Конструкция шпинделя контроль­ного приспособления

Наиболее широко применяемой конструкцией шпинделя контроль­ного приспособления является цилиндрический палец 1, вращаю­щийся в одной или двух втулках 2 (фиг. 273), которые можно изго­товлять из чугуна, бронзы или закаленной стали.

Применение стальных втулок оправдывается тем, что в контроль­ных приспособлениях вращающиеся детали имеют малые обороты и удельные давления, вследствие чего нет необходимости применения антифрикционных металлов. В то же время стальные каленые втулки значительно более технологичны, допускают притирку, восстано­вительное хромирование, более износоустойчивы и т. д.

В зависимости от точности контролируемой детали посадку пальца 1 (шпинделя) во втулках 2 можно выполнять по 1-му или по 2-му классам точности.

При необходимости получения более высоких точностей враще­ния деталей приспособления посадку следует обеспечивать инди­видуальной подгонкой и притиркой, причем получаемые зазоры не должны превышать 4—6 мк для диаметров до 60 мм. При наличии хорошей жидкой смазки и отсутствии нагрева шпинделя при враще­нии такое сопряжение обеспечивает высокую точность, отсутствие радиальной качки и легкость вращения.

Чистоту трущихся поверхностей следует выполнять по 9-му или 10-му классам точности.

Твердость трущихся поверхностей рекомендуется порядка Rс = = 60…64 для отверстия и Rс = 58…62 для вала. Такое соотно­шение твердости обеспечит больший износ вала, чем отверстия, что облегчает ремонт приспособления, так как произвести вос­становительное хромиро­вание вала легче, чем хро­мировать изношенные от­верстия втулок.

Осевую качку шпин­деля устраняют при по­мощи гайки с контргай­кой 4, которые имеют шлифованные торцы. Каленая шайба 3 с шлифованными торцами, имеет трение по буртику направляющей втулки.

Для предохранения гаек от отвертывания в резьбовом хвостовике шпинделя запрессован штифт 5, который вторым концом входит в паз шайбы.

При вращении шпинделя штифт поворачивает шайбу, в резуль­тате чего она вращается относительно направляющей втулки и непод­вижна относительно регулировочной гайки. Таким образом, шайба пре­дохраняет гайку от произвольного поворота и ослабления затяжки.

Точность регулирования шпинделя в осевом направлении опре­деляется величинами неперпендикулярности опорного торца буртика шпинделя и сопряженного с ним торца втулки.

Если условно принять величины перекосов обоих торцов равными, то при вращении шпинделя они будут в некоторых положениях сум­мироваться, а затем при повороте еще на 180° взаимно погашаться. Это вызовет продольное перемещение шпинделя на двойную величину имеющегося перекоса.

Если одна из сопрягаемых вращающихся деталей перпендику­лярна по торцу буртика, то вторая будет при вращении опираться на правильный торец высшей точкой своего буртика при любом угловом положении и, следовательно, продольного перемещения шпинделя не будет,

При различных перекосах торцов буртиков шпинделя и втулки величина продольного перемещения шпинделя определится мень­шей величиной перекоса одной из этих деталей.

Момент трения М шпинделя в цилиндрическом направлении при малых оборотах можно приближенно определить [10] по формуле

М = М₀ + Р·μ·r,

где μ — коэффициент трения (μ = 0,12…0,18 при движении стали по стали и μ = 0,10…0,15 для стали по бронзе);

r — радиус посадочной поверхности шпинделя;

Р — радиальная нагрузка на шпиндель;

М₀ — начальный момент (при Р = 0).

Величина начального момента, постоянная при разных нагрузках, зависит от вязкости смазки, имеющегося зазора между вращающи­мися деталями, величины трущихся поверхностей и их чистоты.

Можно приближенно счи­тать, что

М₀ ≈ К·r·S,

где К – коэффициент, зависящий от вязкости смазки и величины зазора;

S – площадь трущейся поверхности.

Так как S = 2·π·r·l (где l – длина посадочной поверхности шпинделя), то

М₀ = 2·π·r²·l·К.

Ориентировочно можно принимать К = 4…10 г/см² (при 20°).

В ряде случаев шпиндели контрольных приспособлений несут проверяемые детали большого веса. При этом рекомендуется рас­полагать ось шпинделя вертикально с тем, чтобы вся нагрузка воспринималась торцевыми опорными поверхностями.

Так, например, удобной является конструкция комбинированной направляющей, приведенная на фиг. 274.

Центрирующий хвостовик шпинделя направляется короткой втулкой, почти не несущей радиальных нагрузок. Вследствие этого в данном случае с успехом может быть применено направление с тре­нием скольжения.

Для восприятия относительно больших осевых нагрузок исполь­зована конструкция опоры с трением качения. Торец планшайбы шпинделя опирается на шарики, охватываемые сепаратором и пере­катывающиеся по каленому стальному кольцу.

Сочетание трения скольжения (для центрирующего элемента) с трением качения (для опорного элемента) обеспечивает высокую точность центрирования и легкость вращения шпинделя.

Наличие плоских беговых дорожек повышает технологичность и точность описанной конструкции.

Уменьшение торцевого биения шпинделя достигается также тщательным отбором всего комплекта шариков в одни размер в пре­делах 1—2 мк.

Вертикальное расположение шпинделя и относительно большой его вес исключают осевые зазоры в рабочем положении. Поэтому гайка, расположенная на нижнем конце шпинделя, только предо­храняет его от случайного выхода из втулки (например, при застревании снимаемой после проверки детали). Из этих соображений зазор между торцами втулки и гайки может быть большим, как не имеющий конструктивного значения.

Такие же комбинированные посадки используют во вращающихся центрах при значительных осевых нагрузках (фиг. 275, а) или при центрировании по базовой фаске на отверстии большого диаметра (фиг. 275, б).

Точность работы центра обеспечивается тщательностью притирки с минимальным зазором (порядка 4—5 мк) в цилиндрической напра­вляющей, отбором комплекта шариков в один размер в пределах 1 —2 мк и минимальной величиной биения базового конуса центра относительно центрирующего хвостовика.

Так можно достигнуть суммарного биения базового конуса по­рядка 3—5 мк (по нормали к образующей конуса).

Применение стандартных шарикоподшипников (даже самых вы­соких классов) не обеспечило бы нужной точности и вызвало бы увеличение габарита центра.

При проектировании центра, показанного на фиг. 275, а, необхо­димо обеспечить достаточную его жесткость; иначе при посадке в коническом отверстии он может деформироваться, что вызовет заклинивание вращающейся части центра.

Одним из основных факторов, влияющих на точность работы шпинделя, является величина зазора в направляющей. В то же время по мере износа приспособления, этот зазор непрерывно увеличивается, что вызывает появление радиальной качки шпинделя. Восстанови­тельный ремонт при этом требует или замены втулок или хромиро­вания посадочных поверхностей шпинделя. Поэтому представляют интерес вращающиеся детали, построенные на применении конусов.

Применение конической направляющей позволяет уменьшить радиальные зазоры до минимума и регулировать их по мере износа. Наиболее простой является конструкция, показанная на фиг. 276. Конический шпиндель, вращающийся во втулке, по конструкции не отличается от цилиндрического шпинделя, приведенного выше, но имеет то преимущество, что при помощи подгонки толщины шайбы А можно достигнуть посадки шпинделя во втулке с минимальным за­зором, обеспечивающим настолько малую радиальную качку, что ею можно пренебречь. По мере износа шпинделя и увеличения радиального зазора его можно вновь уменьшить подшлифовыванием шайбы А.

Из соображений удобства обра­ботки и измерения рекомендуется применять стандартную конусность шпинделя (например, брать конусы Морзе или метрические). При этом изменение зазора по диаметру между хвостовиком и втулкой на 1 мк соответственно потребует изменения толщины шайбы при­мерно на 20 мк, так как конусность конусов Морзе и метрических лежит в пределах от 1 : 19,002 до 1 : 20,048.

Отсюда видно, что обеспечение весьма малых радиальных зазоров технологически достигается без особых трудностей.

Значительный интерес представляет также конструкция шпин­деля стенда для контроля цилиндрических зубчатых колес на бес­шумность зацепления и пятно касания, при­веденная на фиг. 277. При работе стенда шпиндель делает до 1000 об/мин под на­грузкой, создаваемой ручным ленточным тор­мозом.

Стальной каленый шпиндель и установленная на нем втулка имеют посадки одно­временно по четырем конусам, два из которых являются центри­рующими, а два опорными.

Подгонка деталей для получения одновременной посадки на все конусы достигается шабрением направляющих бронзовых втулок. Качество посадки контролируют на краску. Осевой зазор регули­руются гайкой, зафиксированной замковой шайбой.

Такая конструкция очень надежна и, несмотря на то, что шпин­дель работает при значительных нагрузках и оборотах, эта конструк­ция обеспечивает за счет отсутствия радиальной качки точность по биению до 5 мк. Вместе с тем, разумеется, основным фактором, определяющим точность шпинделя, остается соосность направляю­щих поверхностей конусов и рабочей базирующей поверхности под установку детали. Применение конических направляющих увеличивает срок работы узла без ремонта, а также дает возможность производить ремонт пришабриванием конусов без замены деталей.

Шпиндель требует хорошей смазки направляющих.