5. Допуски и посадки подшипников качения

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, так как их собирают методом селективной подборки.

Основными присоединительными поверхностями подшипников качения являются:

1. отверстие во внутреннем кольце радиальных и радиально-упор- ных подшипников или тугом кольце упорных подшипников;

2. наружная поверхность наружного кольца в радиальных и ра- диально-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 (d, D); средние диаметры отверстия внутреннего и наружного колец {d_m, DJ, которые определяются по формулам:

d_m = (d_max + d_min)/2; D_m = (D_max + D_min )/2, где d_max, D_max и d_min, D_min — наибольшие и наименьшие диаметры посадочных поверхностей колец подшипника; радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца относительно его отверстия (R_i); радиальное биение дорожки качения наружного кольца отно­сительно его наружной цилиндрической поверхности (R_a) монтаж­ная высота однорядного конического роликового подшипника (T); непостоянство ширины кольца (U_p).

5.4.1. 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, шпинделя 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 седьмой обозначают серию подшипников всех диаметров, кроме малых (до 9 мм). Основная из особо легких серий обозначается цифрой 1; 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; 1 — 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, угла 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 D принято за основной вал, а внутреннее кольцо диаметром d — 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 «плюс», 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 Ld_m, L0, L6, L5, L4, L2

• для среднего наружного диаметра подшипников lD_m, l0, l6, l5, l4, l2, где Ld_m, lD_m — общее обозначение поля допуска соответ­ственно на средний внутренний d_m и средний наружный D_m диа-

м етры подшипника; L, l — обозначение основного отклонения со­ответственно среднего внутреннего и среднего наружного диамет­ров подшипника.

Поля допусков Ld_m и lD_т посадочных размеров подшипника рас­положены одинаково в «минус» от линии их номинальных средних размеров D_m и d₁ т. е. верхние границы полей допусков совпадают с нулевыми линиями. Поле допуска lD_т на наружный диаметр D_m подшипника располагается аналогично полю допуска основного вала h и обозначается l0, l6, ..., l2 в зависимости от класса точности.

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 d_m, D_m. 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, конусообразности 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 (d, D) и среднего (d_m, D_m) 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 Ra = 0,63—0,32 мкм до Ra = 0,16—0,08 мкм повышает ресурс подшипников более чем в 2 раза, а дальнейшее уменьшение шеро­ховатости до Ra = 0,08—0,04 мкм — еще на 40 % [15]. 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 средневероят- ные параметры в посадках — на рис 5.26, б [18].

5.4.2. ВЫБОР ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ НА ВАЛЫ И В КОРПУСА

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

При выборе посадки учитываются: тип подшипника; частота вра­щения; нагрузка на подшипник (постоянная или переменная по зна­чению и направлению, спокойная или ударная); жесткость вала и корпуса; характер температурных деформаций системы (увеличе­ние или уменьшение натягов при рабочих температурах); способ крепления подшипника (с затяжкой или без затяжки); удобство мон­тажа и демонтажа.

Различают три основных вида нагружения колец: кольцо вращается относительно радиальной нагрузки, подвергаясь так называе­мому циркуляционному нагружению; кольцо неподвижно относительно радиальной нагрузки и подвергается местному нагружению; кольцо нагружено равнодействующей радиальной нагрузкой, которая не совершает полного оборота, а колеблется на определенном участке кольца, подвергая его колебательному нагружению.

На рис. 5.27 приведены основные виды нагружения колец под­шипников, а в табл. 5.12 — характеристика нагружений [25].

Посадку выбирают так, чтобы вращающееся кольцо подшипни­ка было смонтировано с натягом, исключающим возможность его проскальзывания по посадочной поверхности в процессе работы под нагрузкой; другое кольцо при этом должно монтироваться с зазором. В этой связи:

1. при вращающемся вале необходимо иметь неподвижное со­единение внутреннего кольца с валом; наружное кольцо соединять с корпусом с небольшим зазором;

2. при неподвижном вале внутреннее кольцо должно иметь по­садку на валу с необходимым зазором, а наружное кольцо — непод­вижную в корпусе.

Рекомендуемые поля допусков для посадок колец подшипни­ков качения классов точности 0 и 6 и их применения приведены в табл. 5.13 [25].

В подшипниках качения различают исходный, монтажный и ра­бочий зазор. Исходный зазор подшипник имеет в свободном состо­янии. Согласно ГОСТ 24810—81 по типам подшипников установле­ны условные обозначения групп зазоров (обозначают арабскими

цифрами, а одну из них словом «нормальная»). Группы различаются размерами радиального и осевого зазоров. Монтажный зазор полу­чается в подшипнике после его сборки в изделии. Вследствие по­садки одного кольца с гарантированным натягом монтажный зазор всегда меньше исходного. Наиболее важным в подшипнике являет­ся рабочий зазор — зазор между телами качения и дорожками каче­ния при установившемся рабочем режиме и температуре. При зна­чительном рабочем зазоре, возникает большое радиальное биение, а нагрузка воспринимается меньшим числом шариков; при рабочем зазоре близком к нулю, нагрузка распределяется на наибольшее число шариков, поэтому подшипник в данном случае обладает большей долговечностью.

Монтаж подшипника с натягом производят преимущественно но тому кольцу, которое испытывает циркуляционное нагружение.

Динамический коэффициент посадки К₁ зависит от характера нагрузки: при перегрузке до 150 %, умеренных толчках и вибрации К₁ = 1; при перегрузке до 300 %, сильных ударах и вибрации К₁ = 1,8. Коэффициент К₂ (табл. 5.15) учитывает степень ослабления поса­дочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе; при сплошном вале К₂= 1. Коэффициент К₃ учитывает неравномерность распределения радиальной нагрузки F_r между рядами роликов в двух­рядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными ша­рикоподшипниками при наличии осевой нагрузки F_d на опору.

Значения К_ъ3 (табл. 5.16) зависят от величины (F_d/F_r) ctgβ(β— угол контакта тел качения с дорожкой качения наружного кольца, завися­щий от конструкции подшипника). Для радиальных и радиально-упорных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом К₃ — 1.

С увеличением радиальной нагрузки возрастает ее интенсивность P_R (5.71), а следовательно, повышается натяг в посадках.

В посадках подшипников классов 0 и 6 применяют поля допус­ков 7-го квалитета для отверстий корпусов и 6-го квалитета — для валов. Посадки подшипников классов 5 и 4 осуществляют точнее, чем классов 0 и 6, на один квалитет.

№ 6 Нормирование точности резьб и шлицевых соединений.

Для выбора степени точности в зависимости от длины свинчивания резьбы и требований к точности соединения устанавливаются 3 группы длин свинчивания: S – короткие, N – нормальные, L – длинные. Поля допусков сгруппированы в 3 класса точности: точный, средний и грубый. Их используют для сравнительной оценки точности резьбы. Точный класс точности рекомендуется для ответственных статически нагруженных резьбовых соединений; средний класс – для резьб общего применения и грубый для резьб, нарезаемых на горячекатаных заготовках, в длинных глухих отверстиях и т. п. При одном и том же классе точности допуск на средний диаметр при длине свинчивания L рекомендуется увеличивать, а при длине S уменьшать на 1 ступень по сравнению с допусками, установленными для N. Такая система позволяет выбирать точность резьбы в зависимости от конструкции и технологических требований.

6.1 Шлицевые соединения : 1) прямобочные шлицевые соединения; 2) эвольвентные

1) соединения: по впадинам, по вершинам, по боковым поверхностям; базирование : по b, по D, по d, (один элемент базовый, другие с зазором).

Центрирование по внутреннему диаметру d – когда втулка имеет высокую твердость и ее нельзя обработать чистовой протяжкой используют для подвижных соединений.

Центрирование по наружному диаметру D – втулка термически необработанна или когда твердость ее материала после термической обработки допускает калибровку протяжкой, а вал – фрезерование. Такой способ проще и экономичнее. Его используют для неподвижных соединений, для подвижных, воспринимающих небольшую нагрузку; увеличивается соосность; нельзя передавать больших нагрузок.

Центрирование по боковым сторонам зубьев b – не обеспечивается точности соосности деталей и поэтому не может использоваться для передачи больших скоростей и в точных устройствах.

Шлицевые соединения: D – 8  36  40 H8/h7  7 F10/h9;

D – центрирование по наружному диаметру, 8 – число зубьев, 36 – диаметр внутренний, 40 – наружный, H8/h7 – посадка по центрирующему , 7 толщина зуба, F10/h9 – посадка в системе вала.

Резьбовые соединения

Резьбовые соединения широко используются в конструкциях машин,агрегатов, приборов, приспособлений и др. изделий различных отраслей промышленности. Эксплуатационные требования к резьбовым соединениям зависят от их назначения, и допускаемые отклонения должны быть строго регламентированы. Линейные размеры крепежных резьб выражаются в мм. У дюймовых резьб линейные размеры измеряются в дюймах.

Расположение полей допусков метрической крепежной резьбы относительно номинального профиля определяется основным отклонением, верхним для болтов и нижним для гаек. Установлены следующие ряды основных отклонений: для резьб болтов – h, g, e, d, для резьб гаек H, G. Поля допусков резьбовых элементов образуются сочетанием поля допуска на средний диаметр с полем допуска наружного диаметра резьбы. Обозначение поля допуска для среднего диаметра помещают на первом месте, а затем указывают поле допуска наружного диаметра. Отличие в обозначении полей допусков для резьбовых элементов деталей от обозначения полей допусков для гладких элементов заключается в том, что для резьбовых элементов сначала указывается степень точности, т. е. цифра, характеризующая допуск, а потом основное отклонение – буква, характеризующая положение поля допуска относительно номинального размера. ГОСТ16093-81 определяет набор определенных сочетаний основных отклонений и степеней точности резьбовых соединений.

М12-6g – болт.

Обозначение резьбовых элементов должно сочетать в себе следующую информацию:

а) указание о виде резьбы;

б) значение номинального диаметра;

в) значение шага, если он мелкий;

г) специально указывается LH, если резьба левая;

д) поле допуска на средний диаметр;

е) поле допуска на наружный диаметр;

ж) значение длины свинчивания, если она нестандартная.

Например:

М12-4H6g – резьба метрическая, номинальный диаметр 12 мм, с крупным шагом, 4h – степень точности и отклонения среднего диаметра болта, 6g – степень точности и отклонение наружного диаметра болта, длина свинчивания нормальная.

6,2 M20Ч0,75LH-7H/6g – обозначение резьбового соединения, номинальный диаметр 20 мм, шаг

0,75 мм мелкий, резьба левая, 7H – степень точности и отклонения среднего и наружного диаметра гайки, 6g – степень точности и отклонения среднего и наружного диаметра болта.

Влияние погрешностей шага резьбы на свинчивание резьбовых деталей. Погрешностью {отклонением) шага АР называется разность между действительным и номинальным размерами шага. Погрешность шага состоит из местных и прогрессивных погрешностей шага. Местные погрешности вызываются местными погрешностями в шаге многопрофильных резьбонарезных инструментов, местными износами ходовых винтов металлорежущих станков, неоднородностью материала заготовок и другими причинами. Местные погрешности не зависят от длины свинчивания. Прогрессивные погрешности образуются в кинематических цепях резьбонарезания как результат неточностей изготовления и износа звеньев этих цепей, температурных и силовых деформаций динамической системы станок с кинематическими цепями - резьбонарезной инструмент - нарезаемая деталь, а также под действием других факторов.

Прогрессивные погрешности в шаге нарезаемой резьбы возникают пропорционально числу витков на длине свинчивания.

Обычно прогрессивные погрешности превышают местные.

Свинчивание резьбовых деталей, имеющих погрешность шага резьбы, окажется возможным при наличии разности их средних диаметров, полученной в результате уменьшения среднего диаметра резьбы болта или увеличения среднего диаметра резьбы гайки.

Рис. 18. Профиль и основные параметры метрической резьбы для диаметров от 1 до 600 мм

Рис. 19. Основные отклонения для метрической резьбы с зазором

I том Анурьева стр.582.. и II том стр.830..