9 Допуски и посадки подшипников качения
Подшипники качения служат для поддержки вращающихся валов и осей различных передач. Подшипники качения, работающие при самых разнообразных нагрузках и частотах вращения, должны обеспечивать точность и равномерность перемещений (вращения) подвижных частей машин, а также обладать высокой долговечностью.
Подшипник качения состоит из наружного и внутреннего колец (рисунок 9.1), между которыми помещают тела качения в виде шариков или роликов и сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга.
1 – внутреннее кольцо; 2 – наружное кольцо
Кн - дорожка качения наружного кольца; Кв - дорожка качения внутреннего кольца; В – ширина колец; d – диаметр отверстия во внутреннем кольце1; D – диаметр цилиндрической поверхности наружного кольца 2
Рисунок 9.1 –Шариковый подшипник качения
Точность подшипников качения (ГОСТ520-89) определяется показателями:
- точностью диаметра отверстия и ширины наружного кольца;
- точностью диаметра отверстия и ширины внутреннего кольца;
- точностью форм колец;
- точностью вращения, характеризуемой радиальным и осевым биениями дорожек качения и торцов колец;
- шероховатостью посадочных и торцовых поверхностей колец.
Все типы подшипников качения делят на пять классов точности: 0, 6, 5, 4, 2, (в порядке повышения точности).
В классах высокой точности требования к подшипниках резко ужесточаются. Например, для внутренних колец диаметром 100 мкм допускаемое радиальное биение уменьшается с 25 (для 6 класса точности) до 2,5 мкм (для 2 класса точности). Дорогостоящие подшипники высокого класса точности следует применять только в обоснованных случаях.
В машиностроении подшипники применяют:
- при средних и нормальных нагрузках и скоростях - 0 класса точности;
-при повышенных требованиях к точности вращения в тех же случаях класса точности 6;
- при высокой частоте вращения и требованиях к точности вращения – 4 и 5 класса точности;
- для приборов – 2 класса точности.
Класс точности, кроме класса 0, указывают через тире перед условным обозначением подшипника, например 6-205.
Самые распространенные в машиностроении – подшипники 0 и 6 класса точности. Такие подшипники устанавливаются в отверстия корпуса по 7 квалитету, а на вал – по 6 квалитету.
Подшипники 5 и 4 класса в отверстия корпуса устанавливаются по 6 квалитету, а на вал – по 5 квалитету.
Для соединения подшипников качения с валами и корпусами установлены поля допусков, отобранные из ЕСДП (рисунок 9.2 и 9.3). Эта система обеспечивает взаимозаменяемость подшипников качения по их присоединительным размерам D и d и имеет ряд особенностей:
а) Поля допусков наружного и внутреннего диаметров подшипников качения расположены ниже нулевой линии.
б) Посадки по наружному кольцу приняты в системе вала, а по внутреннему – в системе отверстия.
Рисунок 9.2 – Схема полей допусков наружного кольца подшипника с отверстием корпуса
Рисунок 9.3 – Схема полей допусков внутреннего кольца подшипника с валом
В области допусков на подшипники качения требования устанавливает ГОСТ 25256-82. При выборе полей допусков учитывают тип машины, требования к точности вращения, характер нагрузок и другие эксплуатационные условия, а также тип, размеры и условия монтажа подшипников.
На характер соединения подшипников с деталями механизмов большое влияние оказывает вид нагружения колец подшипников качения. Вид нагружения зависит от того, какое кольцо вращается относительно результирующей радиальной нагрузки, действующей на подшипник.
Различают виды нагружения колец:
- местное – кольцо воспринимает радиальную нагрузку, постоянную по направлению, лишь ограниченным участком дорожки качения и передает соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса (например, условия работы подшипников колес транспортных машин, вращающихся на неподвижных осях);
- циркуляционное – кольцо воспринимает радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее всей посадочной поверхности вала или корпуса;
- колебательное – воспринимает равнодействующую двух радиальных нагрузок ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности корпуса или вала.
На рисунке 9.4,а показан подшипник, на который действует постоянная по направлению нагрузка Рс , вращается наружное кольцо, внутреннее –неподвижно. Этот случай соответствует условиям работы подшипников качения колес транспортных машин, вращающихся на неподвижных осях. Наружное кольцо испытывает циркуляционное, в внутреннее – местное нагружение.
На рисунке 9.4,б показан подшипник с неподвижным наружным кольцом, нагруженный радиальной силой Рv, которая вращается синхронно с внутренним кольцом. В этом случае внутреннее вращающее кольцо испытывает местное нагружение и по отношению к действующей нагрузке является неподвижным, а наружное неподвижное кольцо испытывает циркуляционное нагружение и по отношению силы Рv является вращающимся. Если на такой подшипник действует постоянная по направлению радиальная нагрузка, то внутреннее вращающее кольцо испытывает циркуляционное нагружение, а наружное – местное.
Рисунок 9.4 – Виды нагружения колец
Подшипники качения могут быть нагружены одновременно двумя радиальными силами: Рс имеет постоянное, а Рv переменное направления (рисунок 9.4,в). В этом случае вид нагружения колец определяют по равнодействующей силе Рr, учитывая соотношение сил Рс и Рv, а также фактическое вращение колец. В случае, когда Рс > Рv вектор равнодействующей силы Рr совершает колебательное движение в пределах дуги АВ и на этом же участке нагружает наружное неподвижное кольцо. Такой вид нагружения называют колебательным. Вместе с тем внутреннее кольцо этого подшипника вращается относительно Рr и испытывает циркуляционное нагружение, так как через зону действия Рr, последовательно проходят все точки его дорожки качения.
Кольца, испытывающие местное нагружение, следует устанавливать с зазором или по переходной посадке. Это позволяет кольцу проворачиваться при работе, что способствует равномерному износу кольца подшипника.
При циркуляционном и колебательном нагружении кольца устанавливаются с натягом, так как зазор в сопряжении уменьшает точность вращения и приводит к развальцовыванию более мягкой посадочной поверхности сопряженной детали закаленным кольцом подшипника.
Обозначение посадок подшипников на чертежах указано на рисунке 9.5. Допускается указывать рядом с номинальным размером только поле допуска поверхности, сопряженной с подшипником.
Рисунок 9.5 – Пример обозначения допусков подшипника на чертеже
Виды нагружения колец представлены в таблице 9.1
Рекомендации по выбору полей допусков в посадках подшипников качения на вал представлены в таблице 9.2, а в корпус – в таблице 9.3
Таблица 9.1 – Виды нагружения колец шариковых и роликовых подшипников в зависимости от условий работы
Условия работы |
Виды нагружения |
||
Радиальные нагрузки, воспринимаемые подшипниками |
Какое кольцо вращается |
Внутреннего кольца |
Наружного кольца |
Постоянная по направлению |
Внутреннее |
Циркуляционное |
Местное |
Наружное |
Местное |
Циркуляционное |
|
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Внутреннее |
Циркуляционное |
Колебательное |
Наружное |
Колебательное |
Циркуляционное |
|
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Внутреннее |
Местное |
Циркуляционное |
Наружное |
Циркуляционное |
Местное |
|
1. Постоянная по направлению |
Внутреннее и наружное в одном или противоположном направлениях |
Циркуляционное |
Циркуляционное |
2. Вращающая с внутренним кольцом |
Местное |
Циркуляционное |
|
3. Вращающая с наружным кольцом |
Циркуляционное |
Местное |
|
Таблица 9.2 - Рекомендации по выбору полей допусков в посадках подшипников качения на вал
Условия, определяющие выбор полей допусков |
Разно- вид- ность подшип- ников |
Диаметр отверстия подшип- ника, d, мм |
Класс точности подшипника |
Примеры машин и подшипниковых узлов |
|||
Вид нагруже- ния |
Режим работы |
Р0; Р6 |
Р5; Р4 |
||||
Рекомендуемые поля допусков |
|||||||
Радиальные и радиально – упорные подшипники |
|||||||
Местное нагру- жение внутрен- него кольца (вращающийся корпус) |
Легкий и нормаль-ный |
Шарико-вые и ролико-вые |
Все диаметры |
g6 |
h5, g4 |
Ролики ленточных транспортеров, конвейеров; опоры волновых передач |
|
Нормаль-ный и тяжелый |
g6, f6, js6, h6 |
_ |
Неприводные колеса автомобилей; блоки грузоподъемных машин; ролики рольгангов |
||||
Циркуля- ционное (вращаю-щийся вал) |
Легкий и нормаль- ный |
Шарико-вые |
До100
Св.100 до 140
Св.140 до 250 |
k6, js6
k6, js6, h6 m6 |
k5, h5 js5 k5
- |
Коробки скоростей и подач; шпиндели внутришлифовальных станков; гидромоторы и малогабаритные электро- приборы; центрифуги; центробежные насосы |
|
Ролико-вые |
До40 Св.40 до 140
Св.140 до 250 |
k6, js6 k6, js6, h6 m6 |
k5, js5 k5
- |
||||
Продолжение таблицы 9.2
Условия, определяющие выбор полей допусков |
Разно- вид- ность подшип- ников |
Диаметр отверстия подшип- ника, d, мм |
Класс точности подшипника |
Примеры машин и подшипниковых узлов |
|||
Вид нагруже- ния |
Режим работы |
Р0; Р6 |
Р5; Р4 |
||||
Рекомендуемые поля допусков |
|||||||
Циркуля- ционное или колеба- тельное (вращаю-щийся вал) |
Нормаль-ный и тяжелый |
Шарико-вые |
До100 Св.100до140 Св140до 250 |
k6, js6 m6 n6 |
k5, js5 m5 n5 |
Шпиндели металлорежущих станков; коробки передач автомобилей и тракторов; деревообрабатывающие машины; крупные редукторы; кривошипно-шатунные механизмы |
|
Ролико-вые |
До40 Св.40 до 140 Св.140до200 Cв.200до250 |
k6, js6 m6 n6,p6 n6,p6
|
k5 m5 n5 - |
||||
Упорные подшипники |
|||||||
Нагрузка исключительно осевая |
Упорные одинар-ные |
Все диа- метры |
js6
|
- |
Все подшипниковые узлы |
||
Упорные двойные |
Все диа- метры |
js6, k6
|
- |
||||
Колеба- тельное |
Нагрузки осевая и радиаль-ная,дейст-вующие одновре-менно |
Упор- ные со сфери- ческими роликами |
До 200 Св.200до250 |
k6 m6
|
- - |
Все подшипниковые узлы |
|
Таблица 9.3 - Рекомендации по выбору полей допусков в посадках подшипников качения в корпус
Тип корпуса |
Условия, определяющие выбор полей допусков |
Класс точности подшипника |
Примеры машин и подшипниковых узлов Особен-ности работы наружного кольца |
|||||
Вид нагруже-ния |
Особен-ности работы наружного кольца |
Режим работы подшип-ника |
Р0, Р6 |
Вид нагруже-ния |
||||
Рекоменду-емые поля допусков |
||||||||
Радиальные подшипники |
||||||||
Цельный |
Циркуля-ционное нагруже-ние наружного кольца (вращаю-щийся корпус) |
Наружное кольцо не перемеща-ется в осевом направле-нии |
Тяжелый, конструк-ция тонкостен-ная |
P7 |
P6 |
Колеса самолетов; колеса автомобилей на конических подшипниках; ведущие барабаны гусеничных машин; колеса башенных подъемных кранов |
||
Нормаль-ный и тяжелый |
N7 |
N6 |
Передние колеса автомобилей и тягачей на шарикоподшипниках; коленчатые валы |
|||||
Нормаль-ный нагрузка перемен-ная |
M7 |
- |
Ролики ленточных транспортеров; колеса мостовых подъемных кранов |
|||||
Колеба-тельное (вращаю-щийся корпус или комбинированное вращение) |
Тяжелый, нагрузка динамическая |
M7 |
- |
Электродвигатели, в том числе тяговые |
||||
Нормаль-ный и тяжелый |
K7 |
- |
Коробки передач; задние мосты автомобилей и тягачей; электродвигатели |
|||||
Нормаль-ный и тяжелый (для точных узлов) |
K6;Js6M6 |
Js6; M6; M5 |
Шпиндели тяжелых станков |
|||||
Нагрузка перемен-ная по величине и направле-нию, высокая точность хода |
K6 |
K5; M5 |
Роликоподшипники цилиндрические для шпинделей станков |
|||||
H6 |
Js6;Js5 |
Шарикоподшипники для шлифовальных шпинделей и малых электромоторов |
||||||
Продолжение таблицы 9.3
Тип Кор-пуса |
Условия, определяющие выбор полей допусков |
Класс точности подшипника |
Примеры машин и подшипниковых узлов |
|||||
Вид нагружения |
Особен-ности работы наружного кольца |
Режим работы подшипника |
Р0, Р6 |
Р5, Р4 |
||||
Рекоменду-емые поля допусков |
||||||||
Цель-ный |
Колеба-тельное (вращаю-щийся корпус или комбиниро-ванное вращение) |
Наружное кольцо легко перемеща-ется в осевом направле-нии |
Легкий, нагрузка перемен-ного направ-ления, высокая точность хода |
H7;H6 |
H6;H5 |
Высокоскоростные двигатели для оборудования и высокочастотных приборов |
||
Цель-ный или разъ-ем-ный |
Местное нагруже--ние наружного кольца (вращаю-щийся вал) |
Наружное кольцо имеет возмож-ность перемещ-ения в осевом направле-нии |
Тяжелый и нормальный |
Js7 |
Js6 |
Электродвигатели; насосы; шпиндели металлорежущих станков |
||
Нагрузка динамическая различной величины |
Js7;H7 |
- |
Большинство подшипниковых узлов общего машиностроения; колесные пары железнодорожного транспорта и трамваев |
|||||
Нормальный или легкий, теплоотдача через вал |
G7 |
- |
Сушильные цилиндры бумагоделательных машин |
|||||
H8 |
- |
Трансмиссионные валы; сельскохозяйственные машины |
||||||
Упорные подшипники |
||||||||
Цель-ный |
Нагрузка только осевая |
Наружное кольцо имеет возмож-ность переме-щения в корпусе |
Нормальный |
E8 |
- |
Все типы упорных подшипников |
||
Тяжелый |
H8;H9 |
H6 |
Подшипники шариковые |
|||||
G7 |
G6 |
Подшипники роликовые конические |
||||||
Местное нагружение (вращаю-щийся вал) |
Тяжелый и нормальный, нагрузки осевые и радиальные |
Js7 |
- |
Подшипники упорные со сферическими роликами общего применения |
||||
Циркуля-ционное нагружение (вращаю-щийся корпус) |
Наружное кольцо имеет воз-можность перемеще-ния в корпусе
|
Тяжелый, нагрузки осевые и радиальные |
K7 |
- |
Тяжелые станки |
|||
Тяжелый, нагрузки радиальные |
M7 |
- |
Вертикальные валы турбин |
|||||
Таблица 9.4 – Предельные отклонения диаметра отверстия внутренних колец радиальных и радиально – упорных подшипников
Интервал диаметров d, мм |
Класс точности подшипников |
||||
Р0 |
Р6 |
Р5 |
Р4 |
Р2 |
|
Нижнее предельное отклонение (EI) диаметра d, мкм |
|||||
Св. 2.5 до 10 |
-8 |
-7 |
-5 |
-4 |
-2,5 |
Св. 10до 18 |
-8 |
-7 |
-5 |
-4 |
-2,5 |
Св. 18до 30 |
-10 |
-8 |
-6 |
-5 |
-2,5 |
Св. 30до 50 |
-12 |
-10 |
-8 |
-6 |
-2,5 |
Св. 50до 80 |
-15 |
-12 |
-9 |
-7 |
-4 |
Св. 80до 120 |
-20 |
-15 |
-10 |
-8 |
-5 |
Св120до 180 |
-25 |
-18 |
-13 |
-10 |
-7 |
Таблица 9.5 – Предельные отклонения наружного диаметра наружных колец радиальных и радиально – упорных Кроме конических) подшипников
Интервал диаметров D, мм |
Класс точности подшипников |
||||
Р0 |
Р6 |
Р5 |
Р4 |
Р2 |
|
Нижнее предельное отклонение (EI) диаметра D, мкм |
|||||
Св. 2.5 до 6 |
-8 |
-7 |
-5 |
-4 |
-2,5 |
Св. 6 до 18 |
-8 |
-7 |
-5 |
-4 |
-2,5 |
Св. 18 до 30 |
-9 |
-8 |
-6 |
-5 |
-4 |
Св. 30 до 50 |
-11 |
-9 |
-7 |
-6 |
-4 |
Св. 50 до 80 |
-13 |
-11 |
-9 |
-7 |
-4 |
Св. 80 до 120 |
-15 |
-13 |
-10 |
-8 |
-5 |
Св.120 до150 |
-18 |
-15 |
-11 |
-9 |
-5 |
Св.150 до180 |
-25 |
-18 |
-13 |
-10 |
-7 |
Таблица 9.6 – Предельные отклонения диаметров посадочных поверхностей роликовых конических подшипников
Посадочная поверхность |
Интервал диаметров, мм |
Класс точности подшипников |
||
Р0 |
Р6; Р5 |
Р4 |
||
Нижнее предельное отклонение диаметра, мкм |
||||
Диаметр отверстия внутреннего кольцаd |
Св. 10до 18 |
-8 |
-7 |
-5 |
Св. 18до 30 |
-10 |
-8 |
-6 |
|
Св. 30до 50 |
-12 |
-10 |
-8 |
|
Св. 50до 80 |
-15 |
-12 |
-9 |
|
Св. 80до 120 |
-20 |
-15 |
-10 |
|
Св120до 180 |
-25 |
-18 |
-13 |
|
Наружный диаметр наружного кольца D |
Св. 10до 18 |
-9 |
-6 |
-6 |
Св. 18до 30 |
-11 |
-9 |
-7 |
|
Св. 30до 50 |
-13 |
-11 |
-9 |
|
Св. 50до 80 |
-15 |
-13 |
-10 |
|
Св. 80до 120 |
-18 |
-15 |
-11 |
|
Св120до 180 |
-25 |
-18 |
-13 |
|
Исходные данные к заданию «Нормирование точности соединений с подшипниками качения»
Ва ри- ант
|
Условия нагрузки |
Режим работы |
Вид подшип- ника |
Размеры диамет- ров подшип- ника, мм |
Обозна- чение подшип- ника |
Тип корпуса |
|
Радиальная нагрузка, воспринимаемая подшипником |
Какое кольцо вращается |
||||||
1 |
1 Постоянная по направлению |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=25 D=47 |
6-105 |
Цельный |
2 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Внутреннее |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=40 D=80 |
7208 |
Цельный или разьемный |
3 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=30 D=62 |
206 |
Цельный |
4 |
1 Постоянная по направлению |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=20 D=52 |
6-7304 |
Цельный или разьемный |
5 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Наружное |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=50 D=130 |
410 |
Цельный |
6 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=35 D=72 |
7507 |
Цельный |
7 |
1 Постоянная по направлению |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=50 D=80 |
5-110 |
Цельный |
8 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Внутреннее |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=70 D=125 |
5-7214 |
Цельный или разьемный |
9 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=45 d=100 |
4-309 |
Цельный |
10 |
1 Постоянная по направлению |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=25 D=62 |
5-7305 |
Цельный или разьемный |
11 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Наружное |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=70 D=125 |
5-214 |
Цельный |
12 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=30 D62 |
5-7206 |
Цельный |
13 |
1 Постоянная по направлению |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=25 D=47 |
6-105 |
Цельный или разьемный |
14 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Внутреннее |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=40 D=80 |
7208 |
Цельный |
15 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=30 D=62 |
206 |
Цельный или разьемный |
16 |
1 Постоянная по направлению |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=20 D=52 |
6-7304 |
Цельный |
17 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Наружное |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=50 D=130 |
410 |
Цельный |
18 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=35 D=72 |
7507 |
Цельный или разьемный |
19 |
1 Постоянная по направлению |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=50 D=80 |
5-110 |
Цельный |
20 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Внутреннее |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=70 D=125 |
5-7214 |
Цельный или разьемный |
21 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Внутреннее |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=45 d=100 |
4-309 |
Цельный |
22 |
1 Постоянная по направлению |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=25 D=62 |
5-7305 |
Цельный |
23 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и меньшая по величине |
Наружное |
Нормальный и тяжелый |
Шариковый |
d=70 d=125 |
5-214 |
Цельный или разьемный |
24 |
1. Постоянная по направлению; 2. Вращающая и большая по величине |
Наружное |
Легкий и нормальный |
Роликовый |
d=30 D62 |
5-7206 |
Цельный |