Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Lubelska
ORMAT
Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji
Wydział Mechaniczny
Politechnika Lubelska
Technologia montażu
Laboratorium
Ćwiczenie nr 5
Montaż łożysk tocznych
Lublin 2010
1. Wprowadzenie
1.1. Promieniowe osadzanie łożysk
Połączeniem łożyskowym nazywamy osadzanie czopów lub osi wałów w gniazdach łożysk, to jest w takich elementach, które je podtrzymują i służą do ograniczenia przemieszczeń promieniowych lub osiowych [1].
Aby nośność łożyska była w pełni wykorzystana, pierścienie łożyska lub podkładki bieżne łożysk wzdłużnych muszą być podparte na ich całym obwodzie i wzdłuż całej szerokości bieżni. Podparcie to musi być niezawodne i może być zapewnione za pomocą walcowych i stożkowych powierzchni osadzenia lub w przypadku podkładek – za pomocą płaskich powierzchni podparcia. Oznacza to, że powierzchnie te muszą być wykonane z odpowiednią dokładnością i nie mogą być poprzerywane przez rowki, otwory i inne nierówności. Ponadto pierścienie muszą być niezawodnie zabezpieczone przed obrotem pod obciążeniem. Nieodpowiednio i niewłaściwie osadzone pierścienie zwykle powodują uszkodzenie łożysk i współpracujących elementów.
Zadowalające promieniowe osadzenie łożysk i odpowiednie podparcie można zazwyczaj uzyskać tylko przez odpowiednio ciasne pasowanie pierścieni. Jednak gdy wymaga się łatwej zabudowy i demontażu, a przy łożysku swobodnym przesuwalności osiowej, nie przewiduje się żadnego ciasnego pasowania.
1.2. Dobór pasowania
Przy doborze pasowania należy uwzględnić następujące ogólne wytyczne:
§ Przypadek obciążenia
Przypadek obciążenia charakteryzują ruchy pierścieni łożysk w stosunku do kierunku obciążenia działającego na łożysko. Jeżeli pierścień łożyska obraca się, a obciążenie jest nieruchome, lub gdy pierścień jest nieruchomy a obciążenie wiruje. Takie obciążenie nazywamy „obciążeniem wirującym”, spotykamy się z nim również wówczas gdy obciążenie o dużej wartości nie wiruje, lecz wykonuje ruch wahadłowy. Jeżeli pierścień łożyska jest nieruchomy i obciążenie jest nieruchome, lub gdy pierścień i obciążenie wirują z taką samą prędkością, przez co obciążenie jest zawsze skierowane na ten sam punkt bieżni, obciążenie takie jest określane jako „obciążenie miejscowe. Zmienne obciążenie zewnętrzne, obciążenie udarowe, drgania lub siły od niewyważenia obracających się elementów, powodujące zmiany kierunku obciążenia, które nie mogą być dokładnie oszacowane, są klasyfikowane pod nazwą „kierunek obciążenie nieokreślony”.
Pod działaniem obciążenia wirującego pierścień łożyska będzie obracał się (pełzał) na wale lub w oprawie, jeżeli będzie luźno pasowany. Wystąpią wtedy uszkodzenia zwane korozją cierną. Aby temu przeciwdziałać należy stosować ciasne pasowanie. Przy obciążeniu miejscowym w zasadzie nie występuje pełzanie pierścienia i ciasne pasowanie nie jest konieczne. Przy nieokreślonym kierunku działania obciążenia, a szczególnie wtedy, gdy występuje duże obciążenie, konieczne jest ciasne pasowanie obu pierścieni.
§ Wielkość i charakter obciążenia
Pewność osadzenia pierścienia wewnętrznego słabnie wraz ze wzrostem działającego na łożysko obciążenia, ponieważ pod wpływem obciążenia pierścień rozszerza się. W przypadku występowania obciążenia wirującego może nawet nastąpić obracanie się pierścienia na wale. Aby tego uniknąć należy rodzaj pasowania dobierać w zależności od obciążenia, przy czym im większe obciążenie tym ciaśniejsze powinno być pasowanie. Tak samo należy postępować przy obciążeniach typu udarowego.
§ Luz wewnętrzny
Pod pojęciem luzu wewnętrznego łożyska należy rozumieć odległość na jaką można przesunąć jeden z pierścieni w stosunku do drugiego pierścienia, bez wywierania nacisku w kierunku promieniowym rys. 1 (luz promieniowy) lub w kierunku osiowym (luz osiowy), z jednego skrajnego położenia w drugie. Luz niezabudowanego łożyska jest większy niż luz roboczy, ponieważ na skutek wcisków wynikających z przyjętego pasowania i różnego wydłużenia cieplnego łożyska i elementów współpracujących pierścienie łożyska w temperaturze roboczej ulegają rozszerzeniu lub zacieśnieniu.
Rys.1. Luz w łożysku kulkowym
Dla prawidłowej pracy łożyska zasadnicze znaczenie ma luz promieniowy. Jako ogólną zasadę można przyjąć, że w łożyskach kulkowych roboczy luz promieniowy powinien być bliski zeru, lub łożysko powinno wykazywać nieznaczne napięcie wstępne. Natomiast w łożyskach walcowych lub baryłkowych zawsze powinien być zachowany w czasie pracy niewielki luz roboczy. Ta sama zasada odnosi się do łożysk stożkowych. Nie dotyczy to układów łożyskowania o wymaganej większej sztywności gdzie celowo wprowadza się napięcie wstępne.
Przy ciasnym pasowaniu łożysko na wale i w oprawie, następuje deformacja pierścieni (pierścień wewnętrzny powiększa swoje wymiary a pierścień zewnętrzny je zmniejsza) w wyniku której luz wewnętrzny łożyska ulega zmniejszeniu. Wielkość luzu i stopień jego zmniejszenia zależą od rodzaju i wielkości łożyska. Ponieważ pewien niewielki luz w łożysku powinien być zachowany, dlatego też w tych przypadkach, kiedy jego zmniejszenie w wyniku przyjętego pasowania jest zbyt duże, konieczne jest stosowanie łożysk z luzem większym od normalnego.
W praktyce można przyjmować, że zmiany średnicy bieżni pierścieni wynoszą dla wewnętrznego pierścienia ok. 0,7 rzeczywistego wcisku przy wtłaczaniu łożyska na wał, a dla pierścienia zewnętrznego ok. 0,8 rzeczywistego wcisku przy osadzaniu w otworze kadłuba. Ogólnie przyjmuje się, że wcisk rzeczywisty jest równy 80% wcisku teoretycznego [2].
§ Warunki temperaturowe
Pierścienie łożysk podczas pracy osiągają zwykle wyższą temperaturę niż części maszyn, w których są zabudowywane. Może to spowodować rozluźnienie pasowania na wale i zaciśnięcie osadzenia pierścienia pierścieni zewnętrznych, co w przypadku łożysk swobodnych może uniemożliwić przesuwanie osiowe w otworze oprawy.
§ Przypadek względnego ruchu pierścieni
W przypadku ruchomego wałka, w celu zabezpieczenia pierścienia wewnętrznego przed toczeniem się po powierzchni czopa, osadza się pierścień wewnętrzny na czopie ciasno, tym ciaśniej, im większe obciążenie przenosi łożysko. Pierścień zewnętrzny pasuje się w osłonie suwliwie. W przypadku ruchomej osłony pasowanie pierścienia zewnętrznego w osłonie musi być ciasne, zaś pasowanie pierścienia wewnętrznego na czopie może być suwliwe. W przypadku niepewnym, czyli gdy zachodzi możliwość wystąpienia obu przypadków ruch względnego, w celu zabezpieczenia pierścieni przed toczeniem, obydwa pierścienie muszą być osadzone ciasno. Wówczas uzyskanie prawidłowego luzu roboczego wymaga wyboru łożyska o powiększonych luzach.
§ Dokładność pracy
§ Rodzaj i wielkość łożyska
1.2. Montaż zespołu wał - łożysko, łożysko – obudowa
Znajomość techniki zabudowy, czystość przy zakładaniu łożysk to podstawowe warunki, których spełnienie może zapewnić prawidłową i bezawaryjną pracę łożyska.
Łożyska toczne jako produkt precyzyjny powinny być odpowiednio traktowane przy ich zabudowie. Jest rzeczą istotną, aby został zastosowany prawidłowy sposób zabudowy łożysk i aby posługiwać się odpowiednimi narzędziami.
Zabudowa powinna być przeprowadzana w miarę możliwości w czystych i suchych pomieszczeniach, usytuowanych z dala od obrabiarek do obróbki mechanicznej i urządzeń powodujących zapylenie. Przed rozpoczęciem zabudowy wszystkie niezbędne części, narzędzia i urządzenia pomocnicze powinny być przygotowane na stanowisku pracy w kolejności, w jakiej będą wykorzystywane przy dokonywaniu zabudowy zgodnie z dokumentacją. Wszystkie elementy łożyskowania (oprawa, wał itp.) powinny być starannie oczyszczone. Łożyska powinny pozostać w opakowaniu oryginalnym aż do momentu zabudowy, aby nie uległy wcześniejszemu zanieczyszczeniu. Fabrycznie nowe łożyska są pokryte środkiem konserwującym, który zwykle nie musi być usuwany z łożyska z wyjątkiem powierzchni otworu i powierzchni zewnętrznej. Jeśli jednak łożysko jest przeznaczone do pracy w bardzo niskich lub bardzo wysokich temperaturach i ma być smarowane smarem plastycznym lub gdy przewidziany smar nie jest zgodny ze środkiem konserwującym, łożysko musi być przed zabudową dokładnie wymyte i wysuszone, aby pozostałości środka konserwującego nie pogorszyły właściwości zastosowanego smaru plastycznego.
Sposób zabudowy łożyska (mechaniczny, hydrauliczny lub termiczny) zależy od rodzaju i wielkości łożyska. W każdym przypadku muszą być wyeliminowane uderzenia bezpośrednio na pierścień łożyska, koszyki lub elementy toczne, aby nie uszkodzić lub nie zniszczyć łożysk. Siły przy zabudowie nie powinny być nigdy przenoszone przez elementy toczne.
W przypadku łożysk nierozłącznych na ogół montuje się najpierw ten pierścień, który ma ciaśniejsze pasowanie. Powierzchnie osadzenia łożysk na czopie wału lub w gnieździe oprawy powinny być lekko naoliwione przed zabudową. Jeśli pasowanie łożyska nie jest zbyt ciasne, małe łożyska mogą być zakładane na czop wału lub wkładane w otwór oprawy za pomocą lekkich uderzeń młotka poprzez przyłożoną do pierścienia tulejkę (rys. 2). Aby łożysko się nie zakleszczyło, uderzenia powinny następować równomiernie na całym obwodzie.
Rys. 2. Osadzanie łożysk na wale przy użyciu tulei
Rys. 3. Osadzanie łożysk przy użyciu trzpienia z centrującą końcówką
Rys. 4. Jednoczesne osadzanie łożysk w obudowie i na wale przy wykorzystaniu tulei z kołnierzem (pierścieniem)
Do osadzania łożysk na czopie wału można także wykorzystać gwintowane końce wału, używając go jako podstawy oporowej dla przyrządu (rys. 5). Na zewnętrznym gwincie podwójnej nakrętki 1 umieszcza się nakrętkę 2 z pokrętłem, którego obrót powoduje wtłaczanie łożyska za pośrednictwem pierścienia 3 na czop wału [3].
Rys. 5. Wykorzystanie gwintów na wale w celu wywołania siły potrzebnej do wtłoczenia łożyska tocznego
Inny przykład stanowi wykorzystanie gwintów wewnętrznych w obudowie przy użyciu którego mocuje się tarczę przyrządu 2. Obrót śruby 1 przenosi za pośrednictwem podkładki 3 nacisk na łożysko 4 (rys. 6.)
Osadzanie łożyska w kadłubie wykonuje się podobnie jak osadzanie łożyska na wale, z tą różnicą, że podgrzewa się kadłub lub oziębia wtłaczane łożysko. Montaż przeprowadza się przy użyciu specjalnych oprawek i przyrządów do wtłaczania, zapewniających dogodne wtłoczenie i zamocowanie montowanego zespołu (rys. 7). Dzięki temu w dużym stopniu maleje prawdopodobieństwo powstania braków, spowodowanych ukośnym ustawieniem łożyska podczas wtłaczania.
Łożyska większych wymiarów (o średnicy powyżej 60 mm)przy ciasnym pasowaniu nie powinny być wciskane na zimno na czop wału lub w gniazdo oprawy, ponieważ wymagało by to bardzo dużych sił. W takich przypadkach zaleca się podgrzewanie pierścieni łożysk lub opraw przed zabudową.
Wymagana różnica temperatur między pierścieniem łożyska i miejscem jego osadzenia zależy od rodzaju pasowania i średnicy osadzenia. Łożyska nie powinny być podgrzewane do temperatury wyższej od 125°C, ponieważ po przekroczeniu tej granicy może ulec zmianie struktura materiału i należy się liczyć z trwałą zmianą wymiarów. Łożyska z blaszkami ochronnymi i pierścieniami gumowymi nie powinny być podgrzewane, aby nie spowodować podgrzania smaru przed zabudową. Przy podgrzewaniu łożysk należy bezwarunkowo unikać miejscowego przegrzania. Równomierne bezpieczne podgrzewanie jest możliwe za pomocą elektrycznych urządzeń grzewczych, komór grzewczych lub kąpieli olejowych.
Rys. 6. Wykorzystanie gwintów w obudowie do wtłaczania łożysk
Rys. 7. Wtłaczanie łożysk tocznych w otwory w kadłubach przy użyciu podstawek zapewniających prawidłowe bazowanie części
1.3. Montaż łożysk stożkowych
Łożyska stożkowe mają stożkowe bieżnie w pierścieniu wewnętrznym i zewnętrznym, między którymi umiejscowione są wałeczki stożkowe. Wierzchołki wszystkich powierzchni stożkowych zbiegają się w jednym punkcie na osi stożka. Wskutek tego uzyskuje się warunki toczenia w łożysku. Ze względu na swą konstrukcję łożyska stożkowe nadają się do przejmowania obciążeń złożonych (promieniowych i osiowych). Zasadnicza zdolność łożyska do przenoszenia obciążeń osiowych jest w dużym stopniu zależna od kąta działania b, który odpowiada kątowi bieżni pierścienia zewnętrznego. Im ten kąt jest większy, tym większa jest obciążalność osiowa łożyska.
W zależności od przypadku zastosowania łożyskowanie musi mieć dodatni lub ujemny luz roboczy. W większości przypadków zastosowań luz roboczy powinien być dodatni, to znaczy w stanie roboczym powinien pozostać niewielki luz roboczy. W niektórych jednak przypadkach np. w łożyskowaniach wrzecion roboczych obrabiarek, zębnika przekładni głównej samochodów, małych silników elektrycznych lub łożyskowań o ruchach oscylacyjnych wymagany jest ujemny luz roboczy, to znaczy powinno wystąpić napięcie wstępne, aby zwiększyć sztywność łożyskowania lub dokładność ruchu. Napięcie wstępne np. za pomocą sprężyny jest również przewidywane, gdy łożysko w określonych stanach roboczych pracuje bez obciążenia lub tylko pod nieznacznym obciążeniem, ale przy dużej prędkości obrotowej. W tym przypadku napięcie wstępne jest konieczne do zapewnienia minimalnego obciążenia łożyska, aby w ten sposób zapobiec uszkodzeniom łożyska w wyniku ruchów ślizgowych.
Regulację i dobór luzu w łożyskach stożkowych przeprowadza się w odmienny sposób niż w przypadku łożysk walcowych, co wpływa na przebieg montażu. Promieniowy luz w łożysku stożkowym reguluje się przez poosiowe przesunięcie pierścienia zewnętrznego o wielkość c (rys. 8). Zależności między tym przesunięciem, luzem promieniowym e i luzem wzdłuż linii nacisku l są następujące [3]:
[1]
Przebieg montażu zespołu z łożyskiem stożkowym obejmuje oddzielnie osadzenie pierścienia wewnętrznego z wałeczkami i koszyczkiem na wale, oraz oddzielnie pierścienia zewnętrznego w kadłubie. Po ustaleniu dla danego typu łożyska wartości c, potrzebnej do stworzenia w łożysku niezbędnego luzu promieniowego, montuje się zespoły. Na rysunku 9 przedstawiono wybrane sposoby ustalania luzu promieniowego przez zmianę grubości zestawu podkładek regulacyjnych, przez pokręcenie śrubą regulacyjną lub nakrętką regulacyjną.
Przy regulacji luzu podkładkami regulacyjnymi pokrywę łożyska zakłada się najpierw bez podkładek i nakrętki lub śruby mocujące dokręca się tak długo, aż wał będzie trudno obrócić. Podczas dokręcania wał należy obrócić kilka razy, żeby wałeczki w łożyskach ustawiły się prawidłowo. Przy tak zmontowanej pokrywie mierzy się w kilku miejscach na obwodzie wielkość szczeliny między pokrywą a kadłubem s i przez dodanie do niej wielkości wymaganego przesunięcia osiowego c otrzymujemy wielkość T, czyli grubość podkładki (podkładek), które należy założyć pod pokrywę [2]
[2]
Rys. 8. Schemat regulowania luzu promieniowego w łożysku stożkowym
Rys. 9. Sposoby regulacji luzu w łożyskach stożkowych
Przy regulacji luzu za pomocą śruby lub nakrętki dokręca się je do chwili, gdy wał zacznie stawiać opór podczas obrotu, a następnie odpuszcza o kąt j określony ze wzoru:
[3]
gdzie: h – skok gwintu.
W przypadku kiedy zespół łożyskowy powinien ...
snicker15