Вал на радиальных подшипниках

Общепринятая схема установки вала на двух радиальных шарикоподшипниках выглядит примерно так:

 

 image002

Здесь внутренние кольца обоих подшипников заневолены на валу, а наружное кольцо заневолено в осевом направлении только у левого подшипника. Схема применяется при небольших осевых нагрузках на вал или при отсутствии таковых.

Представляется, что это не самое рациональное решение. На это меня натолкнула однажды встреченная конструкция опор вала электродвигателя.

В классической методике расчета подшипников утверждается следующее:

«Небольшие осевые нагрузки не оказывают отрицательного влияния на долговечность радиальных шариковых и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников, для последних они даже необходимы для осевой фиксации колец и предварительного натяга, обеспечивающего жесткость опоры. Поэтому у таких подшипников осевые силы не оказывают влияния на эквивалентную нагрузку пока отношение осевой нагрузки к радиальной не превысит табличного значения е».

Только однажды, теперь уже не помню где, довелось прочитать, что при наличии небольшой осевой нагрузки радиальные шарикоподшипники работают лучше, чем при отсутствии таковой. То есть небольшая осевая нагрузка полезна не только для «последних», но и для «первых», и не только «не оказывает отрицательного влияния…», но дает и положительный эффект.

Полагаю, что дело обстоит именно так и это понятно из рассмотрения распределения радиальной нагрузки между шариками, которое выглядит примерно так:

image004

В любом радиальном подшипнике имеется определенный радиальный зазор, из-за которого нагрузка распределяется по шарикам очень неравномерно. Понятно, что чем больше зазор, тем больше неравномерность.

Под действием осевой нагрузки радиальный зазор в определенной мере выбирается, и нагрузка распределяется между шариками более равномерно.

Таким образом, если внешняя осевая нагрузка отсутствует, ее следует создать искусственно.

Понятно, что ставить такие подшипники в жесткий распор недопустимо, но можно создать распор упругий, что и сделано в упомянутой конструкции электродвигателя. В ней между одной из крышек и наружным кольцом подшипника установлено упругое кольцо примерно такого вида:

 image006

На следующей схеме такое кольцо условно показано в узле правого подшипника:

image008 

Видимо, вместо такого кольца здесь могло бы стоять резиновое кольцо или иной упругий элемент.

Важно не переборщить с искусственно созданным осевым усилием. Каково оптимальное значение осевого усилия классическая методика не говорит. Неплохо было бы эту методику скорректировать.

Известно, что долговечность шарикоподшипника обратно пропорциональна кубу нагрузки. Поэтому эффект удачно выбранного усилия упругого распора может быть существенным.

Видимо, этот прием можно применять во многих узлах, например в поддерживающих роликах ленточных транспортеров, где упругий элемент следует ставить на внутреннем кольце одного из подшипников.

 

Д.Д.