Цилиндрические направляющие: втулки и типы опор

Разбираем, как втулки цилиндрических направляющих компенсируют перекос, чем отличаются типы опор вала и как ошибки монтажа влияют на ресурс.

Втулка с цельнометаллическим корпусом не имеет подвижных элементов между наружной обоймой и внутренними дорожками качения. При перекосе между осью вала и осью втулки нагружение шариков становится неравномерным по длине втулки. Возникают локальные перегрузки на краях пластин с шариками, что приводит к повышенному трению, вибрации и сокращению ресурса. Допустимое угловое отклонение для такой втулки не превышает 0,1°.

Втулка с возможностью компенсации перекоса содержит внутри корпуса несколько отдельных сегментов с дорожками качения. Количество сегментов обычно составляет пять или шесть. Каждый сегмент может поворачиваться относительно наружного корпуса в определённых пределах. При монтажном перекосе сегменты самоустанавливаются по оси вала, сохраняя равномерное распределение нагрузки на шарики.

Типовое значение компенсируемого перекоса достигает ±0,5°. Некоторые конструкции допускают отклонение до 1 углового градуса. Платой за эту способность является более сложная конструкция и более высокая стоимость по сравнению с цельнометаллической втулкой.

Шарнирная опора не препятствует повороту сечения вала. Она воспринимает радиальную нагрузку, но не создаёт реактивного изгибающего момента.

Различают два варианта: шарнирно-неподвижная опора, фиксирующая вал от осевого смещения, и шарнирно-подвижная опора, допускающая осевое перемещение. Обе не ограничивают угловое положение вала. Такие опоры применяются на длинных валах, где необходимо компенсировать тепловые расширения и изгибы под нагрузкой.

Существует тип опоры, в которой полностью исключены линейное перемещение и поворот сечения вала. В такой опоре помимо поперечной и продольной сил возникает реактивный изгибающий момент. Система с двумя подобными опорами становится статически неопределимой. Изгиб вала под нагрузкой в этой схеме минимален, однако любые неточности соосности опор или температурные деформации приводят к возникновению внутренних напряжений.

Данный тип закрепления с двух сторон применяется только на коротких валах с высокой точностью монтажа. Для длинных валов предпочтительна комбинация одной шарнирно-неподвижной и одной шарнирно-подвижной опоры.