Technologia połączeń łożyskowych
Połączeniem łożyskowym (lub krótko — łożyskowaniem) nazywamy osadzenie czopów osi lub wałów w gniazdach łożysk, to jest w takich elementach, które je podtrzymują i służą do ograniczenia przemieszczeń promieniowych lub osiowych. Zgodnie z klasyfikacją przedstawioną na rys. 16.11, połączenia łożyskowe są jednym z rodzajów połączeń konstrukcyjnych czynnych. Można je podzielić na dwie podstawowe grupy: ślizgowe, w których czop wału lub osi ślizga się na powierzchni gniazda łożyska, toczne, w których powierzchnie robocze czopów i gniazd są rozdzielone elementami tocznymi (kulek lub wałeczków). Ogólnie biorąc montaż obu grup przebiega w dwóch etapach. Pierwszy obejmuje osadzenie łożyska — przy połączeniach ślizgowych w kadłubie, tocznych w kadłubie lub na wale, drugi zaś osadzenie wału w łożyskach lub wału z łożyskiem w kadłubie. Przebieg montażu połączeń łożyskowych ślizgowych zależy przede wszystkim od konstrukcji łożyska (tj. kadłuba i panwi, a ta czy jest niedzielona czy dzielona) oraz kierunku obciążenia łożyska w stosunku do osi: łożyska promieniowe (poprzeczne), wzdłużne (oporowe) i poprzeczno-wzdłużne (skośne). Najprostszy przypadek stanowi montaż łożyska w postaci jednolitej tulei. Proces montażu takiego łożyska obejmuje w zasadzie trzy główne czynności: wtłoczenie tulei, zabezpieczenie jej przed obrotem i dopasowywanie otworu do czopa. Zakres czynności związanych z wtłoczeniem tulei oraz sposoby ich realizacji zależą od wymiarów i wielkości wcisku w połączeniu. Wtłaczanie można wykonać w temperaturze otoczenia (niewielkie wciski <0,05 mm i stosunkowo grube tuleje) oraz z podgrzewaniem kadłuba lub z oziębieniem tulei. Rys. 16.22. Schematy wtłaczania tulei za pomocą młotka (rys. a) i na prasie (rys. b) Schematy wtłaczania tulei za pomocą młotka i nacisku prasy przedstawiono na rys. 16.22. Dla właściwego ustawienia tulei (tj. uzyskania współosiowości otworów tulei i korpusu) jest ona przeprowadzona w pierścieniu (rys. 16.22a), bądź za pomocą trzpienia (rys. 16.22b). Trzpień zabezpiecza również tuleję (zwłaszcza cienkościenną) przed odkształceniem. Po wtłoczeniu tulei zabezpiecza się ją od obrotu. Przykłady tego zabezpieczenia przedstawiono na rys. 16.23. Po wtłoczeniu tulei niezbędna jest operacja kontrolna, która polega na sprawdzeniu kształtu otworu (tj. określenia odchyłek owalności i stożkuwatości — czynność tę wykonuje się za pomocą średnicówek czujnikowych mierząc w dwóch a) c b) c) Rys. 16.23.Sposoby zabezpieczania tulejek od obrotu prostopadłych kieriinkach lub za pomocą sprawdzianów), położenia osi otworu do płaszczyzny czołowej kadłuba (czynność tę wykonuje się za pomocą sprawdzianu tłoczkowego z kołnierzem i szczelinomierzem) oraz współosiowości wtłoczonej tulei z osią otworu (lub otworów) drugiej tulei, w których będzie osadzony wał (czynność tę wykonuje się za pomocą sprawdzianów lub — dla dużych łożysk — za pomocą struny). Poprawę kształtu tulei wykonuje się za pomocą obróbki skrawaniem (wytaczanie lub przeciąganie — czynność wykonywana na wydziale mechanicznym) lub za pomocą rozwiercania w czasie montażu. Ostatnio coraz częściej stosuje się kalibrowanie otworów za pomocą kulek lub stempli przepychanych na prasach. Proces technologiczny łożysk ślizgowych dzielonych zależy od ich konstrukcji, a przede wszystkim od tego czy jest to łożysko cienkościenne lub grubościenne (patrz rys. 16.24). Łożyska dzielone wyłożone są panwiami stanowiącymi łącznie tuleję dzieloną płaszczyzną przechodzącą przez jej oś. Panwie grubościenne (rys. 16.24a, b, c) są wykonywane ze stali o grubości 3 4- 5 mm i wylane stopem łożyskowym o grubości 0,74-3 mm. Panwie cienkościenne (rys. 16.24d i e) są również wykonywane ze stali nisko węglowej i wylewane warstwą stopu przeciwciernego o grubości 1,54 3 mm. Ostatnio wykonuje się panwie cienkościenne z taśmy bimetalowej z podłożem stalowym pokrytym brązem ołowiowym o własnościach przeciwciernych. o) $ O d) e) Rys- 16.25. Przykłady ustaleń obudowy łożysk Rys. 16.24.Przykłady łożysk ślizgowych dzielonych Panwie grubościenne wstawia się do korpusu z niewielkim wciskiem (0,02 4-4 0,06 mm) i zabezpiecza przed obrotem za pomocą kołków, po czym następuje ustalenie i montaż pokryw kadłuba. Przykłady takiego ustalenia przedstawiono na rys. 16.25. Ostatnią czynnością jest dopasowanie czopa do łożyska. 692 a) b) c) Przy montażu łożysk z panwiami cienkościennymi należy dążyć do tego, aby panew dokładnie przylegała do gniazda korpusu, gdyż przy złym przyleganiu następuje powolne doprowadzenie ciepła, co może doprowadzić do wytopienia łożyska. Osiąga się to, poza sprawdzeniem czystości na powierzchniach przylegania, przez dobór odpowiedniego kształtu i wymiarów półpanwi, jak to przedstawiono na rys. 16.26, to jest przez powiększenie jej średnicy zewnętrznej. Po dociśnięciu panewki do powierzchni gniazda, krawędzie jej wystają ponad płaszczyznę styku kadłuba o wielkości Ah, którą obliczamy z zależności: Ah — oĘ-. E1 gdzie: a — naprężenie wywołane w panwi, L — połowa obwodu otworu gniazda, E — moduł sprężystości. W praktyce Ah dla D =50+100 mm waha się w granicach 0,05+ 0,10 mm. Rys. 16.26. Sprawdzanie przylegania półpanwi do gniazda korpusu przez pomiar wielkości h Przebieg procesu technologicznego połączeń łożyskowych tocznych zależy przede wszystkim od rodzaju konstrukcji łożyska oraz od sposobu osadzenia na wale i w korpusie. Poza tym należy uwzględnić fakt, że oprócz samego połączenia zespołu wał — łożysko — obudowa (kadłub), wał jest osadzony w dwóch lub większej liczbie łożysk. Jest to niezbędne z dwóch powodów: konieczność kompensacji odchyłek położenia występujących przy montażu oddzielnych łożysk, uciążliwość powstawania odkształceń zespołu. Ogólnie biorąc montaż zespołu wał - łożysko — obudowa obejmuje następujące czynności: wstępne: mycie i suszenie łożyska, gniazda, sprawdzenie dokładności wykonania czopa i gniazda, smarowanie łożyska i elementów zespołu, właściwe: tj. osadzanie łożyska na czopie i w gnieździe z ewentualnym podgrzaniem łożyska lub osłony, oziębieniem łożyska oraz kontrola połączenia. . Niektóre z czynności „właściwych" zostaną omówione na przykładzie osadzeń przedstawionych na rys. 16.27. Łożysko toczne (rys. 16.27a) osadzone jest na stożkowej tulei mocującej 2 i utrzymuje się na skutek tarcia tulei o wałek. Tarcie jest wywołane nakrętką 2. Przy ustalaniu łożyska na wałku nakrętka powinna być odkręcona, co umożliwia przesuwanie łożyska wzdłuż wałka. Przy nakręcaniu nakrętki następuje przesuwanie łożyska po zewnętrznej powierzchni tulei, wskutek czego tuleja mocno zaciska się na wałku. W celu zabezpieczenia przed samo odkręceniem się nakrętki ustawiona jest między nią a powierzchnią czołową łożyska specjalna podkładka 4. Przedstawiony na rysunkach b) i c) sposób osadzania łożysk na czopie wałka wykonuje się za pomocą wtłaczania. Czop (lub otwór w korpusie) w miejscu osadzania łożyska tocznego musi być bardzo dokładnie wykonany (odchylenie kształtu nie może przekroczyć 1/2 tolerancji przypadającej na wałek w danej klasie wykonania). Montaż zespołu wałek-łożysko przebiega w następujący sposób: łożysko dokładnie wymyte w roztworze oleju w benzynie nagrzewa się w wannie z olejem w ciągu 15-i-20 minut, a następnie zostaje wtłoczone na wałek. Jeżeli łożysko ma być osadzone z wciskiem W, to pod wpływem nagrzania pierścień wewnętrzny powinien się tak rozszerzyć, aby była spełniona nierówność : W^adt, gdzie: d — średnica wewnętrzna pierścienia, a — współczynnik rozszerzalności stali (a = 11 '10"6), t — temperatura podgrzania. Z tej nierówności możemy określić temperaturę oleju: (Na przykład d = 60 mm, W = 0,04 mm t = 60°). Nagrzane łożysko wstawia się na wałek i lekkimi uderzeniami młotka (patrz rys. 16.28) doprowadza się do miejsca osadzenia. W produkcji seryjnej stosowane są specjalne przyrządy, które proces osadzania znacznie przyspieszają (patrz rys. 16.29). 16.3.5. Technologia połączeń przekładni zębatych Połączenia zębate, zwane też przekładniami zębatymi, są jednym z rodzajów połączeń konstrukcyjnych czynnych, których elementy są powiązane za pomocą Rys. 16.27 Przykłady osadzania łożysk tocznych Rys. 16.29.Przyrząd do osadzania łożysk tocznych wstępnie ukształtowanych przyłączy i łączników, a które stanowią część pośredniczącą zespołu napędowego mającą postać mechanizmu o członach sztywnych. Mechanizmem, o którym mowa w powyższej definicji jest przekładnia mechaniczna, której zadaniem, oprócz przenoszenia energii jest zazwyczaj zmiana prędkości, a czasem zmiana kierunku i charakteru ruchu, co naturalnie powiązane jest ze zmianą sił i momentów. W zależności od wzajemnego położenia osi kół rozróżnia się połączenia zębate: równoległe, kątowe i wichrowate, a ze względu na charakter zazębienia: na czołowe i śrubowe. Przekładnie czołowe mogą być utworzone z kół zębatych walcowych (osie kół są równoległe) lub stożkowych (osie kół przecinają się). Przedmiotem dalszych rozważań będą zagadnienia związane z montażem walcowych przekładni zębatych. Montaż tych przekładni (podobnie jak i innych Rys. 16.28. Prawidłowy sposób osadzania łożysk tocznych na wałek Rys. 16.30.Przyrząd do osadzania koła zębatego na wałku przekładni zębatych) obejmuje trzy etapy: osadzanie kół zębatych na wałki, osadzanie wałków z kołami zębatymi w kadłubie, sprawdzanie zazębienia. Osadzanie kół zębatych na Avałkach może być z niewielkim luzem lub wciskiem (H7/J6 lub H7/k6) — w przekładniach mało i średnioobciążonych, oraz z wciskiem (H7/m6 lub H7/n6) przy obciążeniach średnich i dużych. Przed nasadzeniem koła na wałek należy zbadać kształt otworu koła oraz tej części wałka, na której ma być osadzone koło. Samo osadzenie wykonuje się ręcznie za pomocą tulei i młotka lub na prasie, również za pomocą tulei. Ręcznie osadza się tylko koła małych wymiarów i nie obrabiane cieplnie. Natomiast koła większe i hartowane osadza się tylko na prasie lub przy użyciu specjalnych przyrządów, co daje gwarancję zachowania ścisłej współosiowości koła i wałka. Przykład takiego przyrządu przedstawiono na rys. 16.30. Koło zębate nastawia się na płycie oporowej 1, która przesuwa się po dwóch sworzniach prowadzących 2. Obracając pokrętłem 3 powodujemy przesuw płyty z kołem zębatym, które w ten sposób jest bardzo dokładnie osiowane na wałku. Najczęściej popełniane błędy przy osadzaniu kół przedstawiono na rys. 16.31. Są to wahania koła na szyjce wałka (rys. 16.31a), bicie promieniowe (rys. 16.31b), bicie powierzchni czołowych (rys. 16.31c) oraz niedostateczne przyleganie kołnierza czopa (rys. 16.31d). Błędy te, powstające w wyniku niewłaściwego wykonania elementów łączonych lub montażu, wpływają na pracę przekładni zębatej. Z tych względów po osadzeniu koła na wałek zespół taki powinien być sprawdzany. Przykład takiej kontroli przedstawiono na rys. 16.32. Wałek 1 Rys. 16.32. Sprawdzanie prawidłowości osadzenia koła zębatego na wałka z osadzonym kołem 4 ustawiony jest na pryzmach 3, które z kolei są ustawione na płycie 2. Przesuwając czujnik wzdłuż wałka sprawdzamy czy jego oś jest w położeniu równoległym do płaszczyzny płyty 2. Po wstawieniu do kolejnych wrębów międzyzębnych trzpienia kontrolnego 5 określamy bicie promieniowe jako różnicę między odczytami wskazań czujnika 6. Dopuszczalne bicie nie powinno być większe niż 0,025 -40,075 mm. Po podparciu wałka kłem 7 za pomocą czujnika 8 można określić bicie czołowe, które nie powinno przekraczać 0,1-40,15 mm. Opisany sposób sprawdzania osadzania kół jest prosty, jednak samo sprawdzanie zajmuje dość dużo czasu, a tym samym sposób jest mało wydajny. Z tych względów w produkcji wielkoseryjnej i masowej stosowane są specjalne maszyny. Przy osadzaniu zespołu wałek-koło do korpusu przekładni należy zwrócić uwagę, aby: osie wałków leżały w jednej płaszczyźnie, osie wałków były do siebie równoległe, odstęp między osiami równał się połowie sumy średnic podziałowych obu kół zazębiających się. Wielkość dopuszczalnych odchyłek od prawidłowego rozstawienia osi zależy od klasy dokładności przekładni. Należy jednak pamiętać, że zwiększenie odchyłek rozstawienia powoduje zwiększenie luzów zazębienia, co wpływa na zwiększenie sił i przyspiesza niszczenie zębów (zwłaszcza w przekładniach szyb- 697 a) b) c) d) Rys. 16.33. Sprawdzanie luzu międzyzębnego: B — promień koła podziałkowego, l — długość ramienia zabieraka kobieżnych). Odwrotnie, zbytnie zmniejszenie odchyłek rozstawienia powoduje zmniejszenie luzów, a co za tym idzie zakleszczenie zębów. Wielkość luzu między -zębnego można określić za pomocą prostego urządzenia pokazanego na rys. 16.33. Na wałku, na którym jest osadzone jedno z kół zębatych, zakładamy zabie-rak 1 i opieramy go o końcówkę mierniczą czujnika ustawionego na płycie. Jeśli drugie z kół zostanie unieruchomione, to obracając w jedną lub w drugą stronę, otrzymujemy uchylenie wskazówki czujnika 2, które określa wielkość luzu. Prawidłowość współpracy kół sprawdza się ręcznie lub na specjalnych maszynach. Zazębiające się koła powinny pracować równomiernie bez hałasu i bez wstrząsów, które powstają w wyniku błędów montażu. Zazębianie kół bada się również za pomocą tuszu, kontrolując w ten sposób wielkość powierzchni współpracy, która powinna wynosić nie mniej niż 60 % Avysokości i 50 4 75 % długości powierzchni bocznej zęba.