отверстия располагаются только на делитель- ной окружности диаметра £>2 (рис. 1.10). Для шпинделей других размеров эти отверстия находятся на окружностях диаметров D\ и D2 или только на окружности диаметра D2. Расположение и количе- ство крепежных отверстий во фланцах шпинделей шлифовальных станков, а также размер D3 для круглошлифовальных станков не регламентируются. Для специальных (токарных) и шлифовальных станков толщина фланца может быть изменена при сохранении на- дежности крепления к нему стандартных зажимных устройств. Диаметр цилиндрического осевого отверстия в шпинделе, а также форма и размеры этого отверстия в шпинделях токарно- револьверных станков не регламентируются. 22 Рис. 1.9. Фланцевый конец шпинделя типа А Kl Таблица 1.6 Размеры фланцевых концов шпинделей типа А, мм о. § 1 § а & § § Б s >s ^ D D, D2 D, d для отверстия d, d? Коническое отверстие в шпинделе, не более Е F 1 h К h ъ, с Cl 3 I О 1 е и о Номии. Пред. откл. Но- мин. Пред. откл. Но- мин. Пред. откл. резь- бового глад- кого Конус Морзе Конус метриче- ский 3 53,975 +0,008 - - 70,6 ±0,2 92 М10 10,5 - - 4 - - 16 • - - 1,5 3 2 1 4 63,513 +0,008 - - 82,6 ±0,2 108 MIO 10,5 14,25 Мб 5 - - 20 5 5 - 1,5 3 2 1 5 82,563 +0,010 61,9 ±0,2 104,8 ±0,2 133 MIO 10,5 15,9 Мб 6 - 14,288 22 5 6 19 1,5 3 2 1 6 106,375 +0,010 82,6 ±0,2 133,4 ±0,2 165 М12 13,0 19,05 М8 6 80 15,875 25 5 8 22 1,5 3 2 1,2 8 139,719 +0,012 111,1 ±0,2 171,4 ±0,2 210 М16 17,0 23,8 М8 - 100 17,462 28 6 10 25 1,5 3 2,5 1,2 11 196,869 +0,014 165,1 ±0,2 235 ±0,2 280 М18, М20 21,0 28,6 М10 - 120 19,050 35 8 12 32 1,5 3 3 1,2 15 285,775 +0,016 247,6 ±0,3 330,2 ±0,3 380 М22, М24 25,0 34,9 М12 - 120 20,638 42 8 12 37 2,5 5 3,5 1,6 Рис. 1.10. Расположение крепежных отверстий во фланцевых концах шпинделей типа А условных размеров: а - номер 3; б - номер 4; в-номер 5, 6 8,11; г-номер 15 2. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ 2.1. Общие сведения Для подшипников качения характерны небольшие потери на трение и простые системы смазывания. Они обеспечивают высокую точность вращения шпинделей, необходимые жесткость и вибро- устойчивость. Подшипники качения надежно работают при измене- нии в широких диапазонах частоты вращения и нагрузок. 25 2.2. Шариковые радиально-упорные подшипники Шариковые радиально-упорные подшипники, применяемые в шпиндельных узлах станков, отличаются от обычных меньшим диаметром шариков, большим их числом, более высокой точно- стью. Следствием этого являются более высокая жесткость, мень- шие центробежные силы, действующие на шарики, и повышенная быстроходность подшипников. Подшипники изготавливают с углом контакта 12 , 15 и 25°. Чем меньше угол контакта, тем больше радиальная нагрузочная способ- ность подшипника. Параметры подшипников, изготавливаемых в России, приведены в табл. 2.1 - 2.4. Подшипники 36100 и 46100 - особо легких серий, 36200 и 46200 - легких серий, 36900 и 46900 - сверхлегких серий. Параметры подшипников фирмы FAG (ФРГ) приведены в табл. 2.5 - 2.6, а параметры подшипников с керамиче- скими шариками, изготовляемых той же фирмой, в табл. 2.7 и 2.8. Для повышения жесткости опор осуществляется предварительное нагружение подшипников. Возможен легкий, средний или тяжелый предварительный натяг. Ориентировочное значение силы легкого, натяга приведено в табл. 2.9. Силы среднего и тяжелого натяга соот- ветственно в два и три раза превышают указанные в таблице. При легком предварительном нагружении обеспечивается наи- большая быстроходность, но относительно низкая жесткость. Такое нагружение используется в станках для высокоскоростной обработ- ки при небольших силах резания. Подшипники с тяжелым предва- рительным нагружением обеспечивают повышенную жесткость шпиндельного узла, но относительно низкую скорость вращения шпинделя. Для обеспечения требуемой нагрузочной способности опору со- ставляют из нескольких подшипников. Поэтому их поставляют не только в одиночном исполнении, но и комплектами, состоящими из двух, трех или четырех подшипников. За счет ширины внутренних или наружных колец получается предварительное нагружение в комплекте. 26 Таблица 2.5 Шариковые радиально-упорные высокоскоростные подшипники типа 36100К с углом контакта 15° Г а . У Х / / / - \\\ > _ о Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вра- щения (об/мин) при сма- зывании d D В динамическая С статическая С,, пластичным материалом масляным туманом 36106К 30 55 13 11,2 8,3 24000 40000 36107К 35 62 14 12,9 9,8 20000 36000 36108К 40 68 15 13,7 11 19000 34000 36109К 45 75 16 18,3 15 17000 30000 36110К 50 80 16 19,3 16,6 15000 26000 36111К 55 90 18 27 23,2 13000 22000 36112К 60 95 18 27,5 24,5 12000 20000 36113К 65 100 18 28 25,5 12000 20000 36114К 70 110 20 36 33,5 10000 18000 36115К 75 115 20 37,5 34,5 10000 18000 36116К 80 125 22 46,5 44 9000 16000 36117К 85 130 22 47,5 46,5 8500 15000 36118К 90 140 24 56 55 7500 13000 36119 К 95 143 24 57 57 7500 13000 36120К 100 150 24 58,5 60 7000 12000 36121 К 105 160 26 68 69,5 6300 10500 36122К 110 170 28 80 81,5 6000 10000 36124К 120 180 28' 81,5 86,5 5600 9000 27 Таблица 2.5 Шариковые радиально-упорные высокоскоростные подшипники типа 36200К с углом контакта 15° Обозначе- Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вращения (об/мин) при ние под- смазывании шипника d D В динамиче-ская С статиче- ская Со пластичным материалом масляным туманом 36206К 30 62 16 16,3 12 22000 38000 36207К 35 72 17 20 15,3 19000 34000 36208К 40 80 18 27 20,4 17000 30000 36209К 45 85 19 32 25,5 15000 26000 36210К 50 90 20 35,5 28,5 14000 24000 36211К 55 100 21 41,5 34,5 12000 20000 36212К 60 110 22 50 42,5 11000 19000 36213К 65 120 23 57 49 10000 18000 36214К 70 125 24 60 52 9500 17000 36215К 75 130 25 62 55 9000 16000 36216К 80 140 26 73,5 65,5 8000 14000 36217К 85 150 28 81,5 76,5 7500 13000 36218К 90 160 30 90 85 7000 12000 36219К 95 170 32 108 102 6300 10000 36220К 100 180 34 122 116 6000 9500 36221К 105 190 36 127 122 5600 9000 36222К 110 200 38 137 137 5300 8500 36224К 120 215 40 143 146 4800 7500 2 8 Таблица 2.5 Ш а р и к о в ы е радиально-упорные высокоскоростные подшипники типа 46100У с углом контакта 25° Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вращения (об/мин) при смазывании d D В г динамиче-ская С статиче- ская С0 пластичным материалом масляным туманом 46106У 30 55 13 1,5 10,4 7,65 20000 36000 46107У 35 62 14 1,5 12,0 9,0 18000 32000 46108У 40 68 15 1,5 12,7 10,2 16000 28000 46109У 45 75 16 1.5 17,0 13,7 15000 26000 46110У 50 80 16 1,5 18,0 15,3 13000 22000 46111У 55 90 18 2 25,0 21,2 12000 20000 46112У 60 95 18 2 25,5 22,4 11000 19000 46113У 65 100 18 2 26,0 23,6 10000 18000 46114У 70 110 20 2 33,5 30,5 9000 16000 46115У 75 115 20 2 34,5 32,0 8500 15000 46116У 80 125 22 2 43,0 40,5 8000 14000 46117У 85 130 22 2 44,0 42,5 7500 13000 46118У 90 140 24 2,5 52,0 51,0 6700 11000 46119У 95 145 24 2,5 53,0 53,0 6300 10000 46120У 100 150 24 2,5 55,0 56,0 6000 9500 46121У 105 160 26 3 63,0 64,0 5600 9000 46122У 110 170 28 3 73,5 75,0 5300 8500 46124У 120 180 28 3 75,0 80,0 4800 7500 29 Таблица 2.5 Шариковые радиально-упорные высокоскоростные подшипники типа 46200 с углом контакта 25° Обозна- чение подшип- ника ! Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вращения (об/мин) при смазывании d D В динамическая С статическая C« пластичным материалом масляным туманом 46206 30 62 16 16,0 11,8 22000 38000 46207 35 72 17 18,6 14 16000 28000 46208 40 80 18 25,5 19 15000 26000 46209 45 85 19 30 23,2 13000 22000 46210 50 90 20 32,5 26,5 12000 20000 46211 55 100 21 39 32 11000 19000 46212 60 100 22 46,5 39 9500 17000 46213 65 120 23 53 45 9000 16000 46214 70 125 24 56 47,5 8500 15000 46215 75 130 25 58,5 51 8000 14000 46216 80 140 26 68 60 7500 13000 46217 85 150 28 76,5 69,5 7000 12000 46218 90 160 30 85 78 6300 10500 46219 95 170 32 102 95 5600 9000 46220 100 180 34 114 108 5300 8500 46221 105 190 36 120 114 4800 7500 46222 110 200 38 129 127 4500 7000 • 46224 120 215 40 132 134 4000 6300 30 Таблица 2.5 Шариковые радиально-упорные подшипники с углом контакта 15° фирмы FAG Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъ-емность, кН Предельная частота вращения (об/мин) при смазывании d D В С а пластичным материалом минимальном жидким материалом 1 2 3 4 5 6 7 8 B71909C.T.P4S 45 68 12 18,6 15,6 19000 32000 B7009C.T-P4S 45 75 16 27,5 21,2 18000 30000 B7209C.T.P4S 45 85 19 40,5 29,0 17000 28000 B71910C.T.P4S 72 12 19,0 16,6 18000 30000 B7010C.T.P4S 50 80 16 28,5 22,8 17000 28000 B7210C.T.P4S 50 90 20 43,0 31,5 16000 26000 B71911C.T.P4S 55 80 13 22,8 20,4 16000 26000 B7011C.T.P4S 55 90 18 38,0 31,0 15000 24000 B7211C.T.P4S 55 100 21 53,0 40,0 14000 22000 B71912C.T.P4S 60 85 13 24,0 22,8 15000 24000 B7012C.T.P4S 60 95 18 39,0 33,5 14000 22000 B7212C.T.P4S 60 110 22 55,0 44,0 13000 20000 B71913C.T.P4S 65 90 13 24,5 24,0 14000 22000 B7013C.T.P4S 65 100 18 40,0 35,5 13000 20000 B7213C.T.P4S 65 120 23 67,0 54,0 12000 19000 B71914C.T.P4S 70 100 16 33,5 32,5 13000 20000 B7014C.T.P4S 70 110 20 50,0 43,0 12000 19000 B72I4C.T.P4S 70 125 24 69,5 58,5 11000 18000 B71915C.T.P4S 75 105 16 34,0 34,5 12000 19000 B7015C.T.P4S 75 115 20 51,0 46,5 12000 19000 B7215C.T.P4S 75 130 25 72,0 63,0 11000 18000 B71916C.T.P4S 80 110 16 34,5 36,0 12000 19000 B7016C.T.P4S 80 125 22 63,0 58,5 11000 18000 B7216C.T.P4S 80 140 26 93,0 78,0 10000 17000 B71917C.T.P4S 85 120 18 45,0 46,5 11000 18000 B7017C.T.P4S 85 130 22 65,5 62,0 10000 17000 B7217C.T.P4S 85 150 28 85,0 90,0 9000 15000 B71918C.T.P4S 90 125 18 45,5 49,0 10000 17000 B7018C.T.P4S 90 140 24 76,5 72,0 9500 16000 B7218C.T.P4S 90 160 30 122,0 104,0 8500 14000 31 Окончание табл. 3.7 1 2 3 4 5 6 7 8 " ] B7119C.T.P4S 95 130 18 46,5 51,0 9500 160ÖÖ B7019C.T.P4S 95 145 24 78,0 76,5 9000 15000 B7219C.T.P4S 95 170 32 127,0 114,0 8000 13000 ~~ B71920C.T.P4S 100 140 20 58,5 64,0 9000 15000 B7020C.T.P4S 100 150 24 81,5 81,5 8500 14000 B7220C.T.P4S 100 180 34 156,0 137,0 7500 12000 B71921C.T.P4S 105 145 20 58,5 64,0 8500 14000 B7021C.T.P4S 105 160 26 106,0 102,0 8000 13000 B7221C.T.P4S 105 190 36 163,0 146,0 7000 11000 B71922C.T.P4S 110 150 20 58,5 67,0 8000 13000 B7022C.T.P4S 110 170 28 110,0 110,0 7500 12000 B7222C.T.P4S 110 200 38 163,0 150,0 6700 10000 B71994C.T.P4S 120 165 22 73,5 85,0 7000 11000 B7024C.T.P4S 120 180 28 112,0 116,0 6700 10000 B7224C.T.P4S 120 215 40 204,0 196,0 6000 9000 Таблица 2.6 Шариковые радиально-упорные подшипники с углом контакта 25° фирмы FAG Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъ- емность, кН Предельная частота вращения (об/мин) при смазывании d D В С Я) пластичным материалом минимальном жидким материалом 1 2 3 4 5 6 7 8 B71909E.T.P4S 45 68 12 17,6 15,0 18000 30000 B7009E.T.P4S 45 75 16 26,5 20,0 17000 28000 B7209E.T.P4S 45 85 19 39,0 27,50 15000 24000 B71910E.T.P4S 50 72 12 18,0 15,6 16000 26000 B7010E.T.P4S 50 80 16 27,0 21,6 15000 24000 B7210E.T.P4S 50 90 20 40,5 30,5 14000 22000 В71911E.T.P4S 55 80 13 21,6 19,3 15000 24000 B7011E.T.P4S 55 90 18 36,0 29,0 14000 22000 B7211E.T.P4S 55 100 21 50,0 38,0 13000 20000 B71912E.T.P4S 60 85 13 22,8 21,6 14000 22000 32 Окончание табл. 3.7 I 2 3 4 5 6 7 8 B7012E.T.P4S 60 95 18 36,5 31,5 13000 20000 B7212E.T.P4S 60 110 22 52,0 42,5 12000 19000 B71913E.T.P4S 65 90 13 22,8 22,4 13000 20000 B7013E.T.P4S 65 100 18 38,0 33,5 12000 19000 Таблица 2.7 Шариковые радиально-упорные подшипники с керамическими шариками и углом контакта 15° фирмы FAG Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъем-ность, кН Предельная частота вращения (об/мин) при смазывании d D В С С 0 пластичным материалом минималь- ном жидким материалом 1 2 3 4 5 6 7 8 HCS71909C.TP4S 45 68 12 6,95 6,70 28000 43000 HCS7009C.T.P4S 45 75 16 8,80 8,50 26000 40000 HCS71910C.T.P4S 50 72 12 7,10 7,20 26000 40000 HCS7010C.T.P4S 50 80 16 9,15 9,15 24000 38000 HCS71911C.T.P4S 55 80 13 9,30 9,50 24000 38000 HCS7011C.T.P4S 55 90 18 12,90 13,20 22000 36000 HCS71912C.T.P4S 60 85 13 9,65 10,00 22000 36000 HCS7012C.T.P4S 60 95 18 13,40 14,00 20000 34000 HCS71913C.T.P4S 65 90 13 9,80 10,80 20000 34000 HCS7013C.T.P4S 65 100 18 13,70 15,00 20000 34000 HCS71914C.TJP4S 70 100 16 12,70 14,00 19000 32000 HCS7014C.T.P4S 70 110 20 18,0 19,60 18000 30000 HCS71915C.T.P4S 75 105 16 12,90 15,00 18000 30000 HCS7015C.T.P4S 75 115 20 18,30 20,00 17000 28000 HCS71916C.T.P4S 80 110 16 14,60 16,60 17000 28000 HCS7016C.T.P4S 80 125 22 21,60 24,50 16000 26000 HCS71917C.T.P4S 85 120 18 15,00 18,00 16000 26000 HCS7017C.T.P4S 85 130 22 22,00 25,00 15000 24000 HCS71918C.T.P4S 90 125 18 16,30 19,60 15000 24000 HCS7018C.T.P4S 90 140 24 26,00 30,00 14000 22000 HCS7119C.TP4S 95 130 18 17,00 20,80 14000 22000 HCS7019C.T.P4S 95 145 24 26,00 31,00 13000 20000 HCS71919C.T.P4S 100 140 20 20,40 25,00 13000 20000 33 Окончание табл. 3.7 1 2 3 4 5 6 7 8 HCS7020C.T.P4S 100 150 24 26,50 31,50 12000 19000 HCS71921C.T.P4S 105 145 20 20.80 26,50 12000 19000 HCS7021C.T.P4S 105 160 26 34,00 40,50 12000 19000 HCS71922C.T.P4S 110 150 20 24,00 30,50 12000 19000 HCS7022C.T.P4S 110 170 28 34,50 41,50 11000 18000 HCS71924C.T.P4S 120 165 22 25,00 33,50 11000 18000 HCS7024C.T.P4S 120 180 28 35,50 44,00 10000 17000 HCS71926C.TJP4S 130 180 24 29,00 39,00 9500 16000 HCS7026C.T.P4S 130 200 33 45,50 58,50 9000 15000 Таблица 2.8 Шариковые радиально-упорные'подшипники с керамическими шариками и углом контакта 25° фирмы FAG Обозначение подшипника Размеры ,мм Грузоподъем-ность, кН Предельная частота враще- ния (об/мин) при смазывании пластичным материалом минимальном d D В С С 0 жидким материалом 1 2 3 4 5 6 7 8 HCS71909E.T.P4S 45 68 12 6,55 6,30 24000 38000 HCS7009E.T.P4S 45 75 16 8,30 8,00 24000 38000 HCS71910E.T.P4S 50 72 12 6,70 6,70 22000 36000 HCS7010E.T.P4S 50 80 16 8,65 8,50 22000 36000 HCS71911E.T.P4S 55 80 13 8,80 8,80 20000 34000 HCS7011E.T.P4S 55 90 18 12,20 12,20 19000 32000 HCS71912E.T.P4S 60 85 13 9,00 9,50 19000 32000 HCS7012E.T.P4S 60 95 18 12,70 13,20 18000 30000 HCS71913E.T.P4S 65 90 13 9,30 10,00 18000 30000 HCS7013E.T.P4S 65 100 18 12,90 14,00 17000 28000 HCS71914E.T.P4S 70 100 16 12,00 13,20 16000 26000 HCS7014E.T.P4S 70 110 20 17,00 18,30 15000 24000 HCS71915E.T.P4S 75 105 16 12,20 13,70 15000 24000 HCS7015E.T.P4S 75 115 20 17,30 18,60 15000 24000 HCS71916E.T.P4S 80 110 16 13,70 15,60 15000 24000 HCS7016E.T.P4S 80 125 22 20,40 22,80 13000 20000 HCS71917E.T.P4S 85 120 18 14,30 17,00 13000 20000 HCS7017E.T.P4S 85 130 22 20,80 23,20 13000 20000 HCS71918E.T.P4S 90 125 18 15,60 18,60 13000 20000 34 Окончание табл. 3.7 1 2 3 4 5 6 7 8 HCS7018E.T.P4S 90 140 24 24,50 28,00 12000 19000 HCS71919E.T.P4S 95 130 18 16,00 19,30 12000 19000 HCS7019E.T.P4S 95 145 24 24,50 28,50 11000 18000 HCS71920E.T.P4S 100 140 20 19,00 23,60 11000 18000 HCS7020E.T.P4S 100 150 24 25,00 30,00 11000 18000 HCS71921E.T.P4S 105 145 20 19,60 24,50 11000 18000 HCS7021E.T.P4S 105 160 26 32,00 38,00 10000 17000 HCS71922E.T.P4S 110 150 20 22,80 28,50 10000 17000 HCS7022E.T.P4S 110 170 28 32,50 39,00 9000 15000 HCS71924E.T.P4S 120 165 22 23,60 31,00 9000 15000 HCS7024E.T.P4S 120 180 28 33,50 41,50 8500 14000 HCS71926E.T.P4S 130 180 24 27,00 36,50 8000 13000 HCS7026E.T.P4S 130 200 33 42,50 54,00 7500 12000 Таблица 2.9 Сила предварительного легкого натяга шариковых радиально-упорных подшипников, Н Диаметр отверстия в подшипнике d, мм Тип подшипников 36100К и 36100КУ 36200К и 36200КУ 46100У 46200У 30 80 115 130 190 35 90 130 150 210 40 100 180 160 290 45 120 200 200 320 50 130 230 210 360 55 170 270 300 440 60 180 320 310 510 65 190 360 320 590 70 240 380 390 610 75 240 400 400 640 80 300 460 490 740 85 310 520 510 850 90 360 620 580 1020 95 400 660 640 1100 100 410 790 650 1270 105 450 820 730 1350 110 530 860 860 1410 120 550 900 890 1450 35 2.3. Роликовые радиально-упорные подшипники К подшипникам этого типа относятся однорядные роликовые подшипники с буртом на наружном кольце и без него, двухрядные подшипники также с буртом на наружном кольце и без него, одно- рядные роликовые подшипники с широким наружным кольцом и встроенными пружинами. Эти подшипники применяют в шпин- дельных узлах, работающих с относительно низкими частотами вращения и большими нагрузками. Ниже (табл. 2.10 - 2.12) приведены основные размеры и пара- метры технических характеристик роликовых подшипников фирмы GAMET. Полые ролики и сепараторы с отверстиями обеспечивают циркуляцию смазочного масла внутри подшипника и снижение его температуры. Благодаря тому, что в переднем ряду двухрядного подшипника на один ролик больше, чем в заднем, снижается уро- вень вибраций шпинделя и более стабильным становится положе- ние его оси. Бурт на наружном кольце позволяет использовать то- рец шпиндельной бабки как базу при монтаже. Подшипник с широ- ким наружным кольцом и комплектом вставленных в него пружин предназначен для монтажа в задней опоре шпинделя. Пружины обеспечивают постоянство предварительного натяга подшипника. Размеры и параметры роликовых, радиально-упорных подшип- ников российского изготовления приведены в табл. 2.13. 36 00 Таблица 1.3 Роликовые радиально-упорные подшипники с буртом на наружном кольце фирмы GAMET Обозна- чение подшип- ника Размеры, мм Статическая жесткость, Н/мкм Нагрузочная способность (Н) при долговечности 10000 ч Предельная частота вращения, об/мин А В С D Е F С Я J К ради- альная осевая ради- альная осевая 10104 40 76 24,75 19 26 5,75 9,75 4 80 52 510 90 11100 6300 6800 112045 45 85 20,63 17,46 24,5 3,17 7,93 4,76 89,76 55 440 70 11450 6000 6300 111050 50 90 26,75 20,40 29 6,35 11,11 4,76 94,76 62 600 110 14350 8300 5700 113060 60 100 25,40 19,84 26,5 5,56 10,06 4,5 104,5 72 680 130 15850 10200 5100 00 Окончание табл. 2.10 Обозна- чение подшипника Размеры, мм Статическая жесткость, Шмкм Нагрузочная спо- собность (Н) при долговечности 10000 ч Предельная частота вращения, об/мин А В С D Е F G Я J К ради- альная осевая ради- альная осевая 130065 65 120 29,79 24,23 32 5,56 11,11 5,55 125,55 84 820 120 21750 11000 4400 124070 70 112,71^ 30,16 23,81 33 6,35 11,11 4,76 117,47 86 820 130 20300 10450 4500 133075 75 130 33,25 27 33,5 6,25 11,8 5,55 135,55 92 900 150 23650 12600 4100 140080 80 140 36,5 28,57 38,5 7,93 14,28 6,35 146,34 100 1000 150 29250 14100 3800 117090 90 133,35 30,16 22,22 34 7,94 14,29 6,35 139,7 105 1020 190 21750 13150 3700 131095 95 152,4 35 28,5 33,75 6,5 12,5 6 158,4 110 1030 200 26000 16300 3400 180100 100 180 47,625 39,625 46 8 15 7 187 125 1270 190 46450 22400 3000 180105 105 180,975 47,625 39,625 46 8 15 7 188 125 1270 190 46450 22400 3000 181115 115 180,975 47,625 54,925 50 12,7 20,64 7,94 188,9 136 1330 220 48100 24950 2800 105120 120 165 28 23 31 5 9,5 4,5 169,5 136 1390 220 24900 12050 3000 00 Таблица 1.3 Роликовые двухрядные радиально-упорные подшипники с буртом на наружном кольце фирмы GAMET Размеры, мм Статическая жесткость, Н/мкм Нагрузочная способность (Н) при долговечно- сти 10000 ч Обозначение кольца внутренне- го/наружного А В С D Е F G Я J К L Предельная частота вращения, об/мин ради- альная осе- вая ради- альная осе- вая 101040/101076Н 40 76 57 45,5 18,75 5,75 9,75 4 80 52 5 1020 90 21750 6300 6800 119045/119085Н 45 85 62 55,66 23,07 3,17 7,93 4,76 89,76 55 6 1120 90 26800 7300 6300 11050/111090Н 50 90 64 51,3 20,89 6,35 11,11 4,76 94,76 62 7 1200 110 28050 8300 5700 u> чо -Ь. о Окончание табл.2.11 Обозначеете кольца внутренне- го/наружного Размеры, мм Статическая жесткость, Н/мкм Нагрузочная способность (Н) при долговечно- сти 10000 ч Предельная частота вращения, об/мин А В С D Е F G Я J К L ради- альная осе- вая ради- альная осе- вая 11055/110100Н 55 100 65 54 22,5 5,5 10 4,5 104,5 70 7 1360 130 30700 9900 5300 113060/113100Н 60 100 58 46,88 18,94 5,56 10,06 4,5 104,5 72 7 1360 130 30850 10200 5100 130065/130120Н 65 120 71 59,88 24,39 5,56 11,11 5,55 125,55 84 8 1640 120 42900 1100С 4400 124070/124112ХН 70 112,712 73 60,3 25,39 6,35 11,11 4,76 117,47 86 8 1640 130 39800 10450 4500 133075/133130Н 75 130 73 60,5 24,7 6,25 11,8 5,55 135,55 92 8 1800 150 46450 12600 4100 140080/140140Н 80 140 85 69,14 28,22 7,93 14,28 6,35 146,34 100 8 2000 150 56850 14100 3800 140085/140140Н 85 140 85 69,14 28,22 7,93 14,28 6,35 146,34 100 8 2000 150 56850 14100 3800 117090/117133ХН 90 133,35 76 60,12 23,71 7,94 14,29 6,35 139,7 105 8 2040 190 42750 13150 3700 131095/131152ХН 95 152,4 75 62 25 6,5 12,5 6 158,4 110 8 2060 200 51150 1630С 3400 180100/180180Н 100 180 100 84 35 8 15 7 187 125 10 2540 190 91000 22400 3000 180105/180180Н 105 180,975 100 84 35 8 15 7 187 125 10 2540 254 91000 22400 3000 00 Таблица 1.3 Роликовые радиально-упорные подшипники с широким наружным кольцом фирмы GAMET Размеры, мм Наиболь- Стати- Нагрузочная Пре- дельная частота враще- ния, об/мин Обозначение кольца внут- ренне- го/наружного А В С D Е F К L М Т шая до- пустимая предвари- тельная ческая жест- кость ради- способность (Н) при долговечно- сти 10000 ч нагрузка, Н альная, Н/мкм ради- альная осевая 74025/74052Р 25 52 39,75 36,5 19 3,25 34 5 38 20,75 650 270 4350 2100 10200 70030/70062Р 30 62 46,75 42,5 23 4,25 40 5 44,5 23,75 1070 420 6350 3450 8900 100035/80066ХР 35 66,675 47,24 42,48 23,5 4,76 44 5 • 49,5 23,74 1240 420 7200 4050 8000 -u К) Окончание табл. 2.12 Размеры, мм Наиболь- Стати- Нагрузочная Пре- дельная частота враще- ния, об/мин Обозначение кольца внут- ренне- го/наружного А В С D Е F К L М Т шая до- пустимая предвари- тельная ческая жест- кость ради- способность (Н) при долговечно- сти 10000 ч нагрузка, Н альная, Н/мкм ради- альная осевая 101040/101080Р 40 80 51,25 45,5 26 5,75 52 5 59 25,25 1950 510 11100 6300 6800 112045/112085Р 45 85 51,83 48,65 24,5 3,17 55 6 64 27,33 1850 440 11450 6000 6300 111050/111090Р 50 90 57,65 51,3 29 6,35 62 7 69 28,65 2600 600 114350 8300 5700 111055/110100Р 55 100 59,5 54 29,5 5,5 70 7 76 30 3100 680 15700 9900 5300 113060/113100Р 60 100 52,44 46,88 26,5 5,56 72 7 79 25,94 3150 680 15850 10200 5100 130065/130120Р 65 120 65,44 59,88 32 5,56 84 8 93 33,44 3400 820 21750 11000 4400 124070/124112XF 70 112,712 66,65 60,3 33 6,35 86 8 90 33,65 3250 1080 20300 10450 4500 133075/133130Р 75 130 66,75 60,5 33,5 6,25 92 8 102 33,25 3900 900 23650 12600 4100 140080/140140Р 80 140 77,07 69,14 38,5 7,93 100 8 108 38,57 4350 1000 29250 14100 3800 140085/140140Р 85 140 77,07 69,14 38,5 7,93 100 8 108 38,57 4350 1000 29250 14100 3800 117090/117133ХР 90 133,35 68,06 60,12 34 7,94 105 8 111,5 34,06 4050 1020 21750 13150 3700 131095/131152ХР 95 152,4 68,5 62 33,75 6,5 110 8 120 34,75 5050 1030 26000 16300 3400 180100/180180Р 100 180 92 84 46 8 125 10 142 46 6900 1150 46450 22400 3000 180105/180180ХР 105 180,975 92 84 46 8 125 10 142 46 6900 1270 46500 22400 3000 00 Таблица 1.3 Роликовые двухрядные конические подшипники с буртом на наружном кольце типа 697000JI L 1— R к 73 V п. о Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вращения, об/мин d D В С L Я А Dj R динамиче- ская статиче- ская 697712Л 60 110 47 18,9 5,5 4,5 114,5 72 2 122,8 114,7 5100 697812/Л 60 110 60,6 25,4 6,4 5 115 75 2,5 145,7 151,5 4800 697912Л 60 95 46,4 18,7 4,3 4,5 100 2 95,2 107,5 5200 697815/Л 75 130 60,5 24,7 6,25 5,5 136 92 2,5 218,3 237,9 4100 697716Л 80 140 69,1 28,2 7,95 6 147 100 3 223 152,7 3800 697920Л 100 152 75,8 30,9 8,1 7 159,6 114 2,5 271,8 316,6 3300 U) 2.4. Двухрядные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами Эти подшипники (табл. 2.14) предназначены для восприятия ра- диальных нагрузок. Подшипники типа 311182100 имеют гладкую дорожку качения (без буртов) на наружном кольце, типа 4162900 - на внутреннем кольце. Последнее позволило уменьшить наружный диаметр подшипника. Параметр быстроходности подшипников ^Лах < 3 • 105 мм мин"1, диапазон регулирования частоты вращения - не более 500. Радиальный зазор в подшипнике регулируют путем осевого перемещения его внутреннего кольца с коническим отвер- стием, благодаря чему диаметр дорожки качения несколько увеличи- вается. Подшипники применяют при больших нагрузках на шпин- дель и средних частотах вращения. 44 00 Таблица 1.3 Роликовые радиальные двухрядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами типа 3182100 К и» Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вращения при смазывании (об/мин) d D В динамическая статическая пластичным материалом масляным туманом 3182110К 50 80 23 45 36,5 7500 9000 3182111К 55 90 26 60 49 6700 8000 3182112К 60 95 26 63 54 6300 7500 00 Окончание табл. 2.10 Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вращения при смазывании (об/мин) d D В динамическая статическая пластичным материалом масляным туманом 3182113К 65 100 26 64 57 6000 7000 3182114К 70 110 30 81^ 73,5 5300 6300 3182115К 75 115 30 83 73,5 5000 6000 3182116К 80 125 34 102 93 4800 5600 3182117К 85 130 34 106 100 4500 5300 3182118К 90 240 37 122 114 4300 5000 3182119К 95 145 37 125 120 4000 4800 3182120К 100 150 37 132 129 3800 4500 3182121К 105 160 41 170 160 3600 4300 3182122К 110 170 45 196 190 3400 4000 3182124К 120 180 46 204 204 3200 3800 2.5. Упорно-радиальные сдвоенные шариковые подшипники с углом контакта 60° Эти подшипники предназначены для восприятия только осевой нагрузки. В состав подшипника типа 178800JI (табл.2.15) входят два тугих внутренних кольца, свободное наружное кольцо, проставоч- ное кольцо, тела качения, два массивных сепаратора. Ширина про- ставочного кольца обусловливает величину предварительного натя- га, благодаря которому отпадает надобность в регулировании натя- га в процессе монтажа шпиндельного узла, повышая стабильность натяга и долговечность подшипника. Упорно-радиальные шариковые подшипники выпускаются в двух исполнениях, различающихся диаметром отверстия внутрен- него кольца. При использовании такого подшипника в опоре со стороны малого или большого диаметра конической посадочной шейки для роликоподшипника с короткими цилиндрическими ро- ликами применяют упорно-радиальные подшипники соответствен- но серий 178800 или 178900. Параметр быстроходности подшипни- ков dm nmax< (4...5) ТО5 мм-мин"'; здесь dm= 0,5(d+D), «шах- частота вращения шпинделя. Диапазон регулирования частоты вращения достигает 100. Упорно-радиальный сдвоенный шариковый подшип- ник устанавливают в опору вместе с роликоподшипником, воспри- нимающим только радиальную нагрузку. Точные, жесткие, быстро- ходные шпиндельные опоры такой конструкции применяют в то- карных, фрезерных, расточных и других станках. 47 00 Таблица 1.3 Шариковые упорно-радиальные сдвоенные подшипники с углом контакта 60° типа 167 800 Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельная частота вращения, об/мин динами- ческая С стати- ческая Со при смазы- вании плас- тичным материалом при смазыва- нии жидким материалом d D d Di В С г п 178805 25 47 40 43,5 28 14 1 0,2 10,2 18 7400 11000 178806 30 55 47 51 32 16 1,5 0,3 11,2 22 6700 10000 178807 35 62 53 58 34 17 1,5 0,3 13,7 28,5 6000 9000 178808 40 68 58,5 64 36 18 1,5 0,3 16,3 34,5 5300 8000 00 Окончание табл. 2.10 Обозначение подшипника Размеры, мм Грузоподъемность, кН Предельн воашенв ая частота м. об/мин динами- ческая с стати- ческая С) при смазыва- нии пластич- ным мате- риалом при смазыва- нии жидким материалом d D d Di В С г Г\ 178809 45 75 65 71 38 19 1,5 0,3 18,8 40,5 5300 8000 178810 50 80 70 76 38 19 1,5 0,3 19,0 44 4800 7100 17881I 55 90 78 85 44 22 2 0,5 25,5 60 4800 7100 178812 60 95 85 90 44 22 2 0,5 25,5 62 4200 6300 178813 65 100 88 95 55 22 2 0,5 26,5 67 4200 6300 178814 70 110 97 105 48 24 2 0,5 32,5 83 3700 5600 178815 75 115 102 110 48 24 2 0,5 33,5 86,5 3700 5600 178816 80 125 110 118 54 27 2 0,5 40 104 3300 5000 178817 85 130 115 124 54 27 2 0,5 45 108 3300 5000 178818 90 140 123 132 60 30 2,5 0,5 47,5 127 3000 4500 178819 95 145 128 137 60 30 2,5 0,5 47,5 132 3000 4500 178820 100 150 133 142 60 30 1,5 0,5 49 140 2700 4000 178821 105 160 142 151 66 33 3 0,8 55 156 2700 4000 178822 110 170 150 161 72 36 3 0,8 68 193 2700 4000 178824 120 180 160 171 72 36 3 0,8 71 208 2300 3500 178826 130 200 177 190 84 42 3 0,8 88 260 2100 3200 чо 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ 3.1. Элементы крепления опор В осевом направлении подшипники закрепляются обычно гай- ками. Требования к ним: возможность тонкой регулировки, равно- мерность прижима к подшипнику, надёжность крепления. Гайки типа КМТ фирмы SKF (Швеция) предназначены для пре- цизионных шпиндельных узлов (рис. 3.1, а, табл. 3.1). По окончании регулирования подшипников производят стопорение гайки. Для этого служат три винта 2, прижимающие к резьбе на шпинделе три латунных штифта 1, расположенных на окружности через 120°. Резьбовые штифты прилегают к резьбе на шпинделе равномерно, завинчивание и стопорение гайки производят в одном и том же на- правлении. В регулировочной гайке 3 устройства, изображённого на рис. 3.1, б, имеется 18 радиальных пазов, а в шпинделе 4 - два радиальных отверстия, в которые вставлены плунжеры 2 и пружи- ны 1. В начале регулировки плунжер, входящий в один из пазов гайки, с помощью отвертки поворачивают на 90°, чтобы он, при на- личии скоса, не препятствовал её вращению. По окончании процес- са регулирования натяга один из пазов в гайке совмещают с бли- жайшим плунжером. Затем его поворачивают на 90°, и он под дей- ствием пружины входит в этот паз. Благодаря тому, что один плунжер смещён относительно диаметральной плоскости, в которой расположен другой, угол поворота регулировочной гайки кратен половине шага пазов в ней и достигаемый натяг более точно при- ближается к расчетному. Размеры ряда гаек приведены в табл. 3.2, а плунжеров - в табл. 3.3. В стопорной гайке типа SFERO (рис. 3.1, в) часть слоя с резьбой 2 выполнена в виде упругой пружины. Сила, создаваемая винтом 1, прижимает пружинящий элемент гайки к резьбе, находящейся на поверхности шпинделя. Размеры гаек раз- личных типов приведены в табл. 3.4 - 3.81. Гайки фиксируются од- ним или двумя винтами, расположенными радиально или в осевом направлении. Во втором случае сила на упругий элемент передается штырями, имеющими скосы. 50 Рис. 3.1. Элементы крепления опор 51 00 Таблица 1.3 Размеры и параметры гаек типа КМТ фирмы SKF Обозначение Размеры, мм Винты Допускаемая осевая нагрузка, кН Момент затягивания гайки, Н м G di d2 d3 dt В b h M 1 2 3 4 5 ' 6 7 8 9 10 11 12 13 к м т о М 10x0,75 21 28 23 11 14 4 2 24 M 5 35 4,5 КМТ 1 М 12x1 23 30 25 13 14 4 2 27 M 5 40 4,5 КМТ 2 М 15x1 26 33 28 16 16 4 2 30 M 5 60 4,5 к м т з М 17x1 29 37 33 18 18 5 2 34 M 6 80 8 Продолжение табл. 3.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 КМТ4 М20х1 32 40 35 21 18 5 2 36 Мб 90 8 КМТ 5 М 25x1,5 36 44 39 26 20 5 2 41 М 6 130 8 КМТ 6 М30х1,5 41 49 44 32 20 5 2 46 М 6 160 8 КМТ 7 M35xl,5 46 54 49 38 22 5 2 50 Мб 190 8 КМТ 8 М40х1,5 56 65 59 42 22 6 2,5 60 М 6 210 8 КМТ9 М 45x1,5 61 70 64 48 22 6 2,5 65 М 6 240 8 КМТ 10 М50х1,5 65 75 68 52 25 7 3 70 М 6 300 8 КМТ 11 М 55x2 74 85 78 58 25 7 3 80 М 8 340 18 КМТ 12 М 60x2 78 90 82 62 26 8 3,5 85 М 8 380 18 КМТ 13 М 65x2 83 95 87 68 28 8 3,5 90 М 8 460 18 КМТ 14 М 70x2 88 100 92 72 28 8 3,5 95 М 8 490 18 КМТ 15 М 75x2 93 105 97 77 28 8 3,5 100 М 8 520 18 1 00 Окончание табл. 2.10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 КМТ 16 М 80x2 98 110 100 83 32 8 3,5 - М 8 620 18 КМТ 17 М 85x2 107 120 110 88 32 10 4 - М 10 650 35 КМТ 18 М 90x2 112 125 115 93 32 10 4 - М 10 680 35 КМГ 19 М 95x2 117 130 120 98 32 10 4 - М 10 710 35 КМТ 20 М100x2 122 135 125 103 32 10 4 - М 10 740 35 КМТ 22 М110x2 132 145 134 112 32 10 4 - М 10 800 35 КМТ 24 М 120x2 142 155 144 122 32 10 4 - М 10 860 35 Таблица 3.2 Гайки стопорные Обозначение di d2 d3 h к h b n а УНЕ3193-323-01 М42х1,5-7Н 62 43 25 12 13 8 12 30° УНЕ3193-323-02 М52х1,5-6Н 72 53 25 12 13 8 14 25°40' УНЕ3193-323-03 М72х2-6Н 100 73 30 13 14 8 18 20° УНЕ3193-323-04 М90х2-6Н 120 91 40 19 20 10 18 20° УНЕ3193-323-05 М125х2-6Н 160 126 45 20 21 10 18 20° Обозначение df9 d? и h h U h I /б УНЕ3193-324-01 10 7 12 2,5 2,5 7 3,5 УНЕ3193-324-02 16 11 18 10 4,5 2,5 9 I 4,5 55 Таблица 3.6 Гайка SFERO типа LF Обозна- Размеры, мм Допус- Допускаемая чение Резьба А D В С buh Винты каемый момент, Н • м осевая сила, Н 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LR 1 12 24 19 23 28500 LR 2 14 26 21 26 33500 LR 3 15 30 25 29 40500 LR 4 17 32 27 4x2 32 46100 LR 5 18 32 27 37 49000 LR 6 20 35 30 42 54600 LR 7 22 35 30 47 56600 LR 8 25 40 35 53 67100 LR 9 30 45 40 59 81100 LR 10 32 46 41 5x2 65 92900 LR 11 35 50 45 75 98000 LR 12 38 52 47 12 1 винт Мб 83 101900 LR 13 40 55 49 94 104000 LR 14 42 56 50 105 109300 LR 15 45 60 54 6x2.5 118 119200 LR 16 50 65 59 132 134900 LR 17 52 67 61 147 140400 56 Окончание табл. 3.7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LR 18 55 75 68 512 168900 LR 19 60 80 73 7x3 532 184600 LR 20 65 85 78 560 203500 LR 21 70 90 82 587 219500 LR 22 75 95 87 8x3,5 615 237000 LR 23 80 105 97 650 255400 LR 24 85 110 102 675 273300 LR 25 90 115 106 713 292300 LR 26 95 120 II I 15 10x4 1 винт M8 750 308800 LR 27 100 125 116 790 325300 LR 28 105 130 119 830 341700 LR 29 110 135 124 12x5 870 358200 LR 30 115 140 129 930 377000 LR 31 120 145 134 960 394000 Таблица 3.5 Гайка SFERO типа LRE Обозна- чение Резь- ба Л Разме >ы, мм Винты Допус- каемый момент, Н • м Допус- каемая осевая сила, Н D В С buh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LRE 7 22 35 30 12 4x2 2 винта Мб 94 37800 LRE 8 25 40 35 5x2 106 48000 LRE 9 30 45 40 118 58000 LRE 10 32 46 41 130 74400 LRE 11 35 50 45 150 77700 LRE 12 38 52 47 166 82000 57 Окончание табл. 3.7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LRE 13 40 55 49 188 85200 LRE 14 42 56 50 2 винта Мб 210 89600 LRE 15 45 60 54 12 6x2,5 236 100000 LRE 16 50 65 59 264 115600 LRE 17 : 52 67 61 294 120400 LRE 18 55 75 68 1024 144800 LRE 19 60 80 73 7x3 1064 158300 LRE 20 65 85 78 1120 1781 00 LRE 21 70 90 82 1174 192100 LRE 22 75 95 87 8x3,5 1230 209000 LRE 23 80 105 97 1300 22800 LRE 24 85 110 102 1350 245800 LRE 25 90 115 106 1426 265800 LRE 26 95 120 111 10x4 1500 280800 LRE 27 100 125 116 15 2 винта 1580 295800 LRE 28 105 130 119 M8 1660 310800 LRE 29 110 135 124 12x5 1740 325700 LRE 30 115 140 129 1860 345200 LRE 31 120 145 134 1920 362800 58 Таблица 3.6 Гайка SFERO типа LF Обозна- чение Резь- ба А Размеры, мм Допус- каемый момент, Н • м Допус- D В С bxh F d Винты каемая осевая сила, Н 1 2 3 4 5 6 1 8 9 10 11 LF I 12 28 22 20 4 36200 LF2 14 30 25 22 1 винт М4 6 46600 LF3 15 31 26 23 6 51500 LF4 17 33 28 26 3,2 7 58700 LF5 18 34 29 4x2 26 2 винта М4 9 55400 LF6 20 37 32 29 10 61800 LF7 22 39 34 30 12 64700 LF8 25 43 38 33 15 80200 LF9 30 48 43 39 20 100600 LF 10 32 50 45 5x2 41 24 113500 LF 11 35 53 48 44 29 118500 LF 12 38 56 51 15 47 35 124500 LF 13 40 58 52 50 41 127100 LF 14 42 62 56 52 45 131300 LF 15 45 65 59 6x2,5 55 4,2 2 винта 55 143400 LF 16 50 69 63 59 М5 70 165200 LF 17 52 72 66 62 85 171900 59 Окончание табл. 3.7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 LF 18 55 75 68 15 65 105 241300 LF 19 60 80 73 72 2 винта М5 130 263800 LF 20 65 85 78 7x3 76 4,2 160 291000 LF 21 70 90 82 81 200 313900 LF 22 75 95 87 86 220 347800 LF 23 80 105 97 8x3,5 93 240 371300 LF 24 85 110 102 98 250 394900 LF 25 90 115 106 104 265 422500 LF 26 95 120 111 10x4 107 295 446300 LF 27 100 125 116 20 114 325 470200 LF 28 105 130 119 118 2 винта Мб 365 494000 LF 29 110 135 124 122 5,2 405 517800 LF 30 115 140 129 12x5 127 450 545000 LF 31 120 145 134 132 500 574300 Таблица 3.7 Гайка SFERO типа LF [J_|0,005[*-| Обозна- чение Резьба Л Разме эы, мм Винты Допускаемая осевая сила, Н D В С d 1 2 3 4 5 6 7 8 LX 28 28 12 16 15 3,2 1 винт М4 97200 LX 30 30 14 20 104400 LX 32 32 15 20 119500 LX 34 34 18 22 127200 LX 37 37 20 26 138800 LX 39 39 22 28 146500 LX 40 40 23 29 152800 60 Окончание табл. 3.7 1 2 3 4 5 6 7 8 LX 42 42 24 31 167700 LX 44 44 26 32 168500 LX 46 46 28 33 179200 LX 47 47 29 34 2 винта M4 183200 LX 49 49 31 34 3,2 188100 LX 50 50 32 35 173500 LX 54 54 36 40 187700 LX 57 57 39 44 15 198300 LX 60 60 42 50 208900 LX 63 63 43 46 219500 LX 64 64 44 46 223000 LX 67 67 47 47 237400 LX 70 70 48 48 248200 LX 74 74 54 57 262600 LX 77 77 55 64 2 винта M5 275000 LX 80 80 55 55 4,2 384800 LX 82 82 62 68 394500 LX 87 87 67 76 421400 LX 92 92 72 80 20 450000 LX 97 97 77 85 474700 LX 100 100 80 90 488000 LX 102 102 82 91 497900 61 ос Таблица 3.9 Гайка SFERO типа LFE Резьба А Размеры, мм Допус- Допускае- Обозначение D В С bxh d Винты каемый момент, Н-м мая осевая сила, Н LFE 7 22 39 34 4x2 3,2 4хМ4 24 37800 LFE 8 25 43 38 30 49400 LFE 9 30 48 43 40 67100 LFE 10 32 50 45 5x2 48 83600 LFE И 35 53 48 58 87400 LFE 12 38 56 51 15 70 91700 LFE 13 40 58 52 82 96500 LFE 14 42 62 56 4 винта М5 90 96800 LFE 15 45 65 59 6x2,5 4,2 110 108800 LFE 16 50 69 63 140 132200 LFE 17 52 72 66 170 137600 LFE 18 55 75 68 210 193000 LFE 19 60 80 73 7x3 260 211000 LFE 20 65 85 78 320 238600 LFE 21 70 90 82 400 257300 LFE 22 75 95 87 8x3,5 440 298100 LFE 23 80 105 97 480 318300 LFE 24 85 110 102 500 338600 LFE 25 90 115 107 20 530 366700 LFE 26 95 120 111 10x4 4 винта Мб 590 387400 LFE 27 100 125 117 5,2 650 408100 LFE 28 105 130 119 730 428800 LFE 29 110 135 124 12x5 810 449500 LFE 30 115 140 129 900 476900 LFE 31 120 145 134 1000 508600 Гайка типа Spleth (рис. 3.1, г) имеет легко деформируемый кор- пус и состоит из гайки 1 и контргайки 2. Гайка навинчивается на вал вручную, при этом винты 3 не затянуты. Когда её торец не до- шёл несколько миллиметров до торца подшипника или проставоч- ной втулки, с помощью четырёх винтов опорный торец гайки уста- навливают перпендикулярно оси шпинделя. Затем гайку завинчи- вают до упора и окончательно затягивают винты. Резьба гайки равномерно прижимается к резьбе винта, и деформация шпинделя отсутствует. Гайка, изображенная на рис. 3.1, д,фиксируется на шпинделе с помощью винта 1 и медного или стального сухаря 2 (на стальном сухаре нарезана резьба). 3.2. Устройства для смазывания подшипников Способы смазывания подшипников качения шпиндельных опор описаны в учебном пособии [4] и специальной литературе [13]. В данном пособии приводятся дополнительные сведения: о приме- няемых смазочных материалах и минимальном смазывании. Для образования смазочного слоя, разделяющего дорожки и тела качения в подшипниках, требуется небольшой объем масла. Свой- ства этого слоя связаны с частотой вращения шпинделя. При увели- чении частоты вращения в смазочном слое растут потери на трение, повышается температура подшипника, а вязкость масла снижается. Это ведет к уменьшению толщины масляной пленки, повышению вероятности непосредственного контакта вершин микронеровно- стей рабочих поверхностей деталей подшипника и, следовательно, к возрастанию вероятности его отказа. При смазывании подшипника жидким материалом мощность по- терь на трение Р и температура масляного слоя 9 зависят от объема смазочного материала V, вводимого в подшипник (рис.3.2). Если объем слишком мал (область А), то тела и дорожки качения разде- лены не полностью, имеют место повышенные потери на трение и износ. С увеличением V достигается полное разделение рабочих поверхностей, температура масляного слоя и потери на трение ста- новятся минимальными (область В). При дальнейшем увеличении подачи V температура 0 и потери на трение Р возрастают (область Q. В области D наступает равновесие между теплообразованием за 63 счет возрастания потерь на трение и теплоотводом, который обес- печивается маслом. Дальнейшее увеличение подачи масла (область Е) сопровождается возрастанием теплоотвода и снижением его тем- пературы. A B C D Е V Рис. 3.2. Влияние подачи жидкого смазочного материала на температуру опоры и потери на трение Для опор шпиндельных узлов создаются режимы смазывания, соответствующие областям В (минимальное смазывание) и D (обильное смазывание). Минимальное смазывание жидким материалом (без отвода тепла из опоры) осуществляется путем подачи в опору масляного тумана или масловоздушной смеси. Смазывание масловоздушной смесью Схема системы смазывания масловоздушной смесью приведена на рис. 3.3. Сжатый воздух, прошедший через фильтр и влагоотделитель, через вентиль 5 попадает в дозирующее устройство 3, в котором захва- тывает небольшую дозу масла, поступающего из резервуара 4. Из сме- сителя 2 масло увлекается воздушным потоком, проходящим через дроссель 6, по внутренней поверхности трубопровода «ползет» к дю- зам 1 и 7 и, наконец, в очень малом объеме попадает в подшипники. 64 Таким образом воздух используется в качестве надежного транспор- тирующего средства и обеспечивает непрерывный поток масла. Расход масла зависит только от расхода воздуха, регулируемого дросселем 6, и для каждой смазочной точки может регулироваться отдельно. По каналам А, Б и другим, расположенным по обе стороны каждого под- шипника, отработанное масло сливается или отсасывается из опоры. Для того чтобы масло распределялось по поверхности трубопровода, он должен бьпъ достаточно длинным (более 0,5 м). Масло должно подводиться непосредственно к смазываемым поверхностям. Для это- го дюзу размещают в смазочном отверстии наружного кольца или у дорожки качения наружного кольца. Используют также насосный эф- фект радиально-упорных подшипников. Избыточное давление, возни- кающее в опоре, защищает ее от загрязнений. Так как в опоре отсутст- вует масляный туман, то воздушная среда в цехе им не загрязняется. А Б Рис. 3.3 Схема системы смазывания масловоздушной смесью 65 Расход масла (мм3/ч) вычисляется по зависимости Q = 0,03 dB, где d - диаметр отверстия подшипника, мм; В - ширина подшипника, мм. Вязкость масла должна быть достаточной для образования в подшипнике разделительного слоя. При чрезмерной вязкости уве- личиваются потери на трение. Необходимую вязкость определяют по диаграммам, в зависимости от частоты вращения шпинделя, на- грузки на опору и ее температуры. Учитывая параметры подшипни- ков и условия их работы, находят минимально допустимый расход смазочного материала. Особенности подвода масляной струи и от- вода отработанного масла описаны в [4] и специальной литературе. Расчетное значение Q корректируется по результатам экспери- ментальных исследований. Масловоздушное смазывание применя- ется для опор высокоскоростных шпинделей. Смазывание масляным туманом Масляный туман образуется в генераторе (рис. 3.4), когда сжа- тый воздух, пришедший через фильтр, влагоотделитель и трубку Вентури, захватывает и распыляет масло, поднимающееся по труб- ке из резервуара. Тяжелые частицы масла возвращаются в резерву- ар, а частицы размером 0,5...5 мкм вместе с воздухом по трубопро- водам перемещаются к смазочным точкам. Расход масла регулиру- ется путем дросселирования воздушного потока. Смазывание масляным туманом применяется при высоких ско- ростях вращения шпинделя, защищает опору от загрязнений. Не- достатком способа является возможность загрязнения туманом воз- душной среды. 66 ТРУБКО ВЕНТЕРИ ВОЗДУХ Туман Масло Рис. 3.4. Схема генератора масляного тумана Циркуляционное смазывание жидким материалом Жидкие масла хорошо отводят тепло от опор шпинделя, уносят из них продукты изнашивания, делают ненужными надзор и перио- дический уход за подшипниками. Смазывание пластичным материалом Обильное смазывание пластичным материалом обеспечивает достаточно высокий параметр быстроходности (всего на 30 % ниже, чем при смазывании жидким маслом) и надежную защиту от про- никновения в опору загрязнений и от коррозии. Такое смазывание наиболее пригодно для автономных шпиндельных узлов, а также для опор шпинделей, расположенных наклонно или вертикально, когда при смазывании жидкйм маслом требовались бы уплотнения сложной конструкции. При проектировании опор, смазываемых пластичным материа- лом, определяют его вязкость и минимальный объем, требуемый для опоры. Так как под действием нагрузок и тепла пластичное масло постепенно теряет смазочные свойства, то периодически в опоры надо вводить дополнительные объемы масла [4]. Для этого предусматривают пресс-масленки 1 и 2 (рис. 3.5) и систему каналов в шпиндельной бабке. 67 Рис. 3.5. Элементы для подвода пластичного материала в подшипники 3.3. Уплотнения опор Уплотнения защищают подшипники от загрязнений и смазочно- охлаждающей жидкости, препятствуют вытеканию смазочного ма- териала из опор. Уплотнение проектируют с учетом метода смазы- вания опоры, положения шпинделя (горизонтальное и вертикаль- ное), окружной скорости на поверхности его шеек, степени загряз- нения пространства у опоры. В уплотнительном устройстве предусматривают конструктивные элементы разного назначения: пылеотбойные, предохраняющие опоры от попадания смазочно- охлаждающей жидкости, обеспечивающие внутреннюю герметич- ность (не пропускают смазочный материал из плоскости опоры во внешнюю среду), обеспечивающие внешнюю герметичность (пре- пятствуют проникновению в опору смазочно-охлаждающей жидко- сти и пыли, а также масла, загрязненного продуктами износа дета- лей коробки скоростей), дренажные отверстия для отвода утечек смазочного материала и смазочно-охлаждающей жидкости. Уплотнения, предназначенные для создания внутренней и внеш- ней герметичности, можно разделить на бесконтактные, контактные и комбинированные. 68 Бесконтактные статические уплотнения Аксиальное щелевое уплотнение А и Б (рис.3.6) образуется ци- линдрическими поверхностями, радиальное В - параллельными плоскостями. Аксиальное лабиринтное уплотнение статического типа образуется двумя цилиндрическими поверхностями: гладкой и имеющей кольцевые канавки Г полукруглого профиля или тре- угольного профиля Д. Значительное сопротивление потоку создает уплотнение с канавками треугольного профиля (рис. 3.7). Бескон- тактное уплотнение с зазором в несколько сотых миллиметра обра- зуется с помощью металлического кольца 5 (рис. 3.8), которое при вращении шпинделя притирается к торцу внутреннего кольца под- шипника. Здесь 1 - гайка, фиксирующая осевое положение конст- руктивных элементов шпиндельного узла; 2 - шкив зубчатого ре- менного привода датчика резьбонарезания; 3 и 4 - гильзы, обеспе- чивающие постоянство натяга в подшипниках задней опоры при нагревании шпинделя; А - зазор, обеспечивающий возможность теплового смещения задней опоры. Рис. 3.6. Опора шпинделя с уплотнениями 69 Масло СОЖ Рис. 3.7. Опора шпинделя с уплотнениями 70 Рассмотренные бесконтактные уплотнения наиболее пригодны при использовании пластичных смазочных материалов. Бесконтактные динамические уплотнения Эти уплотнения имеют более высокую герметичность по сравне- нию со статическими, что обусловливается центробежными силами, действующими на поток масла. Зигзагообразные лабиринтные уплотнения радиального типа (рис. 3.9, а) применяют в опорах как с пластичным, так и с жидким смазочным материалом. Эти уплотнения выполняют свою функцию тем лучше, чем выше частота вращения шпинделя. При диаметре шейки шпинделя d0 < 60 мм рекомендуется применять уплотнения с диаметрами d0, dh Dh ...,D5, а при do> 60 - с диаметрами do, di, Di, ...,D9. Ширину кольцевых пазов принимают равной 8 мм. Ради- альный hr и аксиальный ha зазоры (в мкм) в лабиринтных уплотне- ниях рекомендуется определять в зависимости от диаметра d„ лаби- ринтной щели: hr- (1,5±0,5) dJt для станков классов точности Н и П; hr = (l±0,5)4i для станков классов точности В, А и С; ha~ (10±5) d„. В лабиринтно-дисковом уплотнении (рис. 3.9, б) лабиринтный за- зор образован дисками и кольцами. В таком уплотнении hr = = (5±1,5)с/л, ha = (l...l,5)dj,. Пример конструктивного исполнения передней опоры с ради- альным зигзагообразным уплотнением приведён на рис. 3.10. К бесконтактным динамическим уплотнениям относятся также канавочные уплотнения, применяемые при высоких скоростях вра- щения шпинделя и достаточно высокой вязкости смазочного мате- риала. Одна из конструкций уплотнений представляет собой сово- купность колец 1 и 2 с канавками треугольного профиля (рис. 3.11). В другой конструкции (рис. 3.12) применены два уплотнения с дре- нажными каналами: 1 - для предохранения опоры от проникновения в неё СОЖ, 2 - для предотвращения вытекания масла из опоры. Внутреннее кольцо уплотнений изготавливается из стали, наружное - из алюминия или полимерного материала. Полимерное кольцо полу- чается склеиванием ленты. Более простым способом изготавливают уплотнения с фасонной щелью переменного радиуса (позиция Ж на рис. 3.15). Оно пригодно при смазывании опоры пластичным и жид- ким материалом, а также масляным туманом. 72 а КРЫЫКО ОПОРЫ о и Ol а я Т5 V У1ОБИРИНТНОЯ втулка / 2 L Z У Л 4 S 3 \ \ \ \ \ N Л •St" а ю о о со о ф а Рис. 3.9. Схемы лабиринтных уплотнений о U) di d2 I d3 d4 äs Предельные отклонения 39 +0,2 -0,2 -0,2 hQ 80 66 69 73 80 125 112 116 120 180 150 137 141 145 160 Рис. 3.10. Передняя опора с лабиринтным уплотнением -J СУ\ Рис. 3.12. Шпиндельный узел с капаночными уплотнениями передней опоры Маслосбрасывающие уплотнения Жидкий смазочный материал образует на поверхности шпинделя масляную плёнку, которая способна перемещаться вдоль его оси и проходить через уплотнения. Для сброса её в полость шпиндельной бабки служат маслосбрасывающие уплотнения (рис. 3.13), имею- щие острые кромки, с которых масло срывается под действием цен- тробежных сил. Эти уплотнения работают более эффективно, когда находятся в кольцевой камере, соединённой дренажным каналом с полостью шпиндельной бабки. Аналогичные уплотнения применя- ются и для дренажа СОЖ. Уплотнения с воздушным барьером Для улучшения защиты от проникновения СОЖ и пыли из воз- душной среды цеха в уплотнение опоры подводится хорошо очи- щенный воздух от цеховой сети. Ту же функцию выполняет и мас- ляный туман, который к тому же смазывает и охлаждает подшип- ники. Так как масляный туман загрязняет атмосферу цеха, то использование его в качестве барьера следует допускать в станках, хорошо изолированных от внешней среды. Контактные уплотнения Благодаря минимальному зазору между сопряженными элементами эти уплотнения обладают высокой герметичностью и в то же время 77 пониженной износостойкостью. Из-за трения в месте контакта с уп- лотнением шпиндель при высокой скорости вращения нагревается. Торцовое уплотнение е V-образной резиновой манжетой 1 (рис. 3.14, а) в случае смазывания опоры жидким материалом при- меняется при скорости в контакте до 15 ... 20 м/с. Оно пригодно и при смазывании пластичным материалом. Когда шпиндель не вра- щается, уплотнение действует как торцовое манжетное и не выпус- кает смазочный материал из опоры (выполняет функцию стояноч- ного уплотнения). При определенной частоте вращения усик ман- жеты под действием центробежных сил отходит от торцовой поверхности кольца 2, возникает радиальное бесконтактное щеле- вое уплотнение. Уплотнительное устройство может оснащаться двумя (рис. 3.14, б) и тремя V-образными манжетами. Уплотнения с резиновой армированной манжетой (рис. 3.14, в) применяют при циркуляционном смазывании жидким материалом, окружной скорости на поверхности шейки шпинделя не более 5 м/с и охлаждении подшипников и уплотнения. Рис. 3.14. Контактные уплотнения Рекомендации по конструированию и выбору уплотнений Уплотнительное устройство обычно компонуют из элементов разного функционального назначения. Например, задняя опора, смазываемая пластичным материалом (рис. 3.15, а), с помощью ще- левого уплотнения В, лабиринтного Г и дренажного отверстия Б защищена от проникновения в неё жидкого материала, загрязнен- 78 ного продуктами износа деталей шпиндельной бабки. Внутренняя герметичность этой опоры обеспечена уплотнениями А и Д. Для создания внутренней герметичности в передней опоре, смазываемой жидким материалом (рис. 3.15,6), предусмотрены уплотнения Е и Ж с дренажными каналами Н и М, а также лабиринтное уплотнение JI. Внешняя герметичность обеспечена щелевым уплотнением П, уплотнением И, сбрасывающим СОЖ, и дренажным отверстием К. Тип уплотнений опор качения шпиндельного узла (рис. 3.16) мож- но выбрать по табл. 3.9 [7] в зависимости от его расположения, ме- тода смазывания подшипника, параметра быстроходности шпинде- ля driraах (здесь d - диаметр передней шейки шпинделя, мм; ятах - максимальная частота вращения, об/мин); места расположения при- вода и других параметров. В табл. 3.9 использованы обозначения: А - передний конец шпинделя обращен вверх; Б - передний конец шпинделя обращен вниз; I - внешняя среда загрязнена мало (стружка сливная, СОЖ от- сутствует); II - внешняя среда загрязнена средне (наличие любой стружки и капель СОЖ); П1 - внешняя среда загрязнена сильно (наличие любой стружки, абразива и большого количества СОЖ). Наиболее часто применяются лабиринтные уплотнения (пример- но в 90 % случаев). Они пригодны как при низких, так и при высо- ких частотах вращения. Если в зону лабиринтного уплотнения попадает много СОЖ или стружки, его дополняют щелевым уплотнением, а при смазывании пластичным материалом - контактным уплотнением. Бесконтактные щелевые уплотнения применяются при смазыва- нии пластичным материалам и масляным туманом, когда на них не действуют СОЖ и стружка. Если подшипники вращаются с высо- кой частотой при обильном циркуляционном смазывании, бескон- тактное щелевое уплотнение дополняют уплотнением в виде масло- сорасывающих канавок с дренажным отверстием. Если в зону уп- лотнительного устройства попадает СОЖ, для создания внешней герметичности предусматривают ещё одно уплотнение. 79 ,г ,д Рис. 3.15. Конструкции уплотнений Вариант 1 Вариант 3 р ш ш ш и Вариант4 Вариант 5 Вариант 6 Рис. 3.16. Схемы уплотнений шпиндельных опор 00 ю Вариант 7 Вариант 8 Вариант 9 Рис. 3.16 (продолжение) Вариант 13 Вариант 16 Вариант 14 Вариант 15 Рис. 3.16 (окончание) ос Таблица 3.9 Рекомендации по выбору уплотнений в зависимости от условий их эксплуатации Ва ри ан т уп ло тн ен ий Опора Располо- жение уплотне- ний Метод смазывания опоры Dnmax. мм • об/мин Расположение осей вращения опоры Внешняя среда Место расположе- ния привода Ва ри ан т уп ло тн ен ий пе ре дн яя за дн яя на ру ж но е вн ут ре нн ее пл ас ти чн ы м ма те ри ал ом ка пе ль но е ци рк ул яц ио нн ое ма сл ян ым ту ма но м вп ры ск ив ан ие м •Л о <и (1J К 1) S ' о т1 ° т1 - "8 о 4> 1> t? О ю го ри зо нт ал ьн ое ве рт ик ал ьн ое А ве рт ик ал ьн ое Б 1 II III ме ж ду о по ра ми ш ки в, м уф та на за дн ем к он це зу бч ат ое к ол ес о на за дн ем к он це 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1 + + + + + + + + + + + + 2 + + + + + + + + + + + + 3 + + + + + + + + + + + + + + 4 + + + + + + + + + + + + + + 5 + + + + + + + + + + + + + + + 6 + + + + + + + + + + + + + + 7 + + + + + + + + + + + + + + Окончание табл. 3.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 8 + + + + + + + + + + + + + + + 9 + + + + + + + + + + + 10 + + + + + + + + + + + + 11 + + + + + + + + + + + + + + + 12 + + + + + + + + + + + + + + + + 13 + + + + + + + + + + + + 14 + + + + + + + + + + + + + + + 15 + ' + + + + + + + + + + + + + 16 + + + + + + + + + + + + + + 17 + + + + + + + + + + + + + + + + 00 4. КОМПОНОВКИ И КОНСТРУКЦИИ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ 4.1. Принципы проектирования компоновок шпиндельных узлов Наиболее часто применяются двухопорные шпиндельные узлы. Трехопорные узлы имеют более высокую жесткость и точность, но дороже двухопорных. Как правило, передняя опора воспринимает не только радиальную, но и осевую нагрузку. При этом задняя опо- ра имеет возможность перемещения в осевом направлении («пла- вать»), не препятствуя тепловому удлинению шпинделя. Для упро- щения конструкции, сборки и обслуживания шпинделя иногда пла- вающей выполняют переднюю опору. Передняя опора нагружена больше задней, поэтому ее делают более жесткой, для чего компонуют из нескольких подшипников. Погрешности передней опоры влияют на точность обработанных на станке деталей в большей степени, чем погрешность задней. В связи с этим в передней опоре устанавливают подшипники более точные по сравнению с подшипниками задней опоры. 4.2. Шпиндельные узлы с шариковыми радиально-упорными подшипниками в передней опоре Для обеспечения требований к жесткости шпиндельного узла опоры компонуют из нескольких радиально-упорных шариковых подшипников. По схеме дуплекс-тандем два подшипника установлены так, что линии действия силы (линии контактов) параллельны между собой (рис. 4.1, а). Эта пара подшипников воспринимает осевую нагрузку только одного направления. В компоновке дугшекс-Х (рис. 4.1, б) линии действия силы пере- секаются с осью шпинделя в точках, находящихся близко друг к другу. Натяг обеспечивается при сжатии комплекта подшипников внешней силой, так как торцовые плоскости наружных колец, об- ращенные друг к другу, подшлифованны по сравнению с внутрен- ними. Опора воспринимает осевую нагрузку обоих направлений, а также радиальную нагрузку. 86 В схеме дуплекс-О (рис. 4.1, в) линии действия силы пересека- ются с осью шпинделя в далеко расположенных друг от друга точ- ках что обусловливает повышенную жесткость опоры. Она воспри- нимает осевую нагрузку обоих направлений. Подшлифованны об- ращенные друг к другу торцы внутренних колец. Схема триплекс тандем-О (рис. 4.1, г) образована тремя радиаль- но-упорными подшипниками, два из которых установлены по схеме тандем, третий - по схеме О. Опора воспринимает нагрузку обоих направлений. Диаметр посадочного отверстия в корпусе под третий подшипник увеличивают на А = 0,2 мм. При отсутствии зазора А этот подшипник, имеющий более высокий натяг, чем два других, нагревался бы больше их, что сопровождалось бы дополнительным возрастанием натяга. При наличии зазора А диаметр наружного кольца третьего подшипника при нагреве свободно увеличивается и натяг в нем остается стабильным. Q Ж ш ш / •у / \ ; ш •Ак. п f t \ \ 1 \ f -ж /1 \ч / х а Ж / i / I i V ! к ш Ш Р и с - 4-1- Компоновки опор шпинделя из радиально-упорных подшипников 87 Схема установки подшипников существенно влияет на работо- способность опоры. Коэффициенты изменения показателей работоспособности радиально-упорных шариковых подшипников Ко эф фи ци ен т из ме не ни я ш ир ин ы оп ор ы В 1 i t |j « в о 8 w я 8 1 1 £ 1 3 s • I S Коэффициент изменения Схема установки под- шипников в опоре Ко эф фи ци ен т из ме не ни я ш ир ин ы оп ор ы предельной частоты вра- щения при натяге Ко эф фи ци ен т из ме не ни я ш ир ин ы оп ор ы •&< и « Я о в И v Лег- ком Среднем Тяже- лом По одному в опоре 1 1 1 0,8 0,5 По два в опоре по схе- ме дуплекс-0 2 1,62 0,8 1,65 0,4 По два в опоре по схе- ме дуплекс-Х 2 1,62 1 0,8 0,5 По три в опоре по схеме триплекс- 3 1,62 0,8 0,5 0,3 тандем-О Разработано несколько компоновок шпиндельных узлов. Шпиндельные узлы с одним шариковым подшипником в передней опоре. В этом случае в задней опоре устанавливается также один ради- ально-упорный подшипник и опоры образуют компоновку О (рис.4.2). Натяг подшипников регулируется автоматически при из- менении давления масла, поступающего по каналу Б в полость 1, и соответствующем смещении втулки 2. Подшипники смазьюаются маслом, поступающим по каналам А и В. Шпиндель отличается вы- сокой быстроходностью: dn^ = (10...18)-105 мм мин'1, имеет диа- метр от 20 до 80 мм, применяется в высокоскоростных расточных головках и шлифовальных станках. 88 Рис. 4.2. Шпиндельный узел с одним раддально-упорным подшипником в передней опоре оо V © Шпиндельные узлы с двумя радиально-упорными шарикоподшип- никами в передней опоре, установленными по схеме дуплекс- тандем. В задней опоре могут быть установлены подшипники разных ти- пов. Это вместе со способом создания и величиной предварительно- го натяга, способами смазывания и охлаждения опор определяет жесткость и быстроходность шпиндельного узла. Если в задней опоре установлен один радиально-упорный шари- ковый подшипник, то натяг в нем может быть мягким (создается пружинами или маслом) или жестким. В узле, изображенном на рис. 4.3, натяг в подшипнике 2 обеспечивается втулкой 4. Благодаря втулке 3 натяг в задней опоре при нагревании шпинделя не изменя- ется. Для автоматического контроля износа и выкрашивания инст- румента использованы силоизмерительные подшипники 2 и 5, ос- нащенные датчиками силы. С помощью кабеля 1 сигнал вводится в электронное устройство обработки результатов измерения. Если натяг в задней опоре, состоящей из одного радиально- упорного шарикоподшипника, мягкий и в опоры впрыскивается ох- лажденное масло, то быстроходность шпиндельного узла весьма высокая: частота вращения может достигать 12000 об/мин. Для повышения жесткости в задней опоре устанавливают два ша- риковых радиально-упорных подшипника по схеме дуплекс-тандем. Натяг в ней регулируется так же , как и в шпинделе на рис. 4.2. Пара- метр быстроходности узла dnmax = (3,6.. .4,2)-105 мммин"1. Если в передней опоре создается мягкий натяг и обе опоры ох- лаждаются масловоздушной смесью (рис. 4.4, а), то быстроходность узла может быть значительно выше: dnmfLX до 11-105 мм мин"1. При охлаждении гильзы 1 и распорной втулки 2 (рис. 4.4, б) из- быточная температура шпиндельного узла не превышает 8... 18 °С и обеспечивается температурная стабилизация натяга в опорах. Мож- но достичь частоты вращения 6300 об/мин даже при смазывании пластичными материалами. Шпиндельные узлы, задней опорой в которых являются ради- ально-упорные шариковые подшипники, установленные по схеме дуплекс-О (рис. 4.4,в), при диаметре 20...80 мм обладают высокой быстроходностью: 90 Рис. 4.3. Шпиндель с силоизмерительными подшипниками ЧО afomax = (8...12)105 мм'мин"1. Применяются в шлифовальных станках и расточных бабках. Способность шпинделя воспринимать осевую нагрузку, направленную слева направо, обеспечивается пружиной 1. Шпиндельные узлы с двумя радиалъно-упорными шарикоподшип- никами в передней опоре, установленными по схеме дуплекс-О. Задней опорой таких шпинделей часто является пара радиально- упорных шариковых подшипников, также установленных по схеме дуплекс-О (рис. 4.5). Параметр быстроходности таких узлов при диаметре шпинделя 20-100 мм d n ^ = (6... 11)-105 мм-мин"1. Область применения - шлифовальные станки и расточные бабки для работы на сверхвысоких скоростях. Шпиндельные узлы с тремя радиально-упорными подшипниками в передней опоре. Эта опора компонуется по схеме триплекс-тандем-0 и воспри- нимает осевую нагрузку обоих направлений. Шпиндельные узлы различаются конструкцией задней опоры. Многие фрезерные, фрезерно-расточные, легкие и средние токар- ные станки оснащаются шпиндельными узлами, в задней опоре кото- рых находится роликовый двухрядный радиальный подшипник с ко- роткими цилиндрическими роликами (рис.4.6,а). Такие шпиндельные узлы с диаметром шпинделя в передней опоре от 30 до 120 мм имеют параметр быстроходности c4?w = (4... 6)-105 мм-мин"1. Если в задней опоре установлен роликовый однорядный под- шипник с цилиндрическими роликами, то она вследствие меньших потерь на трение нагревается меньше, чем опора шпинделя по схе- ме 4.6, а. Частота вращения шпинделя может быть повышена, а зад- ний подшипник можно отрегулировать с меньшим зазором или да- же без зазора. Если задняя опора представляет собой комплект двух шарико- вых радиально-упорных подшипников, установленных по схеме дуплекс-О (рис. 4.6, б), то шпиндель имеет повышенную жесткость и параметр быстроходности dnmax = (4...6)Т0 мм-мин"1. Повышен- ная быстроходность шпинделя объясняется тем, что быстроходность опоры по схеме дуплекс-О всего на 10 % ниже по сравнению с оди- ночным подшипником. 92 а г 93 MD Рис. 4.5. Шпиндельный узел с шариковыми радиально-упорными подшипниками чО Q\ б Рис. 4.6. (окончание) Шпиндельные узлы с четырьмя радиалъно-упорными подшипни- ками в передней опоре. В передней опоре установлены две пары подшипников по схеме кс - О (рис. 4.7). Подшипники в паре образуют схему тандем, ^^обеспечения высокой быстроходности шпинделя (dnmia = = (4 6)105 мм мин"1) и повышенной жесткости задняя опора ком- понуется из радиально-упорных шариковых подшипников по схеме дуплекс - О. Область применения - тяжелые шлифовальные станки. Примеры конструкций Шпиндельный узел внутришлифовального станка. Шпиндель 4 приводится во вращение плоским ремнем через шкив 5. Передняя и задняя опоры шпинделя (рис. 4.8 и 4.9 соответ- ственно) одинаковые. Каждая состоит из четырех радиально- упорных высокоскоростных шарикоподшипников. Такая конструк- ция опор обеспечивает необходимую жесткость шпиндельного узла. Жесткий предварительный натяг в подшипниках создается проста- вочными кольцами, ширина которых между наружными и внутрен- ними кольцами подшипников различна, и гильзой 3. Комплект подшипников передней опоры зажат между корпусом шпиндельной бабки и крышкой, при этом осевая сила, действующая на шпиндель, воспринимается корпусом. Благодаря тарельчатым пру- жинам 6 задняя опора сделана плавающей, что дает возможность шпинделю свободно удлиняться при нагревании в процессе работы станка (в противном случае шпиндель должен был бы изгибаться). Смазывание опор шпинделя возможно двумя способами. В пер- вом используется жидкий смазочный материал. К рабочим поверх- ностям подшипников (в зазор между сепаратором и меньшим диа- метром внутреннего кольца) он подводится через штуцер, трубку 2, продольное отверстие Б, радиальные отверстия малого диаметра В, И и другие в проставочных кольцах 1 и других. При этом масло впрыскивается на рабочие поверхности подшипников. Отработав- шее масло сливается через радиальные отверстия Е, продольное Г и отверстие Д, соединенное с резервуаром. Подшипники опор можно неб № а Т Ь И ДРУГИМ способом: пластичный смазочный материал в при сбШ°М °^ Ъ е м е помеЩается на дорожки качения подшипников чягт ° р К е с т а н к а - При этом вход в канал Б и выход из отверстия Г заглушаются пробками. 97 Ч О оо Рис. 4.7. Шпиндельный узел с четырьмя шариковыми радиально-упорными подшипниками в передней опоре Передняя и задняя опоры защищены радиальными зигзагообраз- ными лабиринтными уплотнениями А и Ж. Шпиндельный узел расточной бабки. Расточная оправка базируется по торцу шпинделя и коническому пояску на нем (рис. 4.10). Для повышения жесткости системы «шпиндель - оправка» хвостовик оправки вводят в отверстие 036Я7. Момент на оправку передается торцевой круглой шпонкой. Опоры шпинделя составлены из шариковых радиально-упорных подшипников по схеме тандем - О. Задняя опора является плаваю- щей. Подшипники смазываются пластичным материалом (его под- вод на рисунке не показан). Уплотнения опор лабиринтные. 4.3. Шпиндельные узлы с роликовыми радиально-упорнымн подшипниками в передней опоре Шпиндельные узлы с роликовыми однорядными подшипниками в передней и задней опорах (рис. 4.11, а) имеют параметр быстро- ходности dnmах = 3,4-105мм-мин1. Применяются в легких и средних токарных, фрезерных и шлифовальных станках. Если в передней опоре установлен роликовый однорядный под- шипник, а в задней - роликовый подшипник с широким наружным кольцом (рис. 4.11, б), то параметр быстроходности снижается: a&W = (2,5...3)105 мм-мин1. Диаметр шпинделя в передней опоре находится в интервале от 40 до 160 мм. Область применения: легкие и средние токарные, фрезерные и шлифовальные станки. Применение в передней опоре роликового двухрядного кониче- ского подшипника, а в задней - роликового подшипника с широким наружным кольцом (рис. 4.11,в) сопровождается снижением пара- метра быстроходности до dnmax = (2...2,5)-105 мм мин"1 и существен- ным повышением жесткости шпиндельного узла. Такие узлы с диа- метром шейки шпинделя в передней опоре от 60 до 200 мм приме- няются в средних и тяжелых токарных станках. Пружины обеспечивают постоянство предварительного натяга. Для уменьшения влияния тепловых деформаций на предвари- тельный натяг в роликоподшипниках расстояние между ними должно быть таким, чтобы оси роликов обоих подшипников пере- секались с осью шпинделя в одной точке. 102 Рис. 4.11. Шпиндельные узлы с роликовыми радиально-упорными подшипниками о Рис. 4.11. (продолжение) Рис. 4.11. (окончание) О 4.4. Шпиндельные узлы с роликовым радиальным двухрядным подшипником в передней опоре Роликовый радиальный двухрядный подшипник с короткими ро- ликами воспринимает нагрузку, действующую на опору шпинделя. Радиальный зазор в подшипнике регулируют при осевом переме- щении внутреннего кольца, имеющего коническое отверстие, отно- сительно конической шейки шпинделя; при этом диаметр дорожек качения внутреннего кольца из-за его деформации увеличивается. В шпинделе изготавливают отверстие 2 (рис.4.12), через которое с помощью ручного насоса масло подается в кольцевую канавку 1, находящуюся на конической поверхности шпинделя. Масло разжи- мает внутреннее кольцо подшипника, благодаря чему можно в не- сколько раз уменьшить осевую силу, прилагаемую к нему при мон- таже и демонтаже. Отверстие 3 служит для подвода к подшипнику пластичного материала. Обычно диаметр d посадочной шейки шпинделя в передней опоре - от 60 до 200 мм. Параметр быстро- ходности подшипника dnюах= (2,5...4)105 мм мин"1 (меньшее значе- ние dnmax - при смазывании пластичным материалом). Для восприятия осевой нагрузки в переднюю опору устанавли- вают шариковый двухрядный упорно-радиальный подшипник или два радиально-упорных подшипника, скомпонованных по схеме дуплекс-О. В задней опоре помещают роликовый радиальный двухрядный подшипник с короткими роликами или шариковые радиально- упорные подшипники, скомпонованные по схеме дуплекс-О. С уче- том теплового изменения шпинделя заднюю опору с шариковыми радиально-упорными подшипниками делают плавающей. Шпиндельные узлы с роликовым радиальным двухрядным под- шипником в передней опоре характеризуются повышенной жестко- стью и относительно низкой быстроходностью. Они применяются в средних и тяжелых токарных, фрезерных, фрезерно-расточных, шлифовальных станках. 106 Примеры конструкций Шпиндельная бабка вертикального токарного полуавтомата с ЧПУ (рис. 4.13). Б В 13 14 15 Г Рис. 4.13. Шпиндельный узел вертикального токарного полуавтомата с ЧПУ 108 пинделя этого станка осуществляется от двигателя по- ПРИВОДШ „ y x c i y n e H 4 a T b i f t редуктор, состоящий из зубчато- с Т О Я Н Н О Г ° б о р н о й конструкции, находящегося на шлицевом валу 18, го блока с 5 и 11, закрепленных на шпинделе 13, обеспечи- И S т Л ^ а п а з о н а регулирования частоты вращения шпинделя. В н и ж н е й опоре шпинделя установлен двухрядный роликовый нический подшипник 1 с короткими цилиндрическими роликами, !шек>щий достаточные для этого станка быстроходность, нагрузоч- ную с п о с о б н о с т ь и жесткость. Радиальный натяг в подшипнике ре- г у л и р у е т с я гайками 21 и 7, для стопорения которых служат соот- ветственно винт 19 и подпружиненный фиксатор 6. Для предотвра- щения вытекания жидкого масла через нижнюю опору шпинделя п р и м е н е н ы стакан 2 и щелевое уплотнение Е. Верхняя опора шпинделя состоит из двухрядного роликового подшипника 16 с короткими цилиндрическими роликами, воспри- нимающего радиальную нагрузку, и упорно-радиального шариково- го подшипника 17, воспринимающего осевую нагрузку. Радиальный натяг в подшипнике регулируется гайкой 8, для стопорения которой служит подпружиненный фиксатор 9. Смазывание опор осуществ- ляется жидким маслом с помощью циркуляционной системы. Через трубку 10 и канал А масло подводится к верхнему торцу роликово- го подшипника 16, самотеком проходит оба подшипника опоры и сливается в корпус шпиндельной бабки. Опора защищена от загряз- нений зигзагообразным лабиринтным уплотнением Г, а от проник- новения смазочно-охлаждающей жидкости - резиновым кольцом 15. Масло, попавшее в лабиринтное уплотнение, по каналу Д слива- ется в корпус шпиндельной бабки. бази™>абаШВаеМаЯ Н а 0X311X6 заготовка зажимается в патроне, который газируется по конической поверхности В и торцу шпинделя, закрепля-^ ^ ^ » w u ^ u i u v u i juf XI I V J / i y U U U i n / ^ V J Ш J п е р е л а й " 1 ' в х о д я щ и м и в резьбовые отверстая Б. Момент на патрон |^^етадцилицдрической шпонкой 14. Патрон приводится в действие в а д ^ цилиндром (на рисунке не показан) через шток 20. К ctpyaggj с пРи кРеплены пластины 12, предназначенные для сброса "°М 0 Щ Ь Ю 3Убчатого колеса 3 шпиндель связан с измери- : Л е р е д Х Т 1 3 0 1 ™ 6 " 1 P ^ ^ P ^ a & M 4. пьно П ОПОра и конеЧ шпинделя многоцелевого фрезерно- «ЖЙУ ~"астпочного станка (рис. 4.14). 109 1 2 3 4 5 А 6 Б Рис. 4.14. Передняя опора шпинделя Радиальная нагрузка воспринимается двухрядным роликовым подшипником 6 с короткими цилиндрическими роликами, а осевая - упорно-радиальным сдвоенным шариковым подшипником 5 с уг- лом 60°. Натяг в роликовом подшипнике 6 регулируется гайкой 3 после снятия небольшого слоя металла (шлифованием) с торца кольца 7, состоящего из двух полуколец, стянутых пружинным кольцом 8. Для стопорения гайки 3 служат гайка 1 и винты 2. Гайка 1 1 0 3 действует на комплект подшипников через достаточно длинную втулку 4, торцы которой изготовлены с малым отклонением от пер- пендикулярности к ее оси. Втулка насажена с малым зазором на ци- линдрическую шейку шпинделя. При завинчивании гайки 3 точная втулка 4 оказывает на подшипник 5 приблизительно одинаковое д а в л е н и е во всех точках контакта. Благодаря этому шпиндель пре- дохраняется от изгиба, который мог бы появиться в процессе регу- лирования натяга подшипника при отсутствии втулки 4. Использована система обильного смазывания жидким материа- лом. Из ванны А через отверстия Б масло попадает в подшипники. По каналам Ж, И нагревшееся масло сливается из опоры. Щелевое уплотнение В обеспечивает герметичность опоры. Масляная пленка, перемещающаяся вдоль шпинделя, сбрасывается кромками канавок Д, находящимися в кольцевой камере Е. Попав- шая в уплотнение СОЖ сливается через два отверстия Г. Шпиндельный узел многоцелевого сверлильно-фрезерно- расточного станка (рис. 4.15). Передняя опора по компоновке подшипников аналогична изо- браженной на рис. 4.14. Подшипники смазываются пластичным ма- териалом, вводимым через масленку 1. Для облегчения съема двух- рядного роликового подшипника, имеющего коническое внутрен- нее отверстие, с помощью приспособления, ввинченного вместо пробки, в канале А создается повышенное давление масла. Особенность шпиндельного узла состоит в том, что передняя опора охлаждается жидкостью, подводимой через трубку 2, прохо- дящей по винтовой канавке Б и отводимой через трубку 3. Благода- ря охлаждению повышается быстроходность опоры и точность станка. 111 1 Рис. 4.15. Передняя опора шпинделя 4.5. Мотор-шпиндели Мотор-шпиндель (рис. 4.16) представляет собой узел, в состав которого входит регулируемый электродвигатель (обычно асин- хронный) со статором 9 и ротором 10, установленным непосредст- 112 о на шпинделе 8. Опоры 6 и 12 шпинделя обычно компонуют ВС высокоскоростных прецизионных радиально-упорных шарико- п о д ш и п н и к о в . Они обеспечивают необходимую жесткость и точ- ность вращения шпинделя. Применяют как стальные, так и гибрид- ные п о д ш и п н и к и (с керамическими телами качения). Компоновки опор различны. В передней опоре могут находиться 2, 3 или 4 ша- р и к о п о д ш и п н и к а , в задней обычно 2. Для компенсации теплового у д л и н е н и я шпинделя заднюю опору делают плавающей. Предвари- тельный натяг в шариковых подшипниках обеспечивается пружи- нами или маслом. Подшипники смазывают пластичным материалом (ресурсное смазывание), жидким или масловоздушной смесью. Для подвода и отвода смазочного материала в корпусе 11 предусмотре- ны продольные отверстия со штуцерами 15, служащими для при- соединения соответствующих шлангов. Уплотнения опор - лаби- ринтные, при этом для передней опоры предусмотрена воздушная блокировка. Охлаждение двигателей производится следующими способами: охлажденная жидкость проходит по закрытому винтовому каналу, изготовленному в корпусе двигателя; затем пропускается по кана- лам, предусмотренным в корпусе бабки, в которой монтируется мо- тор-шпиндель. Для управления шпинделем по скорости вращения и по положе- нию установлен датчик 13 с полым ротором. Конструкция переднего конца шпинделя соответствует типу станка, для которого предназначен мотор-шпиндель. В узле, изо- браженном на рис. 4.16 и предназначенном для сверлильно- Фрезерно-расточных многоцелевых станков, передний конец шпин- деля выполнен по типу HSK. В других аналогичных конструкциях возможно применение конусо^типа SK. Для затягивания инструментальной оправки 3 служит пакет тарель- чатых пружин (на рис. 4.16 не показан), действующих на рычаги 1. правка освобождается гидро- или пневмоцилиндром 14. Зажим и ос- ждение оправки контролируются датчиками (на рис. 4.16 не пока- заны). Перед закреплением новой оправки конические поверхности ее гнезда шпинделя, а также их торцы очищаются сжатым воздухом, Ступающим по каналам 2 и 5. 113 5 6 7 8 9 10 11 Рис. 4.16. Схема мотор-шпивделя 4 служат для подачи смазочно-охлаждающей жидкости. °охлаждение осуществляется через тело инструмента, то СОЖ поступает по каналу 2. О т в е р с т и я 7 во фланце предназначены для крепления мотор- ш п и н д е л я в корпусе шпиндельной б а б к и . На заднем фланце находятся штуцеры: для подачи сжатого воз- пуха для обдува инструментальной оправки; для входа и выхода СОЖ; для подачи сжатого воздуха для создания воздушного уплот- нения и другие, а также электровилки: для подвода силового пита- ния и заземления; для питания датчиков механизма зажима инстру- мента; для питания датчика скорости вращения шпинделя. Для мотор-шпинделей характерны большая мощность (до 60 кВт), большие значения предельной (до 90000 об/мин) и номинальной час- тоты вращения, низкий уровень шума и вибраций. На рис. 4.17 представлена конструкция задней части одного из мо- тор-шпинделей для многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков. Здесь 1 и 2 - конечные переключатели для контроля зажима и разжима инструментальной оправки; 3 - упоры управления; 4 - пру- жины для создания натяга в подшипниках задней опоры шпинделя; 5 - подвижная втулка; 6 - шариковая втулка; 7 - датчик скорости вра- щения и угла поворота шпинделя; 8, 12 и 13 - штуцеры; 9 - датчик ис- ходного углового положения шпинделя; 10 — отверстие для подвода СОЖ при охлаждении инструментов через их тело; 11 - гидроцилиндр для разжима инструментальной оправки. На рис. 4.18 представлены компоновки мотор-шпинделей для токарных станков с ЧПУ. Неподвижная передняя опора представля- ет собой пакет радиально-упорных шарикоподшипников, а в задней (плавающей) опоре установлен радиальный двухрядный или одно- рядный роликоподшипник с цилиндрическими роликами. В одно- рядных подшипниках потери на трение и соответственно выделение тепла до 50 % меньше, чем в двухрядных. Поэтому применение одно- рядных роликовых подшипников позволяет повысить частоту враще- НИя шпинделя. Кроме того из-за относительно малого нагрева эти ПоДШипники могут монтироваться с малым зазором или без зазора. Из трех приведенных на рис. 4.18 компоновок наиболее жесткой Я В Л я е т с я последняя. 115 гтуИг~| j Рис. 4.18. Компоновки мотор-шпинделей для токарных станков с'чПУ 117 4.6. Определение основных размеров шпинделя Главными размерами шпинделя, от которых зависят его быстро- ходность, жесткость и ряд других показателей качества, являются межопорное расстояние I (рис. 4.19), диаметр в передней опоре d, вылет шпинделя а и диаметры d0td1: d2. Диаметр шпинделя в передней опоре d на стадии эскизного про- ектирования определяют по критериям нагрузочной способности, быстроходности и жесткости. Нагрузочная способность шпинделя характеризуется допусти- мым моментом М и мощностью на шпинделе Р (кВт). Для оценки минимального диаметра d по критерию нагрузочной способности следует воспользоваться рекомендациями: 1) для токарных, фрезерных, расточных и многоцелевых станков [9] 4 п = (3...7)Р; 2) для токарных станков с ЧПУ и многоцелевых сверлильно- фрезерно-расточных станков - статистическими данными (рис. 4.20, 4.21), полученными в результате анализа параметров существующих станков. Большой разброс значений минимального диаметра шпинделя в передней опоре объясняется большим диапазоном нагрузочной спо- собности применяемых опор и различными диаметрами отверстия в шпинделе. Быстроходность шпиндельного узла определяет произ- водительность станка. Она зависит от типа подшипников, их быстроходности, компо- новки опор и шпиндельного узла, способа смазывания и охлажде- ния опор. Поэтому надо выбрать наиболее подходящую компоновку шпиндельного узла, обосновать условия его функционирования и тип подшипников. Для выбранной компоновки находят характер- ные для нее параметры быстроходности: 118 о 300 мм 200 d 150 100 50 10 5 20 25 30 35 40 кВт 50 Рис. 4.20. Зависимость между мощностью на шпивделе многоцелевых токарных станков и диаметром передней шейки шпинделя d MM 180 160 140 120 100 80 60 40 20 1 1 1 ^ ( • I • • * •1 - * • • • • • • • * • • • • • • • * « • « 10 20 30 40 50 60 70 кВт 90 to P - Рис. 4.21. Зависимость между мощностью на шпинделе многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков и диаметров передней шейки шпинделя Ki = dnmах или K2 - dmnmax, где птах - наибольшая заданная частота вращения шпинделя, об/мин; dm - средний диаметр подшипника в передней опоре, мм (dm = = (D+d)/.2, D - наружный диаметр, d- внутренний диаметр). Зная ÄT, или Кг и «тах, находят максимальный возможный диа- метр шпинделя в передней опоре : Кj К2 dmm = ИЛИ dm щах = • m^ax ш^ах Зная оценки диаметра г/ шпинделя в передней опоре, найденные по критериям нагрузочной способности и быстроходности, проекти- руют его передний конец. Он служит для базирования и закрепления режущего инструмента или приспособления, в котором зажимается заготовка. Так как присоединительные размеры инструментов, инст- рументальных оправок, приспособлений стандартизованы, то и пе- редний конец шпинделей выполняют по государственным стандар- там, которые в соответствии со стандартами на основные размеры станков определяют размеры и форму переднего конца. Диаметр переднего конца d2 или задается государственным стандартом или принимается d2 = (1,0... 1,2)6?. Вылет шпинделя а есть расстояние от середины подшипника пе- редней опоры или комплекта подшипников, определяющих её ради- альную жесткость, до торца переднего конца. Вылет зависит от ши- рины передней опоры, размеров её уплотнения и параметров эле- ментов переднего конца, служащих для крепления инструмента или приспособления. Вылет а определяется по чертежу переднего кон- ца, который следует выполнять после определения диаметра шпин- деля в передней опоре. Межопорное расстояние / принимают равным За. Соотношение / = За оптимально по критерию минимального влияния радиального биения подшипников на радиальное биение переднего конца шпин- деля. Но оно может быть неоптимальным по критерию жесткости. 122 оМу межопорное расстояние корректируют по результатам обсчета на жесткость. Диаметр шпинделя между опорами существенно влияет на его ткость. Поэтому его назначают возможно большим: d, = - ( 0 8 .1,0) с/, для внутришлифовальных головок d\ = 1,4d [9]. Диаметр шпинделя в задней опоре d3 = (0,8.. ,0,9)d. Рекомендуемая литература 1. Бушуев, В.В. Основы конструирования станков. - М.: Стан- кин, 1992. 2. Вареник, Л.И., Новиков, А.Н. Шпиндельные узлы металлоре- жущих станков. - М . : ВНИИТЭМР, 1991. 3. Зверев, И.А., Самохвалов, Е.И., Левина, З.М. Автоматизирован- ные расчеты шпиндельных узлов // Станки и инструмент. -1984. - №2. 4. Кочергин, А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. -Мн. : Вышэйшая школа, 1991. 5. Кочергин, А.И. Конструкции металлорежущих станков: мето- дическое пособие по курсовому проектированию. - Мн.: Дизайн- ПРО, 1997. 6. Лизогуб, В.А., Кушнир, А.П. Современные уплотнительные устройства высокоскоростных шпиндельных узлов металлорежу- щих станков. Обзорная информация - М . : ВНИИТЭМР, 1985. 7. Лизогуб, В.А., Кушнир, А.П. Выбор уплотнений опор качения шпиндельных узлов станков //Станки и инструмент. - 1991. - № 5. 8. Машиностроение: энциклопедия: В 40 т. Раздел IV. Расчет и конструирование машин. T.IV-7. Металлорежущие станки и дере- вообрабатывающее оборудование. - М.: Машиностроение, 1999. 9. Проектирование металлорежущих станков и станочных сис- тем: справочник - учебник. В 3 т. Т.1. Проектирование станков. Т.2. Расчет и конструирование узлов и элементов станков. Т.З. Проекти- рование станочных систем / Под общей ред. A.C. Проникова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; Машиностроение. - Т.1. - 1994. - 1.2. - 1995 Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; Изд-во «Станкин». -т-3.~2000. Роботизированные технологические комплексы и ГПС в ма- остроении. Альбом схем и конструкций / Под ред. Ю.М. Соло- нцева. - м . : Машиностроение, 1988. 123 11. Смирнов, А.И. Оптимизация смазки быстроходных шпин- дельных узлов металлоржущих станков. - М.: НИИмаш, 1979. 12. Станочное оборудование автоматизированного производства. В 2 т. / Под ред. В.В. Бушуева. - М-: Изд.-во «Станкин». - Т.1. - 1993.-Т.2.-1994. 13. Трение, износ и смазка //Трибология и триботехника, / A.B. Чичинадзе [и др.]; под общ. ред. A.B. Чичинадзе. - М.: Маши- ностроение, 2003. 14. Шаталова, М.М. Выбор основных размеров шпиндельных уз- лов с помощью ЭВМ при эскизном проектировании // Станки и ин- струмент. - 1984. ~ №2. Учебное издание КОЧЕРГИН Анатолий Иванович ВАСИЛЕНКО Тамара Васильевна ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ С ОПОРАМИ КАЧЕНИЯ Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию металлорежущих станков для студентов машиностроительных специальностей Редактор Т.Н. Микулик Компьютерная верстка А.Г. Гармазы Подписано в печать 08.01.2007. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 7,2. Уч.-изд. л. 5,6.Тираж 150. Заказ 165. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0131627 от 01.04.2004. 220013, Mm ~т т~——«ости, 65. Научная библиотека