Допуски и посадки подшипников качения. Пример выбора и расчёта посадок подшипника качения Посадки подшипников качения на валы

Посадки

Важность правильной посадки

Если подшипник качения с внутренним кольцом посажен на вал только с натягом, может возникнуть опасное кольцевое скольжение между внутренним кольцом и валом. Это скольжение внутреннего кольца, которое называется "проскальзыванием", приводит к кольцевому сдвигу кольца относительно вала, если посадка с натягом недостаточно тугая. Когда возникает проскальзывание, подогнанные поверхности становятся шероховатыми, вызывая износ и значительное повреждение вала. Ненормальный нагрев и вибрация могут также возникнуть из-за абразивных металлических частиц, проникающих внутрь подшипника.

Важно предотвратить проскальзывание, надёжно закрепив с достаточным натягом то кольцо, которое вращается, либо к валу, либо в корпусе. Проскальзывание не всегда можно устранить посредством осевого затягивания через наружную поверхность кольца подшипника. однако, как правило, нет необходимости обеспечивать натяг колец, подвергающихся только статическим нагрузкам. Посадка иногда делается без какого-либо натяга как внутреннего, так и наружного кольца, чтобы приспособиться к определённым рабочим условиям, либо чтобы способствовать установке и разборке. В этом случае для предотвращения повреждения пригоночных поверхностей вследствие проскальзывания, следует рассмотреть смазывание или другие применимые методы.

Условия нагрузки и посадки

Приложение нагрузки	Работа подшипника		Условия нагрузки	Посадка
	Внутреннее кольцо	Наружное кольцо		Внутреннее кольцо	Наружное кольцо
	Вращательная	Статическая	Вращательная нагрузка на внутреннее кольцо, статическая нагрузка на внешнее кольцо	Посадка с натягом	Свободная посадка
	Статическая	Вращательная
	Статическая	Вращательная	Вращательная нагрузка на внешнее кольцо, статическая нагрузка на внутреннее кольцо	Свободная посадка	Посадка с натягом
	Вращательная	Статическая
Направление нагрузки не определяется из-за изменения направления или несбалансированной нагрузки	Вращательная или статическая	Вращательная или статическая		Посадка с натягом	Посадка с натягом

Посадки между радиальными подшипниками и отверстиями корпуса

Примечания к таблице:

1. Настоящая таблица применима к чугунным и стальным корпусам. Для корпусов, сделанных из лёгких сплавов, посадка должна быть плотнее, чем в данной таблице.
2. Не применимо для специальных посадок.

Посадки между радиальными подшипниками и валами

Примечание: Данная таблица применима только к валам из твёрдой стали.

Подшипники качения обладают полной взаимозаменяемостью. Присоединительными размерами подшипника качения являются наружный диаметр D , внутренний диаметр d и ширина кольца B . Допуски на изготовление посадочных поверхностей подшипника не совпадают с допусками по квалитетам, установленными для гладких и цилиндрических поверхностей. Для подшипников качения стандартом (ГОСТ 520-71) предусмотрены 5 классов точности (Р0, Р6, Р5, Р4, Р2). Класс точности указывается перед номером подшипника, при этом буква «Р» может опускаться (Р4-205 или 4-205), а нулевой класс (подшипники общего назначения) может не ставиться.

На рис. П1.5 представлены схемы расположения полей допусков посадочных диаметров колец подшипника и поля допусков сопрягаемых с ними поверхностей для подшипника класса точности Р0 в соответствие с данными табл. П1.8.

Стандартом установлены следующие обозначения полей допусков по классам точности подшипников: для внутренних колец (отверстия) L0 , L6 , L5 , L4 , L2 ; для наружных колец (валы) l0 , l6 , l5 , l4 , l2 (рис. П1.5).При этом допуски на отверстия внутренних колец перевернуты относительно нулевой линии , то есть поле допуска расположено не в тело кольца, как это принято для рядовых деталей, а из тела. В следствие перевернутости поля допуска L все посадки внутреннего кольца сдвигаются в сторону больших натягов - переходные посадки n , m и k становятся посадками с натягом, причем величина натяга в таких посадках несколько меньше по сравнению с нормальными посадками с натягом (от p до zc ), а посадки с зазором h переходят в группу переходных посадок (рис. П1.5).

Режим работы подшипника определяется по отношению динамической эквивалентной нагрузки P к динамической грузоподъемности C : нормальный режим -0,07< P/C £ 0,15 ; легкий режим - P/C £ 0,07 ; тяжелый режим - P/C > 0,15 .

Таблица П1.9

На сборочных чертежах подшипниковых узлов посадку подшипника обозначают в виде дроби после номинального размера посадочного диаметра. Например, посадка с зазором наружного кольца подшипника диаметром 160 мм в корпус: Æ 160 H7/l0 (допускается Æ 160 H7-l0 ); переходная посадка внутреннего кольца подшипника диаметром 90 мм на вал: Æ 90 L0/j s 6 (допускается Æ 90 L0-j s 6 ).

Таблица П1.11

Посадочные поверхности под установку подшипников должны иметь качественную обработку поверхности во избежание смятия и среза местных выступов (шероховатостей) при запрессовке и эксплуатации подшипников. При установке подшипников весьма желательно применение тепловой сборки (нагрев подшипника в масляной ванне с одновременным охлаждением вала твердой углекислотой или жидким азотом). Применяемая обычно в ремонтном производстве силовая сборка резко снижает срок жизни подшипника из-за взаимного перекоса колец после сборки. Перед установкой подшипников посадочные поверхности необходимо смазать жидкой или консистентной смазкой.

Для образования посадок с подшипниками качения из общей системы допусков и посадок (ГОСТ 25347-89) отобрана группа полей допусков, т.е. основных отклонений и квалитетов. Полный набор этих отобранных полей допусков приведен в ГОСТ 3325-85, в котором также рассматриваются вопросы использования этих полей допусков. В этом стандарте выделены посадки, которые используются для основных типов соединений, и посадки ограниченного применения. Естественно, что речь идет о полях допусков и отверстий на элементы деталей обрабатываемых потребителем подшипников. Полный набор полей допусков, используемых при образовании посадок с подшипниками качения, приведен на рис. 41.

Для облегчения студентам выполнения работ при курсовом и дипломном проектировании, а также для работы начинающим специалистам, приведены табл. 6 и 7. содержащие основные поля допусков для валов и отверстий, на которые устанавливаются подшипники качения.

Рис. 41. Поля допусков валов и отверстий посадочных поверхностей для установки подшипников качения

Таблица 6

Поля допусков валов для основных видов сопряжений по кольцу подшипника

Таблица 7

Поля допусков отверстий для основных видов сопряжений

посадочных поверхностей по наружному кольцу подшипника

Как можно видеть из приведенных таблиц, точность присоединительных поверхностей отверстий обычно на один квалитет больше, чем для валов при образовании посадок, т.е. точность отверстия на 60% меньше, чем у вала. Объясняется это тем, что изготавливать и измерять отверстие труднее и дороже, чем вал того же номинального значения, а характер посадки определяется не значениями размера одного из сопрягаемых размеров, а разностью их размеров.

4.2.7. Посадки подшипников качения на валы

и в отверстия корпусов

Как и при образовании посадок в соответствии с единой системой допусков и посадок, посадка подшипников осуществляется в системе отверстия и в системе вала.

Посадки по наружному диаметру подшипника осуществля-ются в системе вала, поскольку с приобретением подшипника одновременно приобретается готовый вал и нет смысла его дополнительно обрабатывать для получения посадок в системе отверстия.

Посадки по внутреннему диаметру подшипника осуществляются в системе отверстия. Поля допусков отверстия подшипника расположены не в плюс, как у обычных основных отверстий, а в минус - для получения большего количества переходных посадок. В этом особенность посадок в системе отверстия по внутреннему кольцу подшипника.

Обозначение посадок подшипников, в принципе, такое же, как в общей системе допусков и посадок, т.е. в виде дроби, когда в числителе указывается поле допуска отверстия, а в знаменателе - поле допуска вала (рис. 42, а). Естественно, что одним из полей допуска является поле допуска кольца подшипника.

Рис. 42. Обозначение на сборочном чертеже посадок подшипников качения

Обозначение может осуществляться несколькими вариантами: обозначение посадки в системе отверстия (по внутреннему кольцу):

Ǿ50 L0/js6; или Ǿ50 L0 - js6; или Ǿ50 ;

обозначение посадки в системе вала подшипника (по наружному кольцу):

Ǿ90 Н7/l 0; или Ǿ90Н7 - l 0; или Ǿ90

Стандартом допускается, а на производстве этим повсеместно пользуются, не указывать поле допуска кольца подшипника (рис. 42, б). Таким образом, но сборочном чертеже допускается вместо посадки указывать только поле допуска размера, который будет обрабатываться по данному чертежу на данном производстве, и не указывать точность (поле допуска) поверхности подшипника. Такая система обозначения многих вполне устраивает (чем меньше надо указывать, тем меньше надо знать), но существенный недостаток этого обозначения в том, что на чертеже не указывается в явном виде точность используемого подшипника.

Подшипник качения представляет собой сложный узел. В общем случае он состоит из наружного и внутреннего колец, тел качения и сепаратора. Телами качения являются шарики, ролики или иглы в игольчатых подшипниках. Подшипники качения обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным поверхностям, что обеспечивает возможность их замены при износе. Кольца подшипников и тела качения обладают неполной взаимозаменяемостью, гак как их собирают методом селективной подборки.

Основными присоединительными поверхностями подшипников качения являются:

• 1) отверстие во внутреннем кольце радиальных и радиально-упорных подшипников или тутом кольце упорных подшипников;
• 2) наружная поверхность наружного кольца в радиальных и радиально-упорных подшипниках или свободном кольце упорных подшипников.

В связи с этим различают посадки внутреннего кольца на вал и наружного кольца в корпус. Требуемый характер соединения обеспечивается выбором соответствующего поля допуска вала или отверстия корпуса при неизменных полях допусков колец подшипника.

Стандартизация посадок подшипников сводится к установлению предельных отклонений посадочных поверхностей колец подшипников, рядов полей допусков для валов и отверстий корпусов, соединяемых с подшипниками.

Точность подшипников качения определяется отклонениями, установленными на геометрические и кинематические параметры, к которым относятся: ширина внутреннего и наружного колец (В); ширина наружного кольца, если внутреннее имеет иную ширину (С); номинальные диаметры отверстия внутреннего кольца и посадочной поверхности наружного кольца (а1. О); средние диаметры отверстия внутреннего и наружного колец (

где и с!^ Отт - наибольшие и наименьшие диаметры посадочных поверхностей колец подшипника; радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца относительно его отверстия радиальное биение дорожки качения наружного кольца относительно его наружной цилиндрической поверхности (Д"); монтажная высота однорядного конического роликового подшипника (Г); непостоянство ширины кольца (1/р).

Классы точности

В зависимости от точности перечисленных выше параметров установлены следующие пять классов точности, обозначаемых (в порядке возрастания точности) 0; 6; 5; 4; 2. Каждому классу точности соответствует свой допуск. Классы точности подшипника выбираются исходя из требований, предъявляемых к точности вращения и условиям работы соединения.

В механизмах, когда требования к точности вращения специально не оговорены, применяют подшипники классов точности 0 и 6. Подшипники классов 5 и 4 применяют при большой частоте вращения и повышенных требованиях к точности вращения (например, шпиндели точных станков). Подшипники класса точности 2 используют в специальных случаях (точные приборы, высокоскоростные подшипниковые узлы).

Подшипники имеют условные обозначения, состоящие из цифр и букв.

Две первые цифры, считая справа, обозначают для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм внутренний диаметр подшипников, деленный на 5. Третья цифра справа совместно с седьмой обозначают серию подшипников всех диаметров, кроме малых (до 9 мм). Основная из особо легких серий обозначается цифрой I; легкая - 2; средняя - 3; тяжелая - 4; легкая широкая - 5; средняя широкая - 6 и т. д.

Четвертая справа цифра обозначает тип подшипника: 0 - радиальный шариковый однорядный; I - радиальный шариковый двухрядный сферический; 2 - радиальный с короткими цилиндрическими роликами; 3 - радиальный роликовый двухрядный сферический; 4- роликовый с длинными цилиндрическими роликами или иглами; 5 - роликовый с витыми роликами; 6 - радиально-упорный шариковый; 7 - роликовый конический; 8 - упорный шариковый; 9 - упорный роликовый.

Пятая или пятая и шестая справа цифры вводятся не для всех подшипников и обозначают их конструктивные особенности. Например, наличие встроенных уплотнений, наличие стопорной канавки, утла контакта шариков в радиально-упорных подшипниках и т. п.

Цифры 6; 5; 4 и 2, стоящие через тире (разделительный знак) перед условным обозначением подшипника, обозначают его класс точности. Класс 0 не указывается.

Например: 5-210. Цифры (две первые справа) 10 обозначают внутренний диаметр подшипника, который равен 10-5 = 50 мм, цифра 2 (третья справа) обозначает серию. В данном случае - легкая серия. Подшипник радиальный шариковый однорядный, так как отсутствуют четвертая, пятая и шестая цифры (см. сноску). Класс точности подшипника - 5.

Для сокращения номенклатуры подшипники изготавливают с отклонениями размеров внутреннего и наружного диаметров, не зависящими от посадки, по которой их будут монтировать. Наружное кольцо диаметром О принято за основной вал, а внутреннее кольцо диаметром й - за основное отверстие. Таким образом, посадки наружного кольца с корпусом осуществляются по системе вала, а посадки внутреннего кольца с валом - по системе отверстия. При этом поле допуска внутреннего кольца расположено в "минус" от номинального размера (вниз от нулевой линии), а не в "па/ос", как у обычного основного отверстия (рис. 5.24).

В этой связи при выборе посадок на вал необходимо иметь в виду, что характер соединения внутреннее кольцо-вал получается с небольшим гарантированным натягом. Характер соединений наружное кольцо-корпус такой же, как в обычных соединениях по системе вала при одинаковой точности изготовления.

ГОСТ 3325-85 устанавливает следующие обозначения полей допусков на посадочные размеры колец подшипников по классам точности (рис. 5.25):

• - для среднего внутреннего диаметра подшипников Ьй^ ¿0, ¿6, ¿5, ¿4, 12;
• - для среднего наружного диаметра подшипников /Д," /0, /6, /5, /4, /2, где Ьйтъ Ют - общее обозначение поля допуска соответственно на средний внутренний йт и средний наружный От диа-

Рис. 5.24.

Рис. 5.25.

метры подшипника; Ьу I- обозначение основного отклонения соответственно среднего внутреннего и среднего наружного диаметров подшипника.

Поля допусков Ьйт и Ют посадочных размеров подшипника расположены одинаково в "минус" от линии их номинальных средних размеров От и

Значения допусков на посадочные размеры подшипника класса точности 0 соответствуют примерно 5-6-му квалитетам, а для подшипников класса точности 2 - 2-3-му квалитетам.

Для обеспечения высокого качества подшипников овальность и средняя конусообразность отверстия и наружной цилиндрической поверхности колец шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников классов точности 5, 4, 2 не должны превышать 0,5 допуска на диаметры (1т, От. Допускаемая овальность посадочных поверхностей колец подшипника в свободном состоянии может быть больше 0,5 допуска на диаметр, но при сборке подшипника и его монтаже кольца выправляются (овальность устраняется). Вследствие овальности, конусообразное™ и других отклонений при измерении подшипников могут быть получены различные значения диаметров их колец в разных сечениях. В связи с этим установлены предельные отклонения номинального (а". О) и среднего (4, А,) диаметров колец.

К шероховатости посадочных и торцевых поверхностей колец подшипников, а также валов и корпусов предъявляют повышенные требования. Особо большое значение имеет шероховатость поверхности дорожек и тел качения. Например, уменьшение шероховатости от Яа = 0,63-0,32 мкм до Яа = 0,16-0,08 мкм повышает ресурс подшипников более чем в 2 раза, а дальнейшее уменьшение шероховатости до Яа = 0,08-0,04 мкм - еще на 40% . Допуск круглости для подшипников класс точности 0 и 6 допускается в пределах половины допуска на диаметр в любом сечении посадочной поверхности, а для класса 5 и 4 - четверть допуска. Допуск цилиндричности допускается в пределах половины допуска на диаметр посадочной поверхности на длине этой поверхности для 0 и 6 класса и четверти допуска на диаметр в любом сечении посадочной поверхности для 4 и 2 классов точности.

Пример назначения и написания посадок колец подшипника 6-308 при условии, что вращается и испытывает циркуляционное нагружение наружное кольцо, приведен на рис. 5.26, а; схемы расположения полей допусков сопрягаемых деталей и средневероятные параметры в посадках - на рис 5.26, и .

Рис. 5.26.

а - вращается и испытывает циркуляционное нагружение наружное кольцо; б схемы расположения полей допусков и средневероятные параметры в посадках

Кольца подшипников имеют малую жесткость, при сборке происходит их деформация. Размеры колец до сборки и после нее отличаются. Поэтому допуски присоединительных диаметров имеют отличие по сравнению с системой допусков и посадок общего назначения.

Предельные отклонения (∆ d тр и ∆ D mp ) для внутреннего и наружного колец определяются по ГОСТ 520 для средних диаметров – d mp и D mp соответственно, как разность между средним диаметром и номинальным его значением:

∆d mp = d mp – d ∆ D mp = D mp – D.

Средний диаметр (d mp ; D mp ) равен полусумме наибольшего (ds max ; Ds max ) и наименьшего (ds min ; Ds min ) действительных значений диаметров определенных двухточечным контактом (измерением) в одной радиальной плоскости (перпендикулярной оси):

d mp = (ds max + ds min)/2;

D mp = (Ds max + Ds min)/2.

Для всех типов и классов точности подшипников верхнее отклонение для наружного и внутреннего колец равно нулю.

Нижние предельные отклонения задаются со знаком минус для обоих колец (см. таблицу 5.9.), что позволяет для присоединительных деталей (вал и корпус) использовать стандартные поля допусков по ГОСТ 25346.

Поля допусков подшипников имеют специальные обозначения: l – для диаметра наружного кольца; L – для диаметра внутреннего кольца с указанием класса точности. Например, L 6; l 6 – допуски внутреннего и наружного колец 6-го класса точности соответственно.

Значения допусков на посадочные размеры подшипника класса точности 0 соответствуют примерно 5 или 6 квалитетам, а для подшипников 2 класса – 2 или 3 квалитетам.

Допуск цилиндричности для колец подшипника допускается в пределах 0,5 от допуска на диаметр посадочной поверхности 0 и 6 классов точности, или 0,25 от допуска на диаметр посадочной поверхности для классов 5; 4; 2; Т .

Особое значение на работоспособность подшипников оказывает шероховатость посадочных поверхностей (R a = 0,2...0,4), а также дорожек и тел качения (R a = 0,1...0,025).

Надежность работы подшипниковых узлов зависит от правильного выбора посадок колец подшипников на вал и в корпус.

5.4 Выбор посадок для колец подшипника

Соединение колец подшипников качения с валами (осями) и отверстиями корпусов производятся в соответствии с ГОСТ 3325. Основные отклонения и поля допусков валов и отверстий корпусов для посадочных мест, предназначенных для монтажа подшипников качения, представлены на рисунке 5.10. Посадка наружного кольца в отверстие корпуса осуществляется по системе вала, причем отклонение наружного кольца подшипника обозначено буквой l , а поле допуска отверстия в корпусе выбирается из рисунка 5.10, а. Внутреннего кольца подшипника имеет отклонение отрицательное, что позволяет использовать для вала стандартные поля допусков (см. рисунок 5.10, б ).

Выбор полей допусков для посадок зависит от типа, размера, класса точности подшипника, от величины, направления и действия нагрузки (радиальная или осевая) и других условий эксплуатации: интенсивности радиальной нагрузки, режима работы (допустимая перегрузка), жесткости вала и корпуса, вида нагружения.

Различают три вида нагружения колец подшипника: циркуляционное, местное и колебательное. Вид нагружения кольца подшипника зависит от того, вращается кольцо или неподвижно, а также как воспринимается радиальная нагрузка.

Вращающееся кольцо испытывает циркуляционный вид нагружения (нагрузку воспринимает кольцо всей окружностью дорожки качения и передает ее посадочной поверхности вала или корпуса), что требует обеспечения неподвижного соединения с сопрягаемой деталью.

Местнонагруженное кольцо воспринимает результирующую радиальной нагрузки ограниченным участком окружности дорожки качения кольца и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса (это наблюдается на не вращающемся кольце). Посадка его обычно производится с гарантированным зазором, чтобы исключить интенсивный местный износ дорожки качения кольца подшипника и заклинивание тел качения.

Колебательный вид нагружения встречается реже. В этом случае оба кольца устанавливаются по переходным посадкам (js ; Js ), обеспечивающим проворачивание колец. При колебательном нагружении на подшипник действуют две радиальные нагрузки: постоянная по величине и вращающаяся вокруг оси. Их равнодействующая не совершает полного оборота, а колеблется на ограниченном участке окружности дорожки качения кольца, например, подшипники дробильных машин, насосов, транспортеров и т.д.

Величина минимального натяга для циркуляционно-нагруженного кольца зависит от интенсивности радиальной нагрузки, определяемой по формуле:

P = R /(B – (r – r 1))K 1 K 2 K 3 ,

где Р – интенсивность радиальной нагрузки, H/мм; кН/м;

R – радиальная реакция опоры в подшипнике, Н; (кН);

В – (r и r 1 ) –- ширина подшипника, мм;

r и r 1 – радиусы закругления на торцах кольца подшипника, мм;

K 1 – динамический коэффициент посадки, зависящий от допустимой перегрузки (принимать K 1 = 1 при перегрузке до 150 %, когда толчки и вибрации умеренные; K 1 = 1,8 при перегрузке до 300 %, когда удары и вибрация сильные);

K 2 – коэффициент, учитывающий ослабление посадочного натяга при пониженной жесткости вала или корпуса (полый вал или тонкостенный корпус); для жесткой конструкции K 2 = 1 (таблица 5.10);

K 3 – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами тел качения в двухрядных роликоподшипниках и сдвоенных шарикоподшипниках при наличии осевой нагрузки на опору определяется (таблица 5.11). Для однорядных подшипников K 3 = 1.

Выбор посадки кольца при циркуляционном виде нагружения производить по таблице 5.12, а для местнонагруженного кольца – по таблице 5.13.

Таблица 5.9 – Предельные отклонения внутреннего и наружного колец подшипника по ГОСТ 520

Рисунок 5.10 – Основные отклонения и поля допусков присоединительных размеров подшипников качения и посадочных мест их монтажа: а – отверстия корпусов;б – валов;I– для обеспечения посадок с зазором;II– для обеспечения посадок с натягом;III– для обеспечения посадок с натягом в тонкостенных корпусах или на полых валах;l d – поле допуска наружного кольца (l 0; l 6; l 5; l 4; l 2; lT );L d – поле допуска внутреннего кольца (L 0; L 6; L 5; L 4; L 2; LT )

Таблица 5.10 – Значение коэффициента К 2

Таблица 5.11 – Значение коэффициента К 3

Таблица 5.12– Выбор посадки для циркуляционно-нагруженного кольца