Для чего нужно стопорное кольцо

Сегодня сложно представить нашу жизнь без такой просто детали как подшипник. Без них не обходится ни одно транспортное средство — начиная от детского велосипеда или скейта и заканчивая автомобилем. И в легковых авто и в самых мощных тягачах применяются подшипники. Помимо транспортных средств, применяются они в различных механизмах, где есть вращающиеся части. Одни части должны быть прочно закреплены, другие должны вращаться на своих осях.

Еще одна важная деталь, связанная с подшипниками — это стопорные кольца. Они предназначены для надежной фиксации. С их помощью крепятся подшипники, различные рычаги, валы и т.д. От надежности крепления зависит правильное функционирование механизмов, поэтому эта деталь должна быть изготовлена из качественных материалов, с соблюдением ГОСТа; а купить кольца стопорные наружные лучше всего в специализированном магазине.

Наружные стопорные кольца применяются для фиксации деталей на валу. Если нужно закрепить какие-то детали внутри отверстия, то используют внутренние кольца. Изготавливаются и те и другие, чаще всего, из углеродистой стали. Также для производства используется нержавеющая сталь или бериллиевая медь. Для дополнительной защиты от коррозии на них наносятся специальные составы. При этом следует уточнить, в какой среде будет работать кольцо, т.к. от этого зависит, какой антикоррозийный состав будет предпочтительнее.

И внутренние и наружные кольца имеют вид незамкнутого круга. Устанавливаются они в специальные пазы, которые иногда называют канавками или проточками, при этом происходит прочная фиксация детали в нужном месте.

В зависимости от размера стопорных колец для их монтажа потребуется либо простая отвертка (если речь идет о маленьких кольцах), либо специальные щипцы.

Качественные, правильно установленные стопорные кольца обеспечивают долгий срок эксплуатации механизмов.

Пружинные упорные стопорные кольца применяют для закрепления подшипников и других деталей на валах и в корпусах различных машин.

Различают наружные и внутренние стопорные кольца.

Наружные устанавливают в канавки, выполненные на валах.

Внутренние стопоные кольца устанавливают в канавки выполненные в корпусных деталях.

Согласно ГОСТ 13940-86 и ГОСТ 13941-86 стопорные кольца изготавливают штамповкой или навивкой.

Наружные стопорные кольца

На рисунке показано наружное концентрическое кольцо по ГОСТ 13940-86.

Эксцентрическое наружное кольцо показано на следующем рисунке.

Как видно по рисунку внутренний и наружный диаметр кольца расположены с эксцентриситетом.

Канавки под наружные стопорные кольца

Для надежного стопорения детали наружные кольца необходимо установить в канавки, выполненные по ГОСТ 13940-86 и ГОСТ 13942-86.

Размеры наружных стопорных колец и канавок для них

Внутренние стопорные кольца

Внутреннее концентрическое стопорное кольцо показано на следующем рисунке.

Внутреннее эксцентрическое кольцо по ГОСТ 13943-86 показано на рисунке.

Канавки под внутренние стопорные кольца

Для обеспечения фиксации деталей в осевом направлении стопорные кольца должны быть установлены в канавках, выполненных по ГОСТ 13941-86 и 13943-86.

Крепление подшипников на валах и в отверстиях корпусов

Самым простым способом крепления подшипников на валах и в отверстиях корпуса является крепление с натягом, когда фиксация подшипника достигается с помощью сил трения между обоймой подшипника и поверхностью вала (отверстия). Но, в случае использования радиальных подшипников, этот способ применим только при соблюдении высокой точности монтажа и только при низких нагрузках на узел подшипника. Установить подшипник точно получается не всегда – возникает некоторая несоосность между осью вращения подшипника и осью вала (отверстия), увеличивающая нагрузку на подшипник. Также часто присутствуют осевые нагрузки на подшипник.

В таких случаях, а также, просто при наличии высоких нагрузок на подшипник, требуется применение дополнительных фиксирующих элементов, которые удержат подшипник в его финальном положении. Для этих целей используется различный крепёж:

Рассмотрим далее основные способы установки и закрепления подшипников с помощью дополнительного крепежа.

Крепление подшипника на валу стопорной гайкой

Это самый распространённый способ фиксации подшипника на валу с использованием вспомогательного крепежа. Используется как при концевом креплении подшипника на валу, так и при промежуточном. При монтаже на валу внутренняя обойма подшипника должна упереться либо в заплечики или бортик на валу (левая схема на рисунке), либо в промежуточную втулку (правая схема на рисунке). Для затяжки и фиксации финального положения подшипника используется крепёжная пара: Гайка круглая шлицевая ГОСТ 11871-88 (поз.2 на рисунке) + Шайба стопорная многолапчатая ГОСТ 11872-89 (поз.1 на рисунке).

Одну из лапок шайбы, предупреждающую проворачивание шайбы на валу (т.е. внутреннюю), заводят в изготовленный паз на валу; после затяжки гайки одну из наружных лапок отгибают в совпадающий паз гайки.

Применяют два основных способа фиксации стопорной многолапчатой шайбы на валу. При первом способе фиксирующую внутреннюю лапку отгибают «от гайки», при втором – «под гайку». Паз на валу во втором случае должен быть более глубоким, поэтому на практике, обычно, предпочитают первый способ. Иногда, если допускает толщина стенок вала, паз делают настолько глубоким, чтобы в него можно было ввести фиксирующую внутреннюю лапку многолапчатой шайбы без отгиба. Это повышает надежность фиксации соединения.

Паз можно заменить сквозной прорезью в валу. При этом способе фиксации сильно ослабляется вал. Этот способ применим только при концевой установке подшипника на валу, тогда как предыдущие способы используют и при промежуточной установке подшипников (например, на ступенчатых валах).

Крепление подшипника упорным стопорным кольцом

Очень технологичный, удобный и недорогой способ, позволяющий сэкономить место, ускорить монтаж и демонтаж – использование упорных пружинных стопорных колец для фиксации подшипников качения на валах и в отверстиях в корпусе. Кольца, изготовленные из пружинной стали, позволяют многократно собирать и разбирать подшипниковый узел.

Также, наряду с эксцентрическими, для фиксации подшипников используются концентрические пружинные стопорные кольца: для валов – кольца упорные стопорные наружные по ГОСТ 13940-86, для отверстий в корпусе – кольца упорные стопорные внутренние по ГОСТ 13941-86.

В случае, когда на подшипниковый узел действуют большие осевые нагрузки, упорные концентрические кольца по ГОСТ 13940-86 и по ГОСТ 13941-86 могут быть использованы дополнительно в комбинации с эксцентрическими кольцами. При этом упорное концентрическое кольцо, забирает на себя часть изгибающего момента от осевых нагрузок и разгружает стопорное эксцентрическое кольцо, отвечающее за цельность подшипникового узла.

В случае применения стопорных колец для фиксации подшипников, при проектировании подшипникового узла, необходимо учитывать и контролировать предельно допустимую осевую нагрузку стопорного кольца, чтобы избежать его разрушения при эксплуатации.

Крепление подшипника торцевой крышкой и торцевой шайбой

При установке подшипников на концу вала можно воспользоваться торцевыми шайбами по ГОСТ 14734-69 или специальными. Такие торцевые шайбы фиксируются с помощью одного или нескольких болтов или винтов, которые не дают шайбе проворачиваться относительно вала. Пример такой схемы с торцевыми шайбами приведен на следующем рисунке:

При необходимости зафиксировать внешнюю обойму подшипника используют торцевые крышки, также на болтах.

Крепление подшипника с помощью конической стяжной или закрепительной втулки

Использование в машинах и механизмах подшипников больших размеров и веса очень затрудняет их монтаж и демонтаж. В таких случаях рекомендуется применение подшипников с конической внутренней обоймой. Подшипники с коническим отверстием используют также для тяжелонагруженных подшипников. Такие подшипники удобны в монтаже/демонтаже и очень "выносливы" в работе, но имеют существенный недостаток: большие осевые нагрузки, направленные по оси от меньшего конуса к большему, могут привести к заклиниванию подшипника, и, даже к разрушению.

При установке конического подшипника непосредственно на вал достигается хорошее центрирование, но для этого вал должен иметь конический участок, выполненный с высокой точностью обработки, что приводит к удорожанию вала. Кроме того, со временем, от динамических нагрузок, при аварийной ситуации или от многократного монтажа/демонтажа подшипника конический участок вала теряет необходимую точность – "слизывается"- и приходится заменять дорогостоящий вал. Прекрасным с точки зрения экономии, в этом случае, является техническое решение с использованием конических стяжных и закрепительных втулок, имеющих коническую наружную поверхность и цилиндрическую внутреннюю – переходных втулок, позволяющих закрепить конические подшипники на гладком, и даже грубо обработанном, цилиндрическом валу. Стяжные и закрепительные втулки имеют продольный разрез вдоль оси, позволяющий им разжиматься и сжиматься в диаметре. Они значительно упрощают монтаж подшипников с коническим отверстием на цилиндрические ступенчатые валы. Недостатком применения втулок является ухудшение центрирования вала, так как добавляется ещё одна посадочная поверхность.

Подшипники с конической внутренней обоймой при установке непосредственно на вал фиксируются, как и подшипники с цилиндрической обоймой, с помощью крепёжной пары: Гайка круглая шлицевая ГОСТ 11871-88 (поз.2 на рисунке) + Шайба стопорная многолапчатая ГОСТ 11872-89 (поз.1 на рисунке).

Монтаж подшипника с помощью конической стяжной втулки происходит следующим образом: втулку запрессовывают в коническое отверстие подшипника и полученную конструкцию одевают на вал. При этом подшипник упирается в ступеньку или неподвижную деталь на валу.

Пример установки подшипника с коническим отверстием с помощью конической стяжной втулки на цилиндрическом валу приведен на рисунке:

Закрепительная втулка, в отличие от стяжной, имеет конус на наружной поверхности, направленный в другую сторону (если у стяжной втулки больший диаметр конуса расположен на гаечном конце, то у закрепительной втулки больший диаметр конуса расположен на свободном конце втулки). Использование закрепительной втулки позволяет расположить подшипник на любом отрезке цилиндрического вала без всяких дополнительных ступенек, опор и неподвижных деталей – исключительно за счёт силы трения между валом, втулкой и подшипником.

Фиксация закрепительной втулки осуществляется той же крепёжной парой, что и для стяжной втулки: Гайка круглая шлицевая ГОСТ 8530-90 (поз.2 на рисунке) + Шайба стопорная многолапчатая ГОСТ 8530-90 (поз.1 на рисунке). Схема установки подшипника с помощью закрепительной втулки на гладком валу приведена на рисунке:

В случае установки закрепительной втулки на ступенчатом цилиндрическом валу, для повышения надёжности, рекомендуется использовать дополнительную распорную втулку: