3. Расчет и выбор посадок подшипников качения
3.1. Основные теоретические положения системы допусков и посадок подшипников качения
В машинах оси и валы, как правило, устанавливаются на подшипниках качения, благодаря чему уменьшаются габариты опоры качения и одновременно повышается её надёжность. Подшипники качения чувствительны к перекосам (прогибам) вала или оси и несимметричности нагрузок.
Подшипники качения обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным размерам и не полной внутренней между телами качения и кольцами. Комплекты шариков, роликов и кольца подшипников подбирают селективным методом.
Для сокращения номенклатуры подшипники изготавливают с отклонениями размеров внутреннего и наружного диаметров, не зависимо от посадки, по которой их будут мотивировать. Для всех классов точности верхнее отклонение присоединительных диаметров принято равным нулю. Таким образом, диаметры наружного кольца Dm и внутреннего кольца dm приняты соответственно за диаметры основного вала и основного отверстия, а следовательно, посадку соединения внутреннего кольца 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.
Соединения подшипников качения с деталями машин и приборов являются частным случаем гладких цилиндрических соединений, весьма распространённым, но имеющим свои специфические особенности.
Эти особенности определяются централизованным изготовлением подшипников, требующим унификации и стандартизации их присоединительных размеров, и особым влиянием посадки подшипников на условия их монтажа и работы [12].
3.2. Типы подшипников и их классы точности
Конструкция подшипников качения позволяет изготовлять их в массовых количествах как стандартную продукцию, что значительно снижает стоимость производства.
По форме тел качения они разделяются на шариковые и роликовые, по направлению восприятия нагрузки – на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.
Радиальные шариковые подшипники – наиболее простые и дешёвые. Они допускают наибольшие перекосы вала (до ¼º) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньше радиальных. Эти подшипники широко распространены в машиностроении.
Радиальные роликовые подшипники благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые. Однако они не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала. В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с бочкообразными роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально-упорными шариковыми и роликовыми подшипниками. Более подробно с конструкциями подшипников можно ознакомиться в учебнике [1].
Подшипники качения изготовляют с постоянными для данного размера и класса точности допусками.
В соответствии с [13] установлено пять классов точности подшипников, обозначаемых (в порядке повышения точности) L0, L6, L5, L4, L2 (допускается при обозначении подшипников опускать букву L).
Класс точности выбирают исходя из требований к точности вращения и к условиям работы механизма. Для большинства механизмов общего назначения применяют класс точности L0. Подшипники более высоких классов точности используют при больших частотах вращения и при высоких требованиях к точности вращения. Класс точности указывают через тире перед условным обозначением подшипника, например L6–205 (6-й класс точности подшипника) или 6–205. Нулевой класс точности на подшипниках не проставляют. Для обеспечения надежной работы подшипниковых узлов в стандарт введены дополнительно предельные отклонения для средних значений диаметров наружного D и внутреннего d колец подшипника, подсчитываемых по результатам действительных измерений наружного и внутреннего диаметров подшипника. Действительные значения средних диаметров:
,
где Dmax (dmах) и Dmin (dmin) – наибольшие и наименьшие значения диаметров вала, т. е. наружного кольца (отверстия внутреннего кольца) подшипника качения.
Подшипник считают годным, если его средние диаметры, подсчитанные по формуле, не выходят за предельные размеры Dm,max (dm,mах) и Dm,min (dmin), установленные стандартом для средних диаметров.
В соответствии со стандартом приняты следующие обозначения полей допусков: L0, L6, L5, L4, L2 – поля допусков для среднего диаметра отверстия по классам точности подшипников соответственно 0, 6, 5, 4 и 2 (L обозначает основное отклонение для среднего диаметра отверстия подшипника); l0, l6, l5, l4 и l2 – поля допусков для среднего наружного диаметра подшипников по классам точности 0, 6, 5, 4 и 2 (l – обозначает основное отклонение для среднего наружного диаметра подшипника).