Выбор посадок подшипников качения

Посадки наружного кольца подшипника качения в корпус и внутреннего кольца на вал зависят от точности изготовления подшипников качения, регламентированной ГОСТ 520 - 2002 [19]. Согласно ему предусмотрены следующие классы точности подшипников, (в порядке повышения точности):

· нормальный, 6, 5, 4, Т, 2 - для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;

· нормальный, 6, 5, 4, 2 - для упорных и упорно-радиальных подшипников;

· нормальный, 0, 6Х, 6, 5, 4, 2 - для роликовых конических подшипников;

· 8, 7 - дополнительные классы точности более низкие, чем нормальный класс для применения в неответственных узлах по заказу потребителей.

Точность изготовления подшипников, задаваемая классом точности, характеризуется значениями предельных отклонений размеров, формы, расположения поверхностей.

Установлено три категории подшипников качения: А, В, С при наличии требований к уровню вибрации, допускаемых значений уровня вибрации или уровня других дополнительных технических требований.

При выборе класса точности подшипников качения учитывают требуемую точность вращения, нагрузку и скорость. Когда точность вращения не имеет существенного значения, а нагрузка и скорости средние, то используют подшипники нормального класса. Подшипники 6 и 5 классов применяют, если требуется обеспечить повышенную точность вращения. В редукторах обычно применяют подшипники нормального класса точности.

Указанным стандартом регламентирована твердость колец и тел качения, неоднородность по твердости в пределах одного кольца подшипника, параметр шероховатости R a посадочных и монтажных торцовых поверхностей колец подшипников.

Для назначения полей допусков посадочных мест валов и отверстий корпусов под подшипники качения используются рекомендации ГОСТ 3325-85 [18]. Конкретное поле допуска для посадочного места вала или отверстия корпуса, а также и сама посадка выбираются по таблице А.19 приложения в зависимости от вида нагружения кольца подшипника, режима его работы, конструктивных разновидностей подшипника, типа корпуса и класса точности подшипника.

Во время работы кольца подшипника испытывают различные постоянные и переменные нагрузки, в результате анализа которых выделяют три вида нагружения: местное, циркуляционное и колебательное.

Местное нагружение: на подшипник действует результирующая радиальная нагрузка, которая воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала или отверстия корпуса (рисунок 8.1).

На рисунке 8.1, а показано вращение внутреннего кольца, а на рисунке 8.1, б наружного кольца. Неподвижные кольца в этих случаях подвергаются местному нагружению.

Кольца, которые попадают под действие местного нагружения, должны монтироваться с небольшим гарантированным зазором или по переходной посадке при минимальном натяге. Это необходимо для того, чтобы кольцо, подвергаемое местному нагружению, при пусках машины или кратковременных перегрузках, проворачивалось бы на небольшой угол для обеспечения более равномерного его износа.

При циркуляционном нагружении, действующая на подшипник радиальная нагрузка воспринимается и передается телами качения в процессе вращения последовательно всей посадочной поверхности. Такой вид нагружения возникает, когда кольцо вращается относительно постоянной по направлению радиальной нагрузки, а также, когда нагрузка вращается относительно неподвижного или подвижного кольца (рисунок 8.2).

На рисунке 8.2 показаны несколько вариантов циркуляционного нагружения. Рисунок 8.2, а, б – циркуляционное нагружение испытывают наружные кольца, на рисунке 8.2, в – внутреннее, а на рисунке 8.2, г – оба кольца.

При циркуляционном нагружении кольцо должно монтироваться по посадке с небольшим натягом, чтобы исключить проскальзывание относительно посадочной поверхности.

Колебательным нагружением называется такой его вид, при котором неподвижное кольцо подвергается одновременному воздействию постоянной по направлению F и вращающейся F_r, меньшей по величине, радиальных нагрузок (рисунок 8.3). Равнодействующая этих нагрузок совершает колебательное движение относительно неподвижной радиальной силы. На рисунке 8.3, а показано колебательное нагружение наружного кольца, на рисунке 8.3, б – внутреннего, при этом парное кольцо испытывает циркуляционное нагружение.

При колебательном нагружении кольцо должно монтироваться по переходной посадке с минимальным натягом для получения возможности проворота кольца в процессе работы с целью обеспечения более равномерного износа.

В соответствии с ГОСТ 3325 - 85 [18] режим работы определяется по соотношению между эквивалентной динамической нагрузкой Р и динамической грузоподъемностью С_r подшипника.

Эквивалентная динамическая нагрузка Р учитывает характер и направление действующих на подшипник нагрузок (радиальных F_r и осевых F_a), условия работы и зависит от типа подшипника [37]:

o для радиальных и радиально-упорных подшипников Р равна условной постоянной радиальной нагрузке

; (8.1)

o для подшипников с короткими цилиндрическими роликами Р равна условной постоянной радиальной нагрузке

; (8.2)

o для упорных подшипников Р равна условной постоянной осевой нагрузке

; (8.3)

где F_r – радиальная сила, действующая на подшипник, Н; F_a – осевая сила, Н; V – коэффициент вращения кольца: V =1 при вращении внутреннего кольца подшипника, V = 1,2 при вращении наружного кольца; K_Б –коэффициент безопасности, учитывающий влияние на долговечность эксплуатационных перегрузок (таблица 8.1); K_Т – коэффициент, учитывающий влияние температуры на долговечность подшипника (таблица 8.2); X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок.

Таблица 8.1 - Коэффициент безопасности К_Б [37]

Характер нагрузки на подшипник	КБ
Спокойная нагрузка (фрикционные передачи и др.)
Легкие толчки, кратковременные перегрузки до 125% от основной нагрузки (подшипники электродвигателей, передач зацеплением при относительно спокойной нагрузке и невысоких скоростях и др.)	1,1-1,2
Умеренные точки, кратковременные перегрузки до 150 % (подшипники редукторов, коробок скоростей и др.)	1,3-1,8
Сильные толчки, удары, перегрузки до 300%	2,5-3

 

Таблица 8.2 - Температурный коэффициент К_Т [37]

t,°C	£100
KT	1,0	1,05	1,10	1,15	1,25	1,35	1,4

Пример [28]. Подобрать поле допуска для стального вала, на который будет установлен подшипник качения 6-320 и поле допуска разъемного корпуса, в который будет смонтирован тот же подшипник. Нагрузка радиальная постоянного направления F_r = 10700 Н, вал вращается относительно вектора нагрузки; подшипник работает с легкими толчками, при температуре, не превышающей 100 ⁰С; требуется также построить схему расположения полей допусков сопряженных деталей с указанием на ней величин натягов (зазоров).

Для сопряжения подшипника с валом определить:

- наибольший и наименьший предельные размеры внутреннего кольца подшипника;

- наибольший и наименьший предельные размеры вала;

- предельные натяги или зазоры;

- допуск вала и допуск внутреннего кольца подшипника.

Решение.

Из начальных условий задачи следует, что внутреннее кольцо подшипника, которое будет посажено на вал, имеет циркуляционное нагружение, так как оно вращается совместно с валом относительно вектора нагрузки, и нагрузка передается последовательно всей посадочной поверхности вала. Наружное кольцо подшипника (монтируемое в разъемный корпус) подвергается местному нагружению, т.к. результирующая радиальная нагрузка, воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения и передается соответствующему участку посадочной поверхности отверстия. В соответствии с обозначением, подшипник радиальный шариковый, шестого класса точности, средней серии, диаметром внутреннего кольца 100 мм, наружного – 215 мм [37].

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка (уравнение 8.1):

Р=(X V F_r+Y F_a) × К_Б × К_Т,

где: F_r = 10700, Н – радиальная сила;

F _а = 0, Н – осевая сила отсутствует;

V = 1 – коэффициент вращения кольца при вращении внутреннего кольца подшипника;

K_Б =1,2 – коэффициент безопасности при работе подшипника с легкими толчками (таблица 8.1);

К_Т = 1 - температурный коэффициент (таблица 8.2);

Р = (1×1×10700+1×0)×1,2×1 = 12840 Н;

Динамическая грузоподъемность С_r подшипника 6 - 320 находится по справочнику [37] и составляет 174000 Н.

Для установления режим работы подшипника вычислим две величины: 0,07 ∙ С_r и 0,15 ∙ С_r.

0,07 ∙ С_r = 0,07 ∙ 174000 = 12180 Н;

0,15 ∙ С_r = 0,15 ∙ 174000 = 26100 Н.

Сравнивая величину эквивалентной динамической нагрузки Р = 12840 Н с полученными значениями 0,07 ∙ С_r и 0,15 ∙ С_r, находим, что выполняется условие:

0,07 ∙ С_r < Р < 0,15 ∙ С_r; 12180 Н<12840 Н < 26100 Н.

По таблице приложения А.19 [37] для циркуляционного вида нагружения внутреннего кольца, режима работы подшипника соответствующего условию: 0,07 ∙ С_r < Р < 0,15 ∙ С_r, диаметра внутреннего кольца радиального шарикового подшипника 100 мм и класса точности 6 рекомендуется поле допуска вала k6, посадка при этом получается L6/k6.

Допуск на изготовление вала IT6₁₀₀ = 22 мкм (таблица А.2)

Нижнее отклонения для вала диаметром 100 мм и поля допуска k6, еi = + 3мкм. (таблица А.3)

Верхнее отклонение вала (уравнение 2.6)

es = ei + Т_d = 3 + 22 = 25 мкм.

Предельные отклонения внутреннего кольца радиального шарикового подшипника 6-320, класса точности 6, выписываем из таблицы А.21. При этом внутреннее кольцо подшипника рассматривается как отверстие и отклонения берутся в графе таблицы для среднего диаметра отверстия равного 100 мм.

Имеем: ES =0; ЕI = -15мкм.

Наибольший и наименьший предельные размеры внутреннего кольца подшипника (размер внутреннего кольца подшипника рассматриваем как отверстие) (уравнения 2.1, 2.3):

D_max = D + ES = 100 + 0 = 100 мм;

D_min = D + EI = 100 + (-0,015) = 99,985 мм.

Наибольший и наименьший предельные размеры вала (уравнения 2.2, 2.4):

d_max = d + es = 100 + 0,025 = 100,025 мм;

d_min = d + ei = 100 + 0,003 = 100,003 мм.

Предельные натяги в сопряжении (уравнения 2.10, 2.11):

N_min = ei -ES = +3-0 = 3 мкм;

N_max - es - EI = + 25 - (- 15) = 40 мкм.

Таким образом, зазоры в посадке невозможны.

Допуск внутреннего кольца подшипника (уравнения 2.5):

T_D = ES -EI = 0 - (- 15) = 15мкм = 0,015 мм.

Схема расположения полей допусков сопряжения внутреннего кольца подшипника и вала приведена на рисунке 8.4.

Выберем посадку наружного кольца подшипника в отверстие разъемного корпуса.

Наружное кольцо подшипника неподвижно относительно корпуса и воспринимает постоянную по направлению нагрузку, ограниченную участком дорожки качения, и передает ее ограниченному участку поверхности корпуса. Такой вид нагружения называется местным.

Для выявленного ранее режима работы подшипника, соответствующего условию 0,07 С_r < Р < 0,15 С_r; 12180 Н<12840 Н < 26100 Н (нормальный местного нагружения), диаметра наружного кольца радиального шарикового подшипника 215 мм и класса точности 6 рекомендуется поле допуска отверстия в корпусе H8, посадка при этом получается H8/ l 6.

Допуск на изготовление отверстия IT8₂₁₅ = 72 мкм (таблица А.2)

Нижнее отклонения для отверстия диаметром 215 мм и поля допуска Н8 EI = 0 мкм (таблица А.4).

Верхнее отклонение отверстия (уравнение 2.5)

ES = EI + Т_D = 0 + 72 = 72 мкм.

Предельные отклонения наружного кольца радиального шарикового подшипника 6-320, класса точности 6, выписываем из таблицы А.22 [36]. При этом наружное кольцо подшипника рассматривается как вал и отклонения берутся в графе таблицы для среднего диаметра вала равного 215 мм.

Имеем: es = 0; ei = -20 мкм.

Наибольший и наименьший предельные размеры наружного кольца подшипника (размер наружного кольца подшипника рассматриваем как вал) (уравнения 2.2, 2.4):

d_max = d + es = 215 + 0 = 215 мм;

d_min = d + ei= 215 + (-0,020) = 214, 980 мм.

Наибольший и наименьший предельные размеры отверстия корпуса (уравнения 2.1, 2.3):

D_max = D + ES = 215 + 0,072 = 215,072 мм

D_min = D + EI = 215 + 0 = 215,000 мм.

Предельные зазоры в сопряжении (уравнения 2.7, 2.8):

S_min = EI – es = 0 – 0 = 0 мкм;

S_max = ES – ei = 72 – (-0,020) = 92 мкм.

Допуск наружного кольца подшипника (уравнения 2.6):

T_d = es - ei = 0 – (-20) = 20 мкм = 0,02 мм;

Схема расположения полей допусков сопряжения наружного кольца подшипника и отверстия в корпусе приведена на рисунке 8.5.