Рассматриваемый узел редуктора (рис. 15) имеет вал, опорами которого являются два шариковых подшипника с диаметром отверстия 30 мм. Учитывая, что требования к точности вращения вала специально не оговорены, а также то, что данный редуктор не относится к высокоскоростным, принимаем нормальный класс точности подшипников (условное обозначение подшипника 306).
Рис. 15. Фрагмент редуктора
Данный подшипник относится к шариковым радиальным однорядным открытым, серия диаметров средняя (3), серия ширин – узкая. Основные размеры подшипника:
· номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца под-шипника d = 30 мм;
· номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца D = 72 мм;
· номинальная ширина подшипника B = 19 мм;
· номинальная высота монтажной фаски r = 2 мм.
Определяем виды нагружения колец подшипника (местное, циркуляционное, колебательное). Так как передача крутящего момента осуществляется цилиндрическими зубчатыми колёсами, то в зубчатом зацеплении действует радиальная нагрузка, постоянная по направлению и по значению. Вал вращается, а корпус неподвижен, следовательно, внутреннее кольцо испытывает циркуляционное нагружение, а наружное кольцо – местное. Примем легкий режим работы подшипникового узла. ГОСТ 3325 для такого случая рекомендует поля допусков цапфы вала, сопрягаемой с кольцом подшипника качения, k 6 или j s 6. Выбираем поле k 6, которое обеспечивает посадку с натягом (см. рис. 11). Так же на основании рекомендаций стандарта выбираем поле допуска отверстия корпуса Н7 . Предельные отклонения средних диаметров колец подшипника качения определяем по ГОСТ 520, предельные отклонения вала Ø30k 6 и отверстия корпуса Ø72Н 7 – по ГОСТ 25347-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки» и расчеты сводим в таблицы (табл. 16 и 17).
Таблица 16
Предельные размеры колец подшипников качения
Строим схемы расположения полей допусков сопрягаемых деталей подшипникового узла и рассчитываем зазоры (натяги).
По d m :
N max = d max – d m min = 30,015 – 29,990 = 0,025 мм = 25 мкм;
N min = d min – d m max = 30,002 – 30,000 = 0,002 мм = 2 мкм;
N cp = (N max + N min)/2 = (25 + 2)/2 = 13,5 мкм.
Рис. 16. Схема расположения полей допусков сопряжения Ø30L 0/k 6
По D m :
S max = D max – D m min = 72,030 – 71,987 = 0,043 мм = 43 мкм;
S min = D min – D m max = 72,000 – 72,000 = 0,000 мм;
S cp = (S max + S min)/2 = (43 + 0)/2 = 21,5 мкм;
T S = IT Dm + IT D = 30 + 13 = 43 мкм.
Производим проверку наличия в подшипнике качения радиального зазора, который уменьшается по причине натяга при посадке подшипника на вал. В расчетах принимаем среднее значение натяга и среднее значение зазора в подшипнике как наиболее вероятные:
N cp = 13,5 мкм;
N эф = 0,85·13,5 = 11,5 мкм = 0,0115 мм;
d 0 = d m + (D m – d m)/ 4 = 30,000 + (72,000 – 30,000)/4 = 40,5 мм;
Δd 1 = N эф ·d m / d 0 = 0,0115·30/40,5 = 0,0085 мм = 8,5 мкм.
Рис. 17. Схема расположения полей допусков сопряженияØ72Н 7/l 0
По ГОСТ 24810 определяем предельные значения теоретических зазоров в подшипнике 306 до сборки:
G r min = 5 мкм;
G r mах = 20 мкм.
Средний зазор в подшипнике 306 определяется как полусумма предельных теоретических зазоров:
G r cp = (G r min + G r m ах)/2 = (5 + 20)/2 = 12,5мкм.
G пос = G r cp – Δd 1 = 12,5 – 8,5 = 4 мкм.
Расчёт показывает, что при назначении посадки Ø30L0/k6 по внутреннему диаметру зазор в подшипнике качения после посадки будет положительным.
На чертежах общего вида выбранные посадки подшипника качения обозначаются:
· на вал – Ø30L 0/k 6, где L 0 – поле допуска внутреннего кольца подшипника нормального класса точности; k 6 – поле допуска вала.
· в корпус – Ø72Н 7/l 0, где Н 7 – поле допуска отверстия корпуса; l 0 – поле допуска наружного кольца подшипника нормального 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 = 36 мм и = 39 мм. Выбираем диаметр заплечика = 36 мм как предпочтительный размер из ряда Ra 20.
Для внутреннего диаметра корпуса D = 72 мм шариковых подшипников диаметр заплечика равен D a = 65 мм.
Шероховатость посадочных поверхностей, сопрягаемых с кольцами подшипника деталей, зависит от диаметра и класса точности подшипника. Наибольшие значения параметров Rа для посадочных поверхностей валов, отверстий и торцов заплечиков валов и корпусов представлены в табл. 18.
Таблица18
Значения параметров шероховатости Rа
для посадочных поверхностей, сопрягаемых с подшипниками
По ГОСТ 3325, табл. 3, выбираем требования к шероховатости (можно также использовать табл. 18 данного издания):
· посадочной поверхности вала под кольцо подшипника Rа 1,25;
· посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника Rа 1,25;
· торцовой поверхности заплечика вала Rа 2,5.
Исходя из рекомендаций, приведенных в п. 2.2.7, назначаем более жесткие требования к шероховатости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника Rа 0,32, посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника Rа 0,32, торцевой поверхности заплечика вала Rа 1,25.
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.
Из табл. 4 ГОСТ 3325 выбираем значения:
· допуска круглости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника 3,5 мкм;
· допуска профиля продольного сечения посадочной поверхности вала под кольцо подшипника 3,5 мкм;
· допуска круглости посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 7,5 мкм;
· допуска профиля продольного сечения посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 7,5 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 кругло-сти посадочной поверхности корпуса под кольцо подшип-ника 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 табл. 5 ГОСТ 3325 выбираем значения:
· допуска торцового биения заплечика вала 21 мкм;
· допуска торцового биения заплечика корпуса 30 мкм.
Допуск торцового биения заплечика вала можно округлить до значения 20 мкм.
Суммарное допустимое отклонение от соосности, вызванное неблагоприятным сочетанием всех видов погрешностей обработки, сборки и деформации подшипников посадочных поверхностей вала и корпуса под действием нагрузок, оценивается допустимым углом взаимного перекоса θ max между осями внутреннего и наружного колец подшипников качения, смонтированных в подшипниковых узлах. В прил. 7 ГОСТ 3325 приведены числовые значения допусков соосности посадочных поверхностей для валов и для корпусов в подшипниковых узлах различных типов при длине посадочного места В 1 = 10 мм (в диаметральном выражении). При другой длине посадоч-ного места B 2 для получения соответствующих допусков соосности табличные значения следует умножить на B 2 /10. Под-шипник 306 имеет ширину B 2 = 19 мм и относится к группе радиальных однорядных шариковых. Примем нормальный ряд зазоров. Тогда допуск соосности поверхностей вала составит Т соосн = 4·В 2 /10 = 4·19/10 = 7,6 мкм; ужесточаем рассчитанный допуск по ГОСТ 24643 и принимаем Т соосн = 6 мкм. Соответственно для поверхностей корпуса Т соосн = 8·B 2 /10 =
= 15,2 мкм; ужесточаем до значения Т соосн = 12 мкм.
Допуски соосности можно заменить допусками радиального биения тех же поверхностей относительно их общей оси с учетом того, что на те же поверхности обязательно задаются допуски цилиндричности, которые вместе с допусками радиального биения ограничивают такие же отклонения, какие ограничивают допуски соосности.
Рис. 19. Пример обозначения точностных требований
к поверхностям отверстий корпуса, сопрягаемым с подшипником качения
Правильный выбор посадки колец подшипников на вал и в корпус является важным условием нормальной работы подшипников.
Установлено, что незначительное ослабление посадки или появление зазора между внутренним кольцом и валом снижает долговечность подшипника.
Характер сопряжения подшипника с валом и корпусом зависит от величины и направления нагрузки, динамики работы механизма и многих других факторов.
ГОСТ 3325-85 (СТ СЭВ 773-77) устанавливает поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов механизмов под подшипники качения, отвечающие следующим условиям:
1) валы должны быть сплошными или полыми толстостенными;
2) материал валов – сталь;
3) материал корпусов – сталь или чугун;
4) подшипники при работе не должны нагреваться до температуры более 100° С.
Поля допусков обеспечивают по внутреннему и наружному диаметрам подшипника посадки с зазором, переходные посадки и с натягом. Условия работы внутренних и наружных колес в основном зависят от того, вращается или не вращается данное кольцо относительно действующей радиальной нагрузки. В соответствии с этим различают три основных вида нагружения колец: местное, циркуляционное и колебательное.
1. Местным нагружением кольца называют такой вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка постоянно воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения этого кольца и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса.
2.Циркуляционным нагружением кольца называют такой вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка воспринимается и передается телами качения в процессе вращения дорожки качения последовательно всей посадочной поверхности вала или корпуса.
3. Колебательным нагружением кольца называют такой вид нагружения, при котором неподвижное кольцо подшипника подвергается одновременному воздействию радиальных нагрузок, постоянной по направлению и вращающейся. Их равнодействующая совершает периодическое колебательное движение.
В зависимости от вида нагружения подшипников рекомендуются поля допусков на валы и корпуса, приведенные в табл. 29.
В ГОСТ 3325—85 в приложении приведены рекомендуемые поля допусков для установки подшипников качения на вал и в отверстие корпуса в зависимости от конструктивной разновидности подшипников, диапазона диаметра отверстия подшипников и класса точности, вида нагружения, режима работы и конструкции машины или механизма.
В редукторах широко применяется посадка Н7/k6.
Таблица 29
Поля допусков для посадочных поверхностей валов и корпусов
Примечание. Для упорных подшипников при посадке на вал поле допуска j s = 6.
Основные размеры подшипников качения устанавливает ГОСТ 3478-2012 , который распространяется на шариковые и роликовые радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные подшипники качения, устанавливает предпочтительные присоединительные размеры подшипников и наибольшие предельные радиусы галтелей вала и корпуса.
Допуски и предельные отклонения размеров подшипников качения по ГОСТ 25256-82 .
ГОСТ 520-2011 устанавливает для разных типов подшипников качения классы точности: – нормальный, 6, 5, 4, Т, 2 – для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников; – 0, нормальный, 6Х, 6, 5, 4, 2 – для роликовых конических подшипников; – нормальный, 6, 5, 4, 2 – для упорных и упорно-радиальных подшипников. Классы указаны в порядке повышения точности.
Класс точности указывается перед условным обозначением подшипника через разделительную черту, например, 6-308, 5-36210 ; в случае отсутствия дополнительных требований, класс точности 0 не указывается, например 7306 .
Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов устанавливает ГОСТ 3325-85 .
Посадки подшипников качения осуществляют: в корпус – в системе вала, на вал – в системе отверстия. Это означает, что предельные отклонения присоединительных размеров D и d не зависят от посадок. Поле допуска размера D наружного кольца является основным валом и обозначается буквой l (латинская “эль” ) с указанием класса точности подшипника, например:l0, l6, l5 , предельные отклонения D зависят от типа и класса точности подшипника (табл.13) .
Поле допуска размера d внутреннего кольца является основным отверстием и обозначается прописной буквой L и классом точности, например L0, L6, L5, L4 . В отличие от основного отверстия H по ГОСТ 25346-82, поля допусков внутренних колец подшипников расположены в «тело», т.е. в минус, ES = 0 .
Допуски размеров колец не совпадают с допусками IT и при ведены в табл.13 в соответствии ГОСТ 520-2011.
Посадки образуются применением полей допусков (ГОСТ 25346-82) для корпуса и вала и полей допусков наружного и внутреннего колец подшипника (ГОСТ 520-2011) и показаны на рис. 1 .
К посадочным поверхностям под подшипники качения предъявляют повышенные требования к точности формы и качеству поверхности. Отклонения формы поверхностей корпусов и валов не должны превышать для подшипников 0 и 6 классов значений, равных IT/4 , а для подшипников 5 и 4 классов – IT/8 .
Наиболее значительное отрицательное влияние на работоспособность подшипников качения оказывают конусообразность и овальность посадочных поверхностей, поэтому для этих поверхностей указывают допуск круглости и допуск профиля продольного сечения.
Шероховатость поверхностей устанавливается в зависимости от класса точности подшипника и диаметра (табл. 12) .
Выбор посадок подшипников качения
Посадки подшипников качения на вал и в корпус зависят от вида нагружения, величины и характера нагрузок, размера и конструкции подшипника, класса точности подшипника.
Различают три вида нагружения подшипников (ГОСТ 3325-85): местное,циркуляционное и колебательное .
При местном нагружении нагрузка воспринимается ограниченым участком дорожки кольца.
При циркуляционном нагружении радиальная сила воспринимается последовательно всеми элементами дорожки качения.
Колебательное нагружение – комбинированный вид нагружения.
В случае местного нагружения основное отклонение принимается по табл.7 в зависимости от размера, конструкции корпуса (разъемный, неразъемный), уровня перегрузок.
При циркуляционном нагружении посадка выбирается на основе расчета совместных деформаций колец, возникающих вследствие натяга при посадке вращающегося кольца на вал или корпус, с учётом условия обеспечения оптимального радиального зазора в зоне сопряжения тел качения с поверхностью дорожки качения. В упрощенном виде этот расчет сводится к вычислению интенсивности нагружения P R :
P R = (Fr×k 1 ×k 2 ×k 3)/B
где: Fr- расчетная радиальная сила, действующая на опору;
B – посадочная ширина подшипника, мм;
k 1 – коэффициент, учитывающий динамические перегрузки;
k 2 – коэффициент, учитывающий ослабление посадки при полом вале или тонкостенном корпусе;
k 3 – коэффициент, учитывающий влияние осевых сил на перераспределение радиальных сил по рядам тел качения, в случае применения двухрядных конических роликовых подшипников или сдвоенных шарикоподшипников.
Значения k 3 зависят от величины
Fa×ctgα/Fr
где Fa – осевая сила; α – угол контакта, град.
Значения коэффициентов k 1 , k 2 , k 3 находят из табл. 9, 10 и 11 .
В случае циркуляционного нагружения основное отклонение, сопряженной с подшипником детали, принимают по табл.8 , исходя из рассчитанного P R , с учетом диаметра и класса точности подшипника.
Допуски корпусов или валов при местном нагружении кольца подшипника принимают по 7 -му квалитету точности (IT7) , если подшипник 0 -го или 6 -го класса и по IT6 , если 5 -го или 4 -го класса.
Допуски корпусов или валов при циркуляционном нагружении кольца принимают по 6 -му квалитету (IT6) при классе точности подшипника 0 или 6 и по IT5 для 5 -го или 4 -го класса.
Примеры расчета посадок подшипников качения
Рассмотрим пример расчета и выбора посадок подшипников качения, входящих в представленный на рис. 2 узел.
Исходные данные:
подшипник 6-7309 – однорядный конический, 6 -го класса точности;
радиальная реакция опоры Fr = 20000 Н ;
условия работы – удары, вибрация, перегрузка до 300% ;
вал – полый с диаметром отверстия d 1 = 20 мм ;
корпус неразъемный; вращается вал, корпус – неподвижен.
1. По справочнику находим посадочные размеры подшипника – диаметр наружного кольца – D = 100 мм , внутреннего – d = 45 мм , посадочная ширина, т.е. ширина без учёта радиусов закругления – B = 26 мм ;
2. Нижние предельные отклонения колец определяем по табл.13 – eiD = -0,013 мм , EId = -0,01 мм , верхние отклонения равны 0 , тогда D = 100 -0,013 , d = 45 -0,01 .
Вид нагружения колец: наружное – местное, внутреннее – циркуляционное.
3. Основное отклонение корпуса находим по табл.7 с учетом того, что: корпус неразъемный, перегрузка 300% , D = 100 мм ., получим основное отклонение – Н .
Поле допуска отверстия корпуса с учетом класса точности подшипника – Н7 .
Посадка наружного кольца в корпус – 100Н7/l6 . Пользуясь табл. 1 и табл. 2 строим схему расположения полей допусков (рис. 3а ).
4. Основное отклонение валов определятся по интенсивности нагружения P R . Для этого необходимы коэффициенты, входящие в уравнение.
Коэффициент k1 = 1,8 (табл.9) , с учетом перегрузки 300% ;
k2 = 1,6 , т.к. d1/d = 20/45 = 0,44 , а отношение наружнего и внутреннего диаметров подшипника D/d = 100/45 = 2,22 ;
k3 = 1,0 , поскольку подшипник однорядный.
Вычислим интенсивность нагружения:
P R = (20000/26)×1,8×1,6×1,0 =2215 Н/мм .
Допуски и посадки подшипников качения
Для сокращения номенклатуры подшипники изготавливают с отклонениями размеров наружного и внутреннего диаметров не зависимо от посадки, по которой их будут монтировать. Для всех классов точности подшипников верхнее отклонение присоединительных диаметров принято равным нулю. Таким образом, диаметры наружного и внутреннего колец приняты соответственно за диаметры основного вала и основного отверстия, а следовательно, посадку соединения наружного кольца подшипника с корпусом назначают в системе вала, а посадку соединения внутреннего кольца подшипника с валом – в системе отверстия. Однако поле допуска на диаметр отверстия внутреннего кольца расположено в «минус» от номинального размера, а не в «плюс», как у обычного основного отверстия, т.е. не в «тело» кольца, а вниз от нулевой линии (рис. 49).
Такое расположение поля допуска установлено с целью обеспечения сравнительно небольшого натяга в соединении внутреннего кольца подшипника с валом при использовании имеющихся в ЕСКД полей допусков на валы под переходные посадки, с учетом, что в большинстве подшипниковых соединений вращается вал, а корпус с наружным кольцом неподвижны.
Посадка подшипника в корпус в этих же условиях, как будет показано в дальнейшем, должна быть с небольшим зазором, поэтому поле допуска на диаметр наружного кольца располагается в «тело» детали или в «минус», как принято в общем машиностроении для основного вала.
Вследствие овальности конусообразности и других отклонений формы при измерении могут быть получены различные значения диаметра колец подшипников в разных сечениях. В связи с этим стандартом установлены предельные отклонения номинальных , и средних , диаметров колец. Средние диаметры и определяют расчетом как среднее арифметическое наибольшего и наименьшего диаметров, измеренных в двух крайних сечениях кольца.
К шероховатости посадочных и торцовых поверхностей колец подшипников, а также валов и корпусов предъявляют повышенные требования. Например, у колец подшипников класса точности 4 и 2 диаметром до 250 мм параметр шероховатости должен быть в пределах 0,63…0,32 мкм. Особое значение имеет шероховатость поверхности дорожек и тел качения. Уменьшение параметра шероховатости поверхности от 32…0,16 мкм до 0,16…0,08 мкм повышает ресурс подшипника более чем в два раза, а дальнейшее уменьшение параметра шероховатости до 0,08…0,04 мкм – еще на 40 %.
Выбор посадок колец подшипников на вал и в корпус осуществляется согласно ГОСТ 3325-85, исходя из условий работы сборочной единицы, в которую входят подшипники. При этом учитываются: схема работы сборочной единицы (вращается вал с внутренним кольцом или корпус с наружным кольцом); вид нагружения колец и режим работы подшипника.
Практически чаще всего сборочные единицы, содержащие подшипники, работают по схеме, когда вращается внутренне кольцо с валом, а наружное кольцо и корпус неподвижны (рис. 50). В этом случае необходимо обеспечить неподвижность соединения внутреннего кольца подшипника с валом. Это достигается за счет использования полей допусков валов под переходные посадки (основные отклонения , , , ), что, благодаря специфическому расположению поля допуска внутреннего кольца (вниз от нулевой линии), позволяет получить в соединении небольшой, чаще всего гарантированный натяг. Исключение представляет случай, когда предельные отклонения вала расположены симметрично относительно нулевой линии. Однако в этом случае вероятность получения натяга в соединении достаточно велика (96…98 %).
Рис. 50. Схемы полей допусков посадок колец подшипников на вал и в корпус
при вращении вала с внутренним кольцом подшипника
Применять для рассматриваемого соединения валы с полями допусков под неподвижные посадки недопустимо, так как получаемые при этом натяги сильно осложняют условия монтажа и демонтажа подшипников, а в процессе их эксплуатации возможны поломки в связи со значительными внутренними напряжениями в кольцах и шариках и заклинивание тел качения.
Поля допусков валов, как видно из рис. 50, выбирают по системе основного отверстия:
Для подшипников класса точности 0 и 6 − , , , ;
Для подшипников класса точности 5 и 4 − , , , ;
Для подшипников класса точности 2 − , , , .
Если вращается наружное кольцо с корпусом, а внутреннее кольцо и вал неподвижны, то в этом случае необходимо обеспечить неподвижность соединения наружного кольца с корпусом. Соединение внутреннего кольца с валом в рассматриваемом случае должно быть свободным. Поля допусков для отверстий корпусов и поля допусков на валы приведены в справочной литературе по нормированию точности подшипников.
Выбор посадок колец подшипников определяется также видом нагружения и режимом работы.
В случае если сборочная единица работает по схеме, вращается вал с внутренним кольцом, а корпус с наружным кольцом неподвижны, возможны две типовые схемы нагружения подшипника.
Первая типовая схема (рис. 51, а ). Радиальная нагрузка постоянна по величине и направлению. В этом случае внутреннее кольцо подшипника испытывает циркуляционное нагружение , а наружное кольцо – местное нагружение.
При местном нагружении (рис. 51, б ) кольцо подшипника воспринимает радиальную нагрузку , постоянную по направлению, лишь ограниченным участком беговой дорожки и передает ее ограниченному участку корпуса. Поэтому сопряжение наружного кольца подшипника с корпусом должно быть осуществлено по посадке с небольшим средневероятным зазором. За счет наличия зазора данное кольцо в процессе работы под действием отдельных толчков, сотрясений и других факторов будет периодически проворачиваться в корпусе, вследствие чего износ беговой дорожки станет более равномерным и долговечность подшипника существенно возрастет.
Циркуляционное нагружение создается на кольце при постоянно направленной радиальной нагрузке, когда место нагружения последовательно перемещается по окружности кольца со скоростью его вращения (рис. 51, в ). Посадка вращающегося циркуляционно нагруженного кольца должна обеспечивать гарантированный натяг, который исключает возможность относительного смещения или проскальзывания кольца и вала. Наличие вышеуказанных процессов приведет к развальцовке сопрягаемых поверхностей, потере точности, перегреву и быстрому выходу сборочной единицы из строя.
а б в
Рис. 51. Первая типовая схема нагружения подшипника и виды нагружения колей:
а – типовая схема нагружения; б – местное нагружение наружного кольца; в – циркуляционное нагружение внутреннего кольца
Рис. 52. Вторая типовая схема нагружения подшипника и виды нагружения колей:
а – типовая схема нагружения; б – колебательное нагружение наружного кольца
Вторая типовая схема (рис. 52, , схема которого, аналогичная схеме, представленной на рис. 52, в.
Режим работы подшипника принимается в зависимости от его расчетной долговечности. При расчетной долговечности более 10000 часов режим считается легким, при 5000…10000 часов − нормальным и при 2500…5000 часов − тяжелым. При ударных и вибрационных нагрузках, которые испытывают, например, трамвайные и железнодорожные буксы, валы дробильных машин и т.п., режим считается тяжелым независимо от расчетной долговечности.
Выбор правильной посадки, обеспечение требуемой чистоты и значения допусков размеров поверхностей под подшипники является ключевым фактором, обеспечивающим долговечность, надежность механизмов.
Правильная посадка – важнейшее условие работоспособности подшипников.
Исходя из особенностей работы подшипника, кольцо, которое вращается должно закрепляться на опорной поверхности неподвижно, с натягом, а неподвижное кольцо садиться в отверстие с минимальным зазором, относительно свободно.
Установка с натягом вращающегося кольца не дает ему проворачиваться, что могло бы привести к износу опорной поверхности, контактной коррозии, разбалансировке подшипников, развальцовке опоры, чрезмерному нагреву. Так, в основном, выполняется посадка подшипника на вал, который работает под нагрузкой.
Для неподвижного кольца небольшой зазор даже полезен, а возможность проворота не чаще одного раза за сутки делает износ опорной поверхности более равномерным, минимизирует его.
Основные термины
Рассмотрим подробнее основные термины и понятия, определяющие посадки подшипников. Современное машиностроение основано на принципе взаимозаменяемости. Любая деталь, изготовленная по одному чертежу должна устанавливаться в механизм, выполнять свои функции, быть взаимозаменяемой.
Для этого чертеж определяет не только размеры, но и максимальные, минимальные отклонения от них, то есть допуски. Значения допусков стандартизованы единой системой для допусков, посадок ЕСДП, разбиты по степеням точности (квалитетам), приводятся в таблицах.
Их также можно найти в первом томе Справочника конструктора-машиностроителя Анурьева, и ГОСТах 25346-89, а также 25347-82 или 25348-82.
Характеристики
- Автор : Василий Анурьев,
- Количество страниц : 2696
- Год выпуска : 2015
- Издательство : Машиностроение,
- Переплет : Твердый переплет
- Язык издания : Русский
- Тип издания : Отдельное издание
- Вес в упаковке, г : 3960
Справочник конструктора-машиностроителя. Том 1В первом томе приведены общетехнические сведения, справочные данные по материалам, шероховатости поверхности, допускам и посадкам, предельным отклонениям формы и расположения поверхностей, конструктивным элементам деталей, крепежным изделиям,…
Согласно ГОСТ 25346-89 определены 20 квалитетов точности, но в машиностроении обычно используются с 6 по16. Причем, чем ниже номер квалитета, тем выше точность. Для посадок шарико и роликоподшипников актуальны 6,7, реже 8 квалитеты.
В пределах одного квалитета размер допуска одинаков. Но верхнее и нижнее отклонение размера от номинала расположены по-разному и их сочетания на валах и отверстиях образуют различные посадки.
Существуют посадки обеспечивающие гарантию зазора, натяга и переходные, реализующие как минимальный зазор, так и минимальный натяг. Посадки обозначают латинскими строчными буквами для валов, большими для отверстий и цифрой, указывающей на квалитет, то есть степень точности. Обозначения посадок:
- с зазором a, b, c, d, e, f, g, h;
- переходных js, k, m, n;
- с натягом p, r, s, t, u, x, z.
По системе отверстия для всех квалитетов оно имеет допуск H, а характер посадки определяется допуском вала. Такое решение позволяет уменьшить количество необходимых контрольных калибров, инструмента режущего и является приоритетным. Но в отдельных случая используется система вала, в которой валы имеют допуск h, а посадка достигается обработкой отверстия. И именно таким случаем является вращение наружного кольца шарикоподшипника. Примером подобной конструкции могут служить ролики или барабаны натяжные конвейеров ленточных.
Выбор посадки подшипников качения
Среди основных параметров определяющих посадки подшипников:
- характер, направление, величина нагрузки, воздействующей на подшипник;
- точность подшипника;
- скорость вращения;
- вращение или неподвижность соответствующего кольца.
Ключевое условие, определяющее посадку – неподвижность либо вращение кольца. Для неподвижного кольца подбирается посадка с малым зазором и постепенное медленное проворачивание считается положительным фактором, уменьшающим общий износ, препятствующим местному износу. Вращающееся кольцо обязательно сажают с надежным натягом, исключающим проворот по отношению к посадочной поверхности.
Следующим важным фактором, которому должна соответствовать посадка под подшипник на валу или в отверстии, является вид нагружения. Различают три ключевых типа нагружения:
- циркуляционное при вращении кольца относительно постоянно действующей в одном направлении радиальной нагрузки;
- местное для неподвижного кольца относительно радиального нагружения;
- колебательное при радиальной нагрузке колеблющейся относительно положения кольца.
Согласно степени точности подшипников в порядке их увеличения соответствуют пяти классам 0,6,5,4,2. Для машиностроения при нагрузках невысокой и средней величины, например для редукторов, обычным является класс 0, который не указывается в обозначении подшипников. При более высоких требованиях к точности используется шестой класс. На повышенных скоростях 5,4 и только в исключительных случаях второй. Пример шестого класса 6-205.
В процессе реального проектирования машин посадка подшипника на вал и в корпус выбирается в соответствие с условиями работы по специальным таблицам. Они приведены в томе втором Справочника конструктора-машиностроителя Василия Ивановича Анурьева.
Для местного типа нагрузки таблица предлагает следующие посадки.
При условиях циркуляционного нагружения, когда радиальное усилие воздействует на всю дорожку качения, учитывают интенсивность нагружения:
Pr=(k1xk2xk3xFr)/B , где:
k1 – коэффициент перегрузки динамической;
k2 – коэффициент ослабления для полого вала или корпуса тонкостенного;
k3 – коэффициент, определяемый воздействием осевых усилий;
Fr – усилие радиальное.
Значение коэффициента k1 при перегрузках менее, чем в полтора раза, небольшой вибрации и толчках принимают равным 1, а при возможной перегрузке от полутора до трех раз, сильных вибрациях, ударах k1=1,8.
Значения k2 и k3 подбираются по таблице. Причем для k3 учитывают соотношение осевой нагрузки к радиальной, выраженное параметром Fc/Fr x ctgβ.
Соответствующие коэффициентам и параметру интенсивности нагружения посадки подшипников приведены в таблице.
Обработка посадочных мест и обозначение посадок под подшипники на чертежах.
Посадочное место под подшипник на валу и в корпусе должно иметь заходные фаски. Шероховатость посадочного места составляет:
- для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
- для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5 Ra=0,63 а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25;
- для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
- для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5,4 Ra=0,63, а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25.
На чертеже также указывают отклонение формы места посадки подшипников, торцовое биение заплечиков для их упора.
Пример чертежа, в котором указана посадка подшипника на валу Ф 50 к6 и отклонения формы.
Значения отклонений формы принимаются по таблице в зависимости от диаметра, который имеет посадка подшипника на валу либо в корпусе, точности подшипника.
На чертежах указывают диаметр вала и корпуса под посадку, например, Ф20к6, Ф52Н7. На сборочных чертежах можно просто указывать размер с допуском в буквенном обозначении, но на чертежах деталей желательно кроме буквенного обозначения допуска приводить и его численное выражение для удобства рабочих. Размеры на чертежах указываются в миллиметрах, а величина допуска в микрометрах.
