Результаты расчета размеров тарельчатой пружины устройства поддержания осевого зазора конических подшипников

Автор: Редреев Г.В., Самсонов Г.П.

Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau

Рубрика: Агроинженерия

Статья в выпуске: 1 (57), 2025 года.

Бесплатный доступ

В сельскохозяйственной технике, в ступицах опорных колес и опорах валов вращающихся рабочих органов широко применяются подшипниковые узлы с парой конических подшипников. Такие подшипники имеют высокую несущую способность, но очень требовательны к установке нормативного осевого биения. Существующие способы фиксации затяжной гайки не обеспечивают необходимой точности регулировки, приводя к существенному сокращению срока службы подшипников. Предложена защищенная патентом на полезную модель конструкция регулировочного устройства, содержащая тарельчатую пружину как компенсатор осевого усилия. Осадка пружины под действием внешней осевой нагрузки не должна превышать допуски на осевое биение конических подшипников. Для определения оптимальных размеров тарельчатой пружины разработана и исследована математическая модель, основанная на характеристике тарельчатой пружины. Внешний и внутренний диаметры тарельчатой пружины определяются диаметром опорного вала и размерами крышки подшипникового узла и колец подшипника. Оптимальную толщину пружины и ее высоту устанавливают моделированием, исходя из внешней осевой силы и допусков на осевое биение. Графическое представление рассечения поверхности усилий горизонтальными плоскостями позволило получить семейство кривых на плоскостях в координатах «осадка - толщина пружины» и «осадка - высота пружины». Эти кривые могут быть использованы в качестве номограмм для определения оптимальных размеров тарельчатых пружин, исходя из конструктивных параметров подшипникового узла и предполагаемого диапазона внешней осевой нагрузки на конические подшипники. Выставление нулевого зазора между торцом тарельчатой пружины и поджимаемым кольцом конического подшипника может быть обеспечено полуавтоматическим устройством. Его применение в совокупности с тарельчатой пружиной оптимальных размеров позволит существенно увеличить наработку конических подшипников узла.

Еще

Подшипниковые узлы, конические роликовые подшипники, осевое биение, осадка пружины, полуавтоматическое устройство

Короткий адрес: https://sciup.org/142244259

IDR: 142244259

Текст научной статьи Результаты расчета размеров тарельчатой пружины устройства поддержания осевого зазора конических подшипников

Подшипниковые узлы с коническими подшипниками широко применяются в сельскохозяйственной и автотракторной технике [1–2]. Используют Х-образную и О-образную схемы установки подшипников в узле (рис. 1) [3].

Рис. 1. Схемы установки конических подшипников: а – Х-образная; б – О-образная

У конических подшипников высокая несущая способность, однако они очень требовательны к регулированию величины осевого биения. Если при монтаже осевой зазор, составляющий в среднем от 30 до 180 мкм, будет менее рекомендуемого, возможен нагрев подшипника и выкрашивание беговой дорожки внутреннего кольца. При зазоре, превышающем установленные пределы, возможен перекос роликов, приводящий к интенсивному выкрашиванию беговой дорожки гранью основания конуса роликов, значительно сокращающий срок службы подшипника.

Неточность регулировки определяется конструктивными особенностями набора шайб и гаек для регулирования (на рис. 2 для тракторного прицепа типа 2ПТС-4) [4].

При сборке подшипникового узла слесарь-ремонтник регулирует осевое биение подшипника вращением гайки 5 . После достижения нормальной затяжки, определяемой субъективно по сопротивлению вращения колеса, на резьбовый конец вала с лыской надевается шайба замочная 4 . Как правило, штифт гайки 5 не совпадает с ближайшим, одним из 12 , отверстием шайбы замочной 4 . Чтобы шайбу 4 надеть отверстием на штифт гайки, гайку необходимо довернуть, увеличивая или ослабляя затяжку подшипника. Величина доворота составляет от 1/24 до 1/48 полного оборота гайки. При шаге резьбы 2,5 мм осевое перемещение гайки составляет от 52 до 104 мкм,

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 1 (57)

AGROENGINEERING

закономерно приводя к превышению осевого зазора или чрезмерному поджатию внутреннего кольца подшипника.

Рис. 2 . Набор регулировочных шайб и гаек ступицы переднего колеса прицепа типа 2ПТС-4:

1 – резьбовая часть полуоси; 2 – контргайка; 3 – шайба замковая; 4 – шайба замочная; 5 – гайка;

6 – внутреннее кольцо подшипника

Материалы и метолы

Для исключения случаев установления при монтаже или периодическом регулировании не соответствующего требованиям зазора предлагается использовать устройство с упругим компенсатором осевого усилия, в качестве которого может быть применена тарельчатая пружина [5–6]. При регулировании подшипникового узла устанавливается нулевой зазор, пружина подбирается таким образом, чтобы при появлении максимального для данного узла осевого усилия осадка пружины не превышала рекомендуемое для установленного подшипника допустимое осевое биение. Для определения параметров тарельчатой пружины проводились исследования теоретической модели, основанной на математическом выражении характеристики тарельчатой пружины в зависимости от параметров пружины: внутреннего и наружного диаметров, толщины пружины, ее высоты и величины осадки [7].

Результаты и обсуждение

Характеристика тарельчатой пружины определяется из выражения [8–9]:

где f 0 – осадка пружины, мм;

δ – толщина тарелки, мм;

Е – модуль упругости материала тарелки, Н/мм2;

χ – величина, подбираемая по графику в зависимости от отношения наружного диаметра тарелки к внутреннему (D/d);

Е – коэффициент Пуассона;

D – наружный диаметр тарелки, мм;

h – высота конуса тарелки, мм.

Моделирование производилось для подшипникового узла тракторного прицепа, аналогичного узлу ступицы переднего колеса грузового автомобиля [4; 10].

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 1 (57)

AGROENGINEERING

Допуски на осевое биение составляли для наружного и внутреннего подшипника соответственно (40–120) и (60–150) мкм. Пределы изменения осадки с учетом обоих интервалов приняты для расчетов (60–120) мкм.

Графики по результатам расчетов выглядят следующим образом.

Рис. 4. Графическое изображение сечений поверхности характеристики тарельчатой пружины F = ϕ ( δ , f 0 ) при d = 55 мм, D = 90 мм

Рис. 3. Графическое изображение сечений поверхности характеристики тарельчатой пружины F = ϕ ( δ , f 0 ) при d = 55 мм, D = 85 мм

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 1 (57)                                                              AGROENGINEERING

Рис. 5. Графическое изображение сечений поверхности характеристики тарельчатой пружины F = ϕ ( δ , f 0 ) при d = 55 мм, D = 95 мм

Рис. 6. Графическое изображение сечений поверхности характеристики тарельчатой пружины F = ϕ ( δ , f 0 ) при d = 55 мм, D = 100 мм

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 1 (57)

AGROENGINEERING

Рис. 7. Графическое изображение сечений поверхности характеристики тарельчатой пружины F = ϕ ( δ , f 0 ) при d = 55 мм, D = 105 мм

На графиках рис. 1–5 представлены сечения поверхности характеристики тарельчатой пружина плоскостями, параллельными плоскости δ -0- f 0 , при разных значениях ее наружного диаметра D. В соответствии с выражением (1) усилие F обратно пропорционально третьей степени наружного диаметра D. Можно отметить, что с увеличением величины D жесткость пружины снижается и одна и та же величина осадки пружины происходит со все уменьшающимся усилием. Так, на рис. 1, при D = 85 мм, можно видеть, что осадка 0,1 мм может произойти при осевом усилии 100 Н и толщине пружины около 2,2 мм. Как следует из рис. 2, при D = 90 мм, осадка 0,1 мм при той же толщине пружины 2,2 мм может произойти уже при усилии порядка 60 Н. Также можно увидеть: для того, чтобы при усилии 100 Н осадка была 0,1 мм, необходимо иметь пружины толщиной 2,7 мм.

Таким образом, может быть предложена практическая рекомендация: если по конструктивным соображениям необходима установка в подшипниковом узле тарельчатой пружины увеличенного наружного диаметра, толщина пружины должна быть также увеличена [11].

Описанная выше тенденция снижения усилия, достаточного для получения установленной величины осадки, соответствующей нормативному осевому биению подшипников узла, при увеличении наружного диаметра тарельчатой пружины достаточно наглядно прослеживается на графиках рис. 5–7.

Заключение

Проблема повышенной требовательности подшипниковых узлов с коническими роликовыми подшипниками к поддержанию оптимального осевого биения успешно разрешается при применении в конструкции узла тарельчатой пружины. Регулировочное устройство поддержания нулевого зазора может быть разработано в результате определенной опытно-конструкторской работы. Параметры тарельчатой пружины

Vestnik of Omsk SAU, 2025, no. 1 (57)

AGROENGINEERING

успешно определяют при использовании представленных результатов расчета ее размеров по разработанной характеристике. За счет этого может быть существенно продлен срок службы дорогостоящих конических подшипников.

Статья научная