4.2. Посадки подшипников качения

Подшипники качения являются стандартными изделиями, которые изготавливаются на специальных подшипниковых заводах. Они обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным поверхностям колец (наружный диаметр наружного кольца D и внутренний диаметр внутреннего кольца d). Технические требования на подшипники качения регламентирует ГОСТ 520-2002.

ГОСТ 520-2002 распространяется на шариковые и роликовые подшипники качения с отверстием диаметром от 0,6 до 2000 мм. Этим стандартом установлены следующие классы точности подшипников, указанные в порядке повышения точности:

8, 7, нормальный, 6, 5, 4, 2, Т – для шариковых и роликовых радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников;

8, 7, 0, нормальный, 6Х, 6, 5, 4, 2 – для роликовых конических подшипников.

Допуски на подшипники 7 и 8 классов точности оговариваются особо в нормативных документах.

Классы точности подшипников характеризуются значениями предельных отклонений размеров, формы, расположения поверхностей подшипников. Выбор класса зависит от требований к точности вращения и условий работы механизма. Для большинства механизмов используются подшипники классов нормальный, 0 и 6. Подшипники более высоких классов точности применяются в случае большой частоты вращения или когда требуется высокая точность вращения (шпиндели станков, авиационные двигатели). Класс Т и 2 используется в высокоточных измерительных приборах и машинах.

Для нормирования требований по уровню вибрации или уровня других дополнительных технических требований установлены три категории подшипников А, В, С. К категории А могут относиться подшипники класса точности 5, 4, 2, Т с одним из 16 дополнительных требований. К категории В могут относиться подшипники классов точности 0, нормальный, 6Х, 6, 5 с одним из 9 дополнительных требований. К категории С относятся подшипники классов точности 8, 7, 0, нормальный, 6 к которым не предъявляются дополнительные требования по уровню вибраций, моменту трения и т. д.

На подшипниках должна быть маркировка в соответствии с ГОСТ 3189-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений» и условного обозначения предприятия изготовителя. Слева от основного обозначения, отделяя знаком тире, маркируют: класс точности, группу радиального (осевого) зазора, ряд момента трения и категорию подшипников. Например, А125-3000205, где 3000205 – основное обозначение, 5 – класс точности, 2 – группа радиального зазора, 1 – ряд момента трения, А – категория подшипника.

Для всех подшипников кроме конических для обозначения нормального класса точности применяют знак «0». Для конических подшипников для обозначения нулевого класса точности применяют знак «0», для обозначения нормального класса точности знак «N», для обозначения класса точности 6Х знак «Х». Категорию С не указывают и не маркируют, при этой категории знак «0» не указывают и не маркируют.

Поля допусков присоединительных поверхностей под кольца подшипников, посадки, а также требования к шероховатости поверхности и отклонениям формы и взаимного расположения посадочных поверхностей отверстия и вала, опорных торцевых поверхностей, значение допустимых углов взаимного перекоса колец регламентированы ГОСТ 3325-85 «Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов, посадки».

На рис. 4.2. приведены схемы расположения полей допусков на средние диаметры внешнего и внутреннего колец подшипника.

Рис. 4.2. Схемы расположения полей допусков колец подшипника качения

Основные отклонения подшипников качения обозначаются буквой l – для наружного кольца и буквой L – для внутреннего кольца. Например, поле допуска внутреннего кольца подшипника шестого класса точности будет обозначаться L6, а поле допуска наружного кольца подшипника класса точности 5 будет обозначаться l5.

Именно поля допусков средних диаметров колец подшипников определяют характер сопряжения колец подшипников.

Особенностью системы допусков и посадок колец подшипников заключается в том, что верхние отклонения средних диаметров, как наружного, так и внутреннего колец равно нулю и поле допуска располагаются от нуля вниз (рис. 4.2).

Выбор посадок подшипников качения на вал и в корпус зависит от класса точности, типа и формы подшипника, условий его применения, значения и природы нагрузок и типа нагружения колец подшипников.

В стандарте рассмотрены три основных типа нагружения колец подшипников: местное, циркуляционное и колебательное.

Местное нагружение – когда кольцо находится под действием результирующей радиальной нагрузки F_r, которая имеет постоянное направление (натяжение ремня, вес самого вала и т. д.). Это нагружение воздействует только на часть боковой стороны кольца и передается на соответствующий ограниченный сопряженный участок вала или корпуса. Такое нагружение возникает, например, когда кольцо не вращается относительно нагрузки (наружное кольцо на рис. 13,а или внутреннее кольцо на рис. 4.3,б)

Рис. 4.3. Виды нагружения колец подшипников

Циркуляционное нагружение – происходит, когда вся поверхность кольца находится под воздействием результирующей радиальной нагрузки F_r. Этот тип нагружения возникает, когда кольцо вращается, а радиальная нагрузка постоянна или когда радиальная центробежная сила F_c вращается относительно неподвижного кольца (наружное кольцо на рисунке 4.3,б или внутреннее кольцо на рисунке 4.3,а).

Колебательное нагружение – возникает на наружном кольце, когда действуют совместно постоянная сила F и меньшая вращающаяся сила F_c, внутреннее кольцо испытывает при этом циркуляционное нагружение. Если F_c больше F, тогда внутреннее кольцо испытывает местное нагружение, а наружное циркуляционное см. рис. 4.3,в.

В случае местного нагружения рекомендуется назначать посадки с небольшим зазором, чтобы кольцо подшипника имело возможность смещаться относительно посадочного неподвижного элемента, и нагрузка меняла бы точку действия на кольцо подшипника.

В случае циркуляционного нагружения рекомендуется назначать посадки с натягом, чтобы вращающееся кольцо и контактирующая с ним деталь вращались как одно целое.

При колебательном нагружении рекомендуется применять переходные посадки.

Рекомендуемые поля допусков при посадке подшипников нормального и 6 классов точности в случаях, когда вращается вал корпус неподвижен и наоборот вращается корпус вал неподвижен приведены на рис. 4.4. Поля допусков колец подшипника выделены серым цветом.

Рис. 4.4. Рекомендованные посадки колец подшипника

Поле допуска JS7 применяется только для сопряжения с радиально-упорными подшипниками, а поле допуска js6 и f6 применяется для сопряжения с тугими кольцами упорных шариковых и роликовых подшипниками.

Во время измерения размеров колец подшипников мы получаем различные результаты измерений из-за овальности, конусообразности и других отклонений формы колец. Поэтому ГОСТ 520-2002 устанавливает кроме предельных отклонений среднего внутреннего диаметра d_mp и среднего наружного диаметра D_mp колец подшипников, V_dsp – непостоянство диаметра в единичной плоскости и V_dmp – непостоянство среднего диаметра отверстия в единичной плоскости.

Единичный диаметр d_S (D_S) – расстояние между двумя параллельными линиями, касательными к линии пересечения действительной поверхности отверстия (наружной поверхности) радиальной плоскостью.

Средний диаметр в единичной плоскости d_mp (D_mp) – среднее арифметическое значение наибольшего и наименьшего единичных диаметров отверстия (наружной поверхности) в одной и той же единичной плоскости.

Средний диаметр d_m (D_m) – среднее арифметическое значение наивысшего максимального и наинизшего минимального значений всех единичных диаметров отверстия, полученных для отдельной детали.

Непостоянство диаметра отверстия в единичной плоскости V_dsp указывает на разность между максимальным и минимальным значениями единичных диаметров, измеренных в единичной плоскости. Средний диаметр отверстия в единичной плоскости представляет собой среднеарифметическое значение максимального и минимального диаметров в любой единичной плоскости. Этот параметр в каждой единичной плоскости имеет свое значение. Непостоянство среднего диаметра отверстия в единичной плоскости V_dm есть разность между максимальным и минимальным значениями средних диаметров отверстия в единичной плоскости для всех плоскостей отдельной детали

Подшипник должен быть измерен в нескольких единичных плоскостях по длине подшипника. В каждой единичной плоскости необходимо провести несколько измерений.

Годными считаются те подшипники, у которых средний диаметр отверстия не выходит за пределы поля допуска, а V_dsp и V_dmp не превышают табличных предельных значений.

Предельные отклонения для колец подшипников нормального и 6 классов точности приведены в приложении П.5.

Большое влияние на долговечность работы подшипников качения, устанавливаемых в подшипниковых узлах, оказывает взаимный перекос осей внутреннего и внешнего колец подшипников, вызываемый погрешностями взаимного расположения посадочных поверхностей вала и корпуса, поэтому допускаемые углы взаимного перекоса колец подшипников _max регламентируются ГОСТ 3325–85.

Погрешности взаимного расположения посадочных поверхностей вала и корпуса является следствием погрешности их изготовления и сборки (технологическая погрешность _Т), а также деформации валов и корпусов во время работы узлов. В стандарте установлены: допустимый угол перекоса осей вала и корпуса от технологических погрешностей _Т, _Т  0,5_max; угол вызываемый деформацией валов и корпусов в работающем узле _q, _q  0,2_max; _в – угол перекоса, вызываемый погрешностью обработки вала, согласно стандарта _в  (1/3) _Т; _к – угол перекоса, вызываемый погрешностями обработки и сборки корпуса, _к  (2/3) _Т. По стандарту _Т  _к + _в.

Допустимые углы взаимного перекоса колец подшипников от технологической погрешности и допуски соосности посадочных поверхностей валов и корпуса для некоторых типов подшипников приведены в приложении П.6.5