Навигация по таблицам
- Таблица тарельчатых пружинных шайб DIN 2093
- Таблица волновых пружинных шайб
- Группировка по нагрузкам и усилиям
- Осевая жесткость пружинных шайб
Таблица тарельчатых пружинных шайб DIN 2093
| Внутренний диаметр (мм) | Наружный диаметр (мм) | Толщина (мм) | Усилие при 75% сжатии (Н) | Высота в свободном состоянии (мм) | Исполнение |
|---|---|---|---|---|---|
| 10.2 | 20.0 | 0.5 | 157 | 1.0 | A (усиленное) |
| 12.2 | 25.0 | 0.8 | 412 | 1.5 | B (нормальное) |
| 16.3 | 31.5 | 1.0 | 687 | 2.0 | B (нормальное) |
| 20.4 | 40.0 | 1.5 | 1485 | 2.8 | A (усиленное) |
| 25.4 | 50.0 | 2.0 | 2856 | 3.8 | B (нормальное) |
| 31.0 | 62.0 | 2.5 | 4920 | 4.5 | A (усиленное) |
| 42.5 | 80.0 | 3.0 | 12850 | 5.2 | B (нормальное) |
| 52.0 | 100.0 | 4.0 | 24750 | 7.5 | A (усиленное) |
| 62.0 | 120.0 | 5.0 | 42600 | 9.0 | B (нормальное) |
| 82.0 | 160.0 | 6.0 | 89500 | 11.5 | A (усиленное) |
| 127.0 | 250.0 | 8.0 | 285000 | 16.0 | B (нормальное) |
Таблица волновых пружинных шайб
| Диаметр подшипника (мм) | Внутренний диаметр шайбы (мм) | Наружный диаметр шайбы (мм) | Рабочее усилие (Н) | Количество волн | Материал |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 10.5 | 19 | 25-35 | 3 | 65Г |
| 15 | 15.5 | 28 | 45-65 | 3 | 65Г |
| 20 | 20.5 | 37 | 80-120 | 4 | 65Г |
| 25 | 25.5 | 42 | 120-180 | 4 | 70 |
| 30 | 30.5 | 50 | 180-250 | 4 | 70 |
| 40 | 40.5 | 62 | 280-380 | 5 | 70 |
| 50 | 50.5 | 80 | 450-650 | 5 | 3Х12 |
| 60 | 60.5 | 95 | 650-950 | 6 | 3Х12 |
| 80 | 80.5 | 125 | 1200-1800 | 6 | 3Х12 |
| 100 | 100.5 | 150 | 2000-3000 | 7 | 3Х12 |
Группировка по нагрузкам и усилиям
| Группа нагружения | Диапазон усилий (Н) | Рекомендуемый тип шайбы | Область применения | Коэффициент безопасности |
|---|---|---|---|---|
| Легкие нагрузки | 10-100 | Волновые шайбы | Малогабаритные электродвигатели | 2.0-2.5 |
| Средние нагрузки | 100-500 | Тарельчатые исп. C | Насосы, вентиляторы | 1.8-2.2 |
| Повышенные нагрузки | 500-5000 | Тарельчатые исп. B | Станочные шпиндели | 1.5-2.0 |
| Высокие нагрузки | 5000-50000 | Тарельчатые исп. A | Тяжелое машиностроение | 1.3-1.8 |
| Сверхвысокие нагрузки | 50000-300000 | Комбинированные пакеты | Прессы, дробилки | 1.2-1.5 |
Осевая жесткость пружинных шайб
| Размер (мм) | Жесткость (Н/мм) | Рабочий ход (мм) | Максимальная деформация (%) | Усталостная прочность (циклы) |
|---|---|---|---|---|
| 10x20x0.5 | 185 | 0.3 | 75 | 2×10⁶ |
| 16x31x1.0 | 420 | 0.6 | 75 | 2×10⁶ |
| 25x50x2.0 | 925 | 1.2 | 75 | 2×10⁶ |
| 40x80x3.0 | 1850 | 1.8 | 75 | 2×10⁶ |
| 62x120x5.0 | 3250 | 3.0 | 75 | 2×10⁶ |
Оглавление статьи
- Типы пружинных шайб для подшипников
- Создание и регулировка преднатяга
- Компенсация износа подшипниковых узлов
- Группировка и классификация
- Технология установки и монтажа
- Расчет и выбор параметров
- Эксплуатация и техническое обслуживание
Типы пружинных шайб для подшипников
Пружинные шайбы для подшипников представляют собой специализированные упругие элементы, предназначенные для создания предварительного натяга в подшипниковых узлах и компенсации износа в процессе эксплуатации. Современная промышленность использует несколько основных типов таких шайб, каждый из которых имеет свои особенности применения.
Тарельчатые пружинные шайбы изготавливаются согласно стандарту DIN 2093 и представляют собой конические диски с центральным отверстием. Их главное преимущество заключается в способности создавать высокие усилия при небольших габаритах. Диапазон создаваемых усилий составляет от 132 до 750000 Н при размерах от 8 до 250 мм по наружному диаметру. Эти шайбы выпускаются в трех исполнениях: усиленные (А), нормальные (В) и облегченные (С), что позволяет подобрать оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.
Пример применения тарельчатых шайб
В станочном шпинделе с подшипниками диаметром 40 мм используются тарельчатые шайбы 20.4×40×1.5 мм, создающие преднатяг 1485 Н. Это обеспечивает высокую жесткость узла и точность вращения при скоростях до 15000 об/мин. Современные шайбы большего размера, например 127×250×8 мм, способны создавать усилия до 285000 Н для тяжелонагруженного оборудования.
Волновые пружинные шайбы характеризуются волнообразной формой и предназначены для создания небольшого преднатяга в малогабаритных электродвигателях и подобном оборудовании. Количество волн варьируется от 3 до 7, что определяет упругие характеристики шайбы. Материалом изготовления служат пружинные стали марок 65Г, 70 и 3Х13 (для коррозионностойких применений).
Гроверные пружинные шайбы по ГОСТ 6402-70 применяются преимущественно для предотвращения самоотвинчивания резьбовых соединений, но в некоторых случаях используются и в подшипниковых узлах для создания дополнительного натяга.
Создание и регулировка преднатяга
Предварительный натяг подшипников представляет собой отрицательный зазор, создаваемый механическим воздействием на элементы подшипникового узла. Правильно установленный преднатяг значительно повышает жесткость опоры, уменьшает шум и вибрации, обеспечивает высокую точность вращения вала.
Расчет усилия преднатяга
Формула: F = k × C₀
где F - усилие преднатяга (Н), k - коэффициент преднатяга, C₀ - статическая грузоподъемность подшипника (Н)
Коэффициент k:
- Для малогабаритных электродвигателей: k = 0,005-0,01
- Для защиты от вибрации: k = 0,02
- Для высокоскоростных шпинделей: k = 0,01-0,03
Пружинный метод создания преднатяга имеет существенные преимущества перед жесткими методами. Пружинная шайба воздействует на наружное или внутреннее кольцо подшипника, создавая постоянное усилие даже при температурных деформациях и износе. Это особенно важно в высокоскоростных узлах, где изменения температуры могут достигать значительных величин.
Регулировка преднатяга осуществляется несколькими способами: установкой прокладок определенной толщины между кольцами подшипников, использованием регулировочных гаек с последующей фиксацией, применением пружинных элементов переменной жесткости. Наиболее эффективным является пружинный метод, обеспечивающий автоматическую компенсацию износа.
Компенсация износа подшипниковых узлов
Компенсация износа представляет собой одну из важнейших функций пружинных шайб в подшипниковых узлах. В процессе эксплуатации происходит постепенный износ рабочих поверхностей подшипников, что приводит к увеличению зазоров и снижению точности работы механизма.
Пружинные шайбы автоматически компенсируют износ за счет своих упругих свойств. По мере увеличения зазоров в подшипнике пружина доворачивается, поддерживая необходимое усилие преднатяга. Это особенно важно для узлов, работающих в условиях переменных нагрузок и высоких скоростей вращения.
Важно: Компенсация износа эффективна только в определенных пределах. При критическом износе подшипника замена неизбежна, а пружинная шайба лишь продлевает период нормальной работы узла.
Механизм компенсации основан на том, что пружинная характеристика шайбы позволяет поддерживать усилие в широком диапазоне деформаций. Тарельчатые пружины особенно эффективны благодаря их практически линейной характеристике в рабочем диапазоне деформаций.
Волновые шайбы обеспечивают компенсацию износа в меньшем диапазоне, но их преимущество заключается в создании равномерного усилия по всей окружности подшипника. Это предотвращает неравномерный износ и продлевает срок службы подшипникового узла.
Группировка и классификация
Группировка пружинных шайб для подшипников осуществляется по нескольким основным критериям, что позволяет оптимально подбирать элементы для конкретных условий эксплуатации. Основными параметрами группировки являются усилие, размеры, тип конструкции и область применения.
По величине создаваемого усилия шайбы подразделяются на пять основных групп. Легкие нагрузки (10-100 Н) покрываются волновыми шайбами, применяемыми в малогабаритных электродвигателях и точных приборах. Средние нагрузки (100-500 Н) требуют применения тарельчатых шайб облегченного исполнения.
По конструктивному исполнению тарельчатые пружины классифицируются согласно DIN 2093 на три группы. Группа 1 включает пружины толщиной менее 1,25 мм без фаски, группа 2 - пружины толщиной 1,25-6 мм с фаской, группа 3 - пружины толщиной более 6 мм с уменьшенной толщиной в центральной части.
Выбор группы по применению
Для подшипникового узла вентилятора мощностью 5 кВт с диаметром подшипника 30 мм требуется усилие преднатяга 180-250 Н. Оптимальным выбором будет волновая пружинная шайба 30.5×50 с 4 волнами из стали марки 70.
По материалу изготовления пружинные шайбы разделяются на группы в зависимости от условий эксплуатации. Для обычных условий используется пружинная сталь марок 65Г и 70, для агрессивных сред - нержавеющие стали 3Х13, для высокотемпературных применений - специальные жаропрочные сплавы. В особых случаях применяется бронза марки БрКМц3-1, которая обеспечивает антимагнитные свойства и коррозионную стойкость в морской воде.
Группировка по точности изготовления также имеет важное значение. Для прецизионных подшипниковых узлов применяются шайбы повышенной точности с допусками не более ±0,05 мм по основным размерам и ±5% по усилию.
Технология установки и монтажа
Правильная установка пружинных шайб в подшипниковых узлах является критически важным фактором, определяющим эффективность их работы и долговечность всего механизма. Технология монтажа зависит от типа применяемых шайб и конструктивных особенностей узла.
При установке тарельчатых пружинных шайб необходимо соблюдать правильную ориентацию. Выпуклая сторона шайбы должна быть направлена в сторону создания усилия. Для получения больших усилий шайбы могут устанавливаться пакетами последовательно (для увеличения хода) или параллельно (для увеличения усилия).
Расчет пакета тарельчатых пружин
Последовательное соединение:
F_общ = F_одной, h_общ = n × h_одной
Параллельное соединение:
F_общ = n × F_одной, h_общ = h_одной
где n - количество шайб в пакете
Волновые пружинные шайбы устанавливаются между наружным кольцом подшипника и корпусом или между внутренним кольцом и валом. Важно обеспечить равномерное распределение нагрузки по всей окружности, для чего поверхности должны быть обработаны с шероховатостью не более Ra 1,6.
Последовательность монтажа включает предварительную подготовку посадочных поверхностей, установку первого подшипника, размещение пружинной шайбы в правильной ориентации, установку второго подшипника и окончательную затяжку с контролем усилия преднатяга.
Контроль правильности установки осуществляется измерением момента проворачивания вала, который должен увеличиться на расчетную величину, или измерением осевого усилия специальным динамометром. Отклонение от расчетных значений более чем на ±10% требует переустановки.
Расчет и выбор параметров
Расчет параметров пружинных шайб для подшипниковых узлов является комплексной задачей, требующей учета множества факторов: рабочих нагрузок, скорости вращения, температурного режима, требований к точности и долговечности.
Основой расчета служит определение необходимого усилия преднатяга, которое зависит от статической грузоподъемности подшипника и условий эксплуатации. Для радиально-упорных шарикоподшипников в шпиндельных узлах это усилие составляет 1-3% от статической грузоподъемности.
Пример расчета
Исходные данные: подшипник 7210C, C₀ = 25400 Н, частота вращения 8000 об/мин
Расчет:
1. Усилие преднатяга: F = 0,02 × 25400 = 508 Н
2. Выбор шайбы: тарельчатая 20.4×40×1.5, F₇₅% = 1485 Н
3. Рабочая деформация: s = 508/1485 × 0.75 × 2.8 = 0.72 мм
При выборе типа шайбы учитывается характер нагружения узла. Для постоянных нагрузок предпочтительны тарельчатые пружины, для переменных - волновые шайбы. Пульсирующие нагрузки требуют проверки на усталостную прочность.
Расчет жесткости пружинной шайбы производится по формулам теории упругости с учетом геометрических параметров и модуля упругости материала. Для тарельчатых пружин жесткость в рабочем диапазоне практически постоянна, что обеспечивает стабильность преднатяга.
Температурные расчеты особенно важны для высокоскоростных узлов, где нагрев может достигать 100-150°C. При этом необходимо учитывать изменение модуля упругости материала пружины и тепловое расширение элементов узла.
Эксплуатация и техническое обслуживание
Правильная эксплуатация подшипниковых узлов с пружинными шайбами обеспечивает их долговечную и надежную работу. Основные принципы эксплуатации включают контроль температурного режима, периодическую проверку преднатяга и своевременное техническое обслуживание.
Контроль состояния пружинных шайб осуществляется косвенными методами через мониторинг параметров работы подшипникового узла. Увеличение вибрации, появление посторонних шумов, рост температуры подшипников могут свидетельствовать о потере преднатяга или повреждении пружинных элементов.
Признаки неисправности пружинных шайб: появление осевого люфта вала, увеличение шума при работе, неравномерность вращения, повышенный нагрев подшипников, следы коррозии на поверхности шайб.
Техническое обслуживание включает периодическую проверку момента проворачивания вала, контроль температуры подшипников, проверку отсутствия осевого люфта. Интервалы обслуживания зависят от условий эксплуатации и составляют от 500 до 2000 часов работы.
При замене пружинных шайб необходимо использовать элементы тех же размеров и характеристик. Применение шайб с отличающимися параметрами может привести к нарушению работы всего узла. Особое внимание следует уделять состоянию посадочных поверхностей - их повреждение может стать причиной неравномерного распределения нагрузки.
Срок службы пружинных шайб при правильной эксплуатации составляет 2-5 лет или 10⁶-2×10⁶ циклов нагружения. Факторами, сокращающими срок службы, являются превышение расчетных нагрузок, воздействие агрессивных сред, нарушение температурного режима и некачественная смазка подшипникового узла.
Комплексные решения для подшипниковых узлов
При выборе пружинных шайб важно учитывать совместимость с конкретными типами подшипников и условиями эксплуатации. В каталоге компании Иннер Инжиниринг представлен широкий ассортимент подшипниковой продукции: роликовые подшипники для тяжелых нагрузок, шариковые подшипники для высокоскоростных применений, высокотемпературные подшипники для экстремальных условий, а также готовые подшипниковые узлы с предустановленным преднатягом.
Для обеспечения долговечности подшипниковых систем особое внимание следует уделить качественным корпусам подшипников и разъемным корпусам SNL, которые обеспечивают точную посадку и правильное распределение нагрузок. Дополнительно рекомендуется использовать специализированные литиевые смазки для подшипников, которые гарантируют оптимальную работу пружинных шайб и подшипниковых узлов в различных температурных режимах.
