Выбор и расчёт посадок подшипника качения

 

Исходя из заданных характеристик и условий работы подшипникового узла, дать полную расшифровку обозначения подшипника качения, выбрать его посадки на вал и в корпус. Для выбранных посадок построить схемы расположения полей допусков, рассчитать предельные размеры сопрягаемых деталей, а также табличные зазоры (натяги). Произвести проверку наличия радиального зазора в подшипнике качения после установки его на вал и в корпус.

Исходные данные: подшипник 406; виды нагружения колец: d-Ц, D-М; режим работы: Н.

В соответствии с заданием задан подшипник 406 ГОСТ 8338:

06 (первая и вторая позиции) – внутренний диаметр подшипника, который получают умножением этих чисел на 5, т.е. d=06*5=30 мм;

4 (третья позиция) – серия подшипника, в данном случае тяжелая серия;

0 (четвертая позиция) – тип подшипника, в данном случае шариковый радиальный;

0 (пятая и шестая позиции) – основное конструктивное исполнение;

0 (седьмая позиция) – серия ширин подшипника, в данном случае узкой серии ширин подшипников

0 – класс точности подшипника качения, в данном случае подшипник нормального класса точности.

С – категория подшипника (категорию С перед условным обозначением подшипника не указывают).

Основные размеры подшипника:

- номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника d=30 мм;

- номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца D=90 мм;

- номинальная ширина подшипника B=23 мм;

- номинальная высота монтажной фаски r=2.5 мм.

Определим виды нагружения колец подшипника. Внутреннее кольцо подшипника испытывает колебательное нагружение и во избежание проскальзывания кольца относительно вала необходимо выбрать посадку с натягом. Наружное кольцо подшипника установлено в корпус неподвижно, испытывает местное нагружение, и поэтому необходимо выбрать посадку с зазором.

Режим работы подшипникового узла - нормальный.

ГОСТ 3325-85 для такого случая рекомендует поля допусков цапфы вала, сопрягаемой с кольцом подшипника качения:: .

Также на основании рекомендаций стандарта выбираем поле допуска отверстия корпуса: , , , , .

Выбираем посадку подшипника - H7/lO.

Предельное отклонение средних диаметров колец подшипников качения определяем по ГОСТ 520-2002, предельные отклонения вала Æ 30 j_S6 и отверстия корпуса Æ90 H7 - по ГОСТ 25347-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки» и расчеты сводим в таблицы (таблица 2.1 и 2.2).

Таблица 1.2.1. Предельные размеры колец подшипников качения

Размер, мм	ES (es), мкм	EI (ei), мкм	Dm max (dm max), мм	Dm min (dm min), мм
d=30	0	-10	30,000	29,990
D=90	0	-15	90,000	89,985

Таблица 1.2.2. Предельные размеры цапфы вала и отверстия корпуса

Размер, мм	ES (es), мкм	EI (ei), мкм	Dmax (dmax), мм	Dmin (dmin), мм
d=30	+6,5	-6,5	30,0065	29,9935
D=90	+35	0	90,035	90,000

Определение предельных натягов по внутреннему диаметру подшипника (по dm):

Наибольший предельный натяг: N_max=d_max-d_{m min}=30,0065-29,990=0,0165 мм=16,5 мкм;

Наименьший предельный натяг: N_min=d_min-d_{m max}=29,9935-30,000=-0,0065 мм=-6,5 мкм;

Средний предельный натяг: N_ср=(N_max + N_min)/2=(16,5-6,5)/2=5 мкм.

Определение предельных зазоров по наружному диаметру подшипника (по Dm):

Наибольший предельный зазор: S_max=D_max-D_{m min}=90.035-89.985=0,050 мм=50 мкм;

Наименьший предельный зазор: S_min=D_min-D_{m max}=90,000-90,000=0 мм=0мкм;

Средний предельный зазор: S_ср=(S_max+S_min)/2=(50+0)/2=25 мкм.

Производим проверку наличия в подшипнике качения радиального зазора, который уменьшается по причине натяга при посадке подшипника на вал. В расчете принимаем среднее значение натяга и среднее значение зазора в подшипнике как наиболее вероятные.

Среднее значение натяга: N_ср=5 мкм;

Эффективный натяг: N_эф=0,85*5=4,25 мкм=0,00425 мм;

Приведенный внутренний диаметр подшипника:

d₀=d_m+(D_m-d_m)/4=30,000+(90,000-30,000)/4=45,000 мм;

Диаметральная деформация беговой дорожки внутреннего кольца при посадке с натягом:

Δd₁=N_эф*d_m/d₀=0,00425*30,000/45,000 = 0,0028 мм =2,8 мкм.

Рисунок 1.2.1. Схема расположения полей допусков сопряжения Æ30L0/js6

Рисунок 1.2.2. Схема расположения полей допусков сопряжения Æ90H7/l0

По ГОСТ 24810 определяем предельные значения теоретических зазоров в подшипнике 406 до сборки:

Нормальная группа

G_{r min}=5 мкм;

G_{r max}=25 мкм.

Средний зазор в подшипнике 406 определяется как полусумма предельных теоретических зазоров:

G_{r ср}=(G_{r min}+G_{r max})/2=(5+25)/2=15 мкм.

Тогда

G_пос=G_{r ср}-Δd₁=15-2,8=12,2 мкм.

Расчет показывает, что при назначении посадки Ø30 L0/j_s6 по внутреннему диаметру зазор в подшипнике качения после посадки будет положительным, заклинивания подшипника не произойдет.

На чертежах общего вида выбранные посадки подшипника качения обозначаются:

- на вал - Æ30 L0/j_S6, где L0 поле допуска внутреннего кольца подшипника 0-го класса точности; k6 поле допуска вала;

- в корпус - Æ90 H7/l0, где H7 поле допуска отверстия корпуса; l0 поле допуска наружного кольца подшипника 0-го класса точности.

По ГОСТ 20226-82 «Подшипники качения. Заплечики для установки подшипников качения. Размеры» определяем диаметры заплечиков вала и корпуса:

Для диаметра вала d=30 мм шариковых подшипников наименьший и наибольший диаметры заплечика соответственно равны =39 мм и =41 мм. Выбираем диаметр заплечика d_a=40 мм.

Для внутреннего диаметра корпуса D=90 мм шариковых подшипников наименьший и наибольший диаметры заплечика соответственно равны =80 мм и =77 мм. Выбираем диаметр заплечика =80 мм.

Исходя из рекомендаций, назначаем следующие требования к шероховатости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника - Rа 1,25; посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника - Rа 2,5; торцов заплечиков валов и корпусов - Rа 2,5.

В ГОСТ 3325 также нормированы требования к форме посадочных поверхностей вала и корпуса, сопрягаемых с кольцами подшипника, и к торцовому биению заплечиков валов и отверстий корпусов:

- допуск круглости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника 3,5 мкм;

- допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности вала под кольцо подшипника 3,5 мкм;

- допуск круглости посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 9 мкм;

- допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 9 мкм.

Следует отметить, что ограничения, наложенные стандартом на форму поверхностей, сопрягаемых с подшипниками, могут не совпадать со стандартными допусками формы по ГОСТ 24643-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения». Однако можно согласовать эти требования за счет ужесточения «расчетных» допусков до ближайших стандартных значений, установленных в общетехнических стандартах. Исходя из этого назначаем допуск круглости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника равным 3 мкм и допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности вала под кольцо подшипника равным 3 мкм, допуск круглости посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника равным 6 мкм и допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника равным 6 мкм.

Стандарт нормирует также торцовое биение заплечиков валов и отверстий корпусов. Из таблицы 5 ГОСТ 3325 выбираем значения:

- допуска торцового биения заплечика вала 21 мкм;

- допуска торцового биения заплечика корпуса 54 мкм.

Суммарное допустимое отклонение от соосности по ГОСТ 3325:

Допуск соосности поверхности вала T_соосн=4*B/10=4*23/10=9,2 мкм;

Допуск соосности поверхности корпуса T_соосн=8*B/10=8*23/10=18,4 мкм.