5 Контрольная работа №4

Тема: «Допуски и посадки подшипников качения».

Цель работы: формирование компетенций расчёта допусков и посадок подшипников качения; проверка измеренных размеров подшипников по критерию годности.

5.1 Общие положения

Валы и вращающиеся оси фиксируются на опорах, которые определяют их положение в пространстве, обеспечивают вращение с наименьшими сопротивлениями, воспринимают нагрузки и передают их на неподвижное основание (например, корпус редуктора), на котором эти опоры крепятся. Основной функциональной частью опор являются подшипники.

В зависимости от вида трения подшипники делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.

В зависимости от воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

- радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки;

- упорные, воспринимающие осевые нагрузки;

- радиально – упорные, воспринимающие комбинированную нагрузку, включающую как радиальные, так и осевые силы.

Подшипник – стандартная сборочная единица; дополнительной обработке при сборке не подлежит.

Наиболее универсальные и массовые подшипники – шариковые радиальные.

Рисунок 10 – Схема подшипника качения

Присоединительными поверхностями подшипника качения являются наружный диаметр D наружного кольца подшипника, внутренний диаметр d внутреннего кольца подшипника и торцы колец шириной (рисунок 10). В зависимости от точности изготовления и сборки ГОСТ 520 – 2002 «Подшипники качения. Технические требования» устанавливает девять классов точности, обозначаемых в порядке её возрастания: 8, 7, нормальный (0), 6Х, 6, 5, 4, Т, 2.Подшипники 8 – го и 7 – го классов точности изготавливают по заказу потребителя.

Наружное кольцо подшипника должно сопрягаться с отверстием в корпусе в системе вала, а внутреннее кольцо подшипника должно сопрягаться с поверхностью вала в системе отверстия.

Внутреннее кольцо является основным отверстием, но его поле допуска в отличие от обычного основного отверстия расположено в области отрицательных значений (под нулевой линией).

Такое расположение вызвано тем, что поля допусков валов для соединения с отверстием подшипника выбирают из числа полей допусков ЕСДП. Так как кольца подшипников являются легкодеформируемыми деталями, то требуют при установке применения малых натягов, чтобы избежать заклинивания тел качения между кольцами или даже разрушения колец при сборке.

Таким образом, при сопряжении валов с отверстием, у которого поле допуска расположено в минус от номинального размера (нулевой линии), часть полей допусков валов, которые в системе ЕСДП использовались для получения посадок с небольшим зазором, будут образовывать с отверстием подшипника переходные посадки с небольшими натягами или зазорами, а поля допусков, обычно используемые для переходных посадок, будут образовывать с кольцами подшипников посадки с небольшим натягом (рисунок 11).

Рисунок 11 – Рекомендуемые посадки для различных видов сопряжения

На схемах поля допусков колец подшипников обозначают буквами L и l (соответственно внутреннего и наружного кольца) и цифрами соответствующего класса точности.

Таким образом, для среднего диаметра отверстия подшипника (внутреннего кольца подшипника) установлены поля допусков L0, L6, L5, L4, L2 по классам точности 0, 6, 5, 4, 2 соответственно. Для среднего диаметра вала (наружного кольца подшипника) установлены поля допусков l0, l6, l5, l4, l2 .

Для обеспечения надёжной работы подшипниковых узлов в стандарт введены такие размеры как средний диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника dm, средний диаметр наружного кольца подшипника Dm, а также предельные отклонения для средних значений диаметров наружного Dm и внутреннего dm колец подшипника. Они определяются по результатам действительных измерений наружного D и внутреннего d диаметров подшипника. Действительные значения средних диаметров находят из соотношений:

Dm=0,5 (Dmax+Dmin), (1)

dm=0,5 (dmax+dmin) (2)

При этом требование к среднему диаметру является основным, и посадки осуществляются по значениям среднего диаметра. И если окажется, что размер кольца при измерении находится в поле допуска относительно номинального размера, а размер среднего диаметра выходит за пределы допуска, то такое кольцо считается браком.

Сопряжения подшипников осуществляется при соблюдении следующих соотношений между квалитетами (валов и отверстий) и классами точности:

Квалитеты валов и отверстий 4 5 6 7

Классы точности подшипников 2 4 5 6

Поля допусков отверстий для сопряжений по наружному кольцу подшипника обычно на один квалитет больше, чем для валов, т.е. точность отверстия на 60% меньше, чем у вала. Объясняется это тем, что изготавливать и измерять отверстие труднее и дороже, чем вал того же номинального значения, а характер посадки определяется не значениями размера одного из сопрягаемых размеров, а разностью их размеров.

Если подшипники предназначены для работы при повышенных температурах, то необходимо учитывать неравномерность нагрева их колец, и чем выше температура, тем больший натяг нужно использовать для сопряжения внутреннего кольца.

Посадки выбираются следующим образом: если внутреннее кольцо подшипника вращается относительно нагрузки (это встречается чаще всего в редукторах), то его устанавливают на вал посадкой с натягом (поля допусков вала k6, m6, n6), чтобы исключить проворачивание или обкатывание. Поля допуска диаметра отверстия в подшипнике обозначают L0, L6, L5, L4, L2 в соответствии с классом точности.

Внешнее кольцо подшипника в этом случае устанавливают в корпус с зазором с полем допуска чаще всего Н7. Поля допусков наружного диаметра подшипника – l0, l6, l5, l4, l2. Это делается с целью равномерного изнашивания дорожки качения.

При неподвижном вале соединение внутреннего кольца с валом должно иметь посадку с небольшим зазором, а соединение наружного кольца с корпусом должно быть неподвижным.

С зазором монтируют то кольцо, которое испытывает местное нагружение, так как в этом случае улучшаются условия работы тел качения.

Кольца, которые подвергаются местному нагружению, должны устанавливаться с гарантированным зазором или по переходной посадке при минимальном натяге. Это необходимо для того, чтобы кольцо, подвергаемое местному нагружению, могло в процессе работы иногда проворачиваться, чтобы нагрузка не приходилась постоянно на одно место, так как это может привести к быстрому местному износу. При повороте колец в процессе эксплуатации износ подшипника будет происходить равномерно.

Рекомендуемые посадки для подшипников качения и примеры их применения приведены в ГОСТ 3325 – 85.

Например, Ø90L0/k6 – посадка внутреннего кольца на вал. Ø90L0 – поле допуска внутреннего кольца класса точности 0. Основное отклонение отверстия - L. Ø90k6 – поле допуска вала по 6 – му квалитету.

Ø160Н7/l0 – посадка наружного кольца в корпусе. Ø160Н7 – поле допуска отверстия в корпусе по 7 – му квалитету. Ø160l0 – поле допуска наружного кольца класса точности 0. Основное отклонение – l.

Обозначение на сборочном чертеже посадок подшипников качения указано на рисунке 12.

Рисунок 12 – Пример обозначения на сборочном чертеже посадок подшипника качения

5.2 Порядок выполнения работы

Задание: в соответствии с вариантом, указанным в таблице 16:

1. Подобрать из таблицы 17 и таблицы 18 поля допусков для соединения внутреннего кольца подшипника классов точности 0 и 6 с валом в зависимости от условий работы для сопряжения колец подшипника с валом и корпусом;

2. Начертить схему расположения полей допусков.

3. Рассчитать предельные и средние зазоры и натяги.

4. Определить типы полученных посадок.

5. Проверить измеренные размеры подшипников по критерию годности (см. пример решения);

6. Сделать вывод;

7. Ответить на контрольные вопросы;

8. Подготовиться к защите и защитить практическую работу.

Таблица 16 - Варианты заданий

Вариант	Номинальный диаметр, мм	Измеренные значения внутреннего диаметра, мм		Условия работы
		d1	d2
1	60	60,001	59,697		Ходовые колёса мостовых кранов
2	32	32,000	31,998		Коробка передач автомобилей
3	90	90,005	89,993		Коробки передач тракторов
4	40	40,000	39,984		Электродвигатели мощностью до 100 квт
5	100	100,005	99,995		Сельскохозяйственные машины
6	80	80,001	79,985		Блоки грузоподъёмных машин
7	90	90,001	89,965		Ролики рольгангов тяжёлых станков
8	100	100,005	99,970		Опоры волновых передач
9	63	63,002	62,979		Центрифуги
10	100	100,002	99,973		Колёса тракторов, вагонеток

Таблица 17 - Предельные отклонения, мкм, размеров подшипников радиальных и радиально – упорных (выборка для классов точности 0, 6)

Номинальный диаметр отверстия d, наружный D, мм	Кольцо внутреннее										Кольцо внутреннее и наружное		Кольцо наружное
	отверстие цилиндрическое						Up		Ri		B или C		Dm		D
	dm		d
	-Ei		-Ei		+Es		Не более				-ei		-ei		-ei		+es
Класс точности 0
Св. 2,5 до 10		8		10		2		15		10		120		-		-		-
Св. 10 до 18		8		11		3		20		10		120		8		10		2
Св. 18 до 30		10		13		3		20		13		120		9		11		2
Св. 30 до 50		12		15		3		20		15		120		11		14		3
Св. 50 до 80		15		19		4		25		20		150		13		17		4
Св. 80 до 120		20		25		5		25		25		200		15		20		5
Св. 120 до 150		-		-		-		-		-		250		18		24		6
Св. 150 до 180		-		-		-		-		-		250		25		32		7
Св. 180 до 250		-		-		-		-		-		300		30		38		8
Св. 250 до 315		-		-		-		-		-		35		44		9		60
Класс точности 6
Св. 2,5 до 10	7		8		1		10		6		120		-		-		-
Св. 10 до 18	7		8		1		10		7		120		7		8		1
Св. 18 до 30	8		9		1		10		8		120		8		9		1
Св. 30 до 50	10		11		1		10		10		120		9		11		2
Св. 50 до 80	12		14		2		12		10		150		11		13		2
Св. 80 до 120	15		18		3		12		13		200		13		15		2
Св. 120 до 150	-		-		-		-		-		250		15		18		3
Св. 150 до 180	-		-		-		-		-		250		18		21		3
Св. 180 до 250	-		-		-		-		-		300		20		24		4
Св. 250 до 315	-		-		-		-		-		25		29		4		30

Примечание:1 B - ширина внутреннего и наружного колец, если они одинаковы; C - ширина наружного кольца: Up - непостоянство ширины кольца, Ri- радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца относительно его отверстия.

2 Для средних диаметров наружного и внутреннего колец, а также для ширины внутреннего кольца В или С отклонения es и Es равны нулю.

Таблица 18 - Рекомендуемые поля допусков для установки подшипников качения на вал при заданных условиях, определяющих выбор полей допусков

Примеры машин и подшипниковых узлов	Рекомендуемые поля допусков для подшипников класса точности 0 и 6
Ролики ленточных конвейеров, подвесных дорог, опоры волновых передач	g6 (h6)
Колёса автомобилей, тракторов, вагонеток, самолётов, валки малых прокатных станов	g6, f6, js6 (j6)
Блоки грузоподъёмных машин, ролики рольгангов тяжёлых станков	k6
Сельскохозяйственные машины, центрифуги, редукторы коробок передач станков, цепные передачи	k6, h6, js6 (j6)
Электродвигатели мощностью до 100 квт, коробки передач автомобилей и тракторов, крупные редукторы	k6, js6, m6
Колёса мостового крана	n6, p6, r6

Пример: при измерении внутреннего диаметра подшипника качения получены следующие значения: наибольшийd₁= 100,003мм, наименьший d₂ =99,977мм. Определить годность кольца подшипника, если номинальный размер d = 100мм, класс точности 0.

Решение:

По таблице 17 определяем предельные отклонения:

внутреннего диаметра d:

Es = 0,005 мм; Ei = -0,025 мм;

cреднего диаметраd_m

Es = 0 Ei = -0,020мм;

Определяем предельные размеры:

dmах = 100,005 мм; dmin= 99,975 мм;

d_mmax = 100,000 мм; d_m min = 99,980 мм;

Для установления годности кольца подшипника сопоставляем измеренные значения средние значения с соответствующими предельными размерами:

d₁ = 100,003 мм<dmах = 100,005 мм

d₂ = 99,977 мм>dmin = 99,975 мм;

Действительное значение среднего диаметра d_mопределяем по формуле (2),т.е.

d_m = 0,5(100,003+99,977) = 99,990 мм также находится в пределах допуска.

Кольцо подшипника является годным.

5.3 Контрольные вопросы:

1. Перечислить классы точности подшипников.

2. Какие обозначения полей допусков приняты в соответствии со стандартом?

3. Как направлен допуск кольца подшипника при соединении с валом?

4. По какой системе осуществляют посадки наружного кольца подшипника с корпусом и посадки внутреннего кольца с валом?

5. Сформулировать критерий годности подшипников.

Список использованных источников:

1. Метрология, стандартизация, сертификация на транспорте: учебник для

студ. сред.проф. образования / [И.А. Иванов, С.В. Урушев, А.А.

Воробьёв, Д.П. Кононов]. – М.: Академия, 2009. – 336 с.: ил., табл.

2. Метрология, стандартизация, сертификация в машиностроении: учебник

для студ. учреждений сред. проф. образования / [С.А. Зайцев, А.Н.

Толстов, Д.Д. Грибанов, А. Д. Куранов]. – М.: Академия, 2009. – 288 с.:

ил., табл.

3. Ильянков А.И. Метрология, стандартизация, сертификация в

машиностроении: практикум: учеб.пособие для студ. учреждений сред.

проф. образования / А.И. Ильянков, Н. Ю. Марсов, Л. В. Гутюм. – М.:

Академия, 2012. – 154, [1] с.: ил., табл.

4. Маргвелашвили Л.В. Метрология, стандартизация, сертификация на

транспорте: лабораторно – практические работы: учеб. пособие для студ.

учреждений сред. проф. образования / Л.В. Маргвеашвили. – М.:

Академия, 2011. – 204, [1] с.: ил., табл.

Нормативные документы:

1. ГОСТ 25346 – 89. Основные нормы взаимозаменяемости ЕСДП. Общие

положения, ряды допусков и основных отклонений [Текст]. – Введ. 1990-

01-01. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1989. – 23 с.: ил., табл.

2. ГОСТ 25347 – 82. Основные нормы взаимозаменяемости ЕСДП. Поля

допусков и рекомендуемые посадки [Текст]. – Введ. 1983-07-01. – М.:

ИПК Издательство стандартов, 1982. – 53 с.: ил., табл.

3. ГОСТ 2. 307 – 68. ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений

[Текст]. – Введ. 1971-01-01. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1968. –

22 с.: ил., табл.

4. ГОСТ 520 – 2002. Подшипники качения. Общие технические условия

[Текст]. – Введ. 2003-07-01. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. –

70 с.: ил., табл.

5. ГОСТ 1139 – 80. Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения

шлицевые прямобочные. Размеры и допуски [Текст]. – Введ.1982-01-01.

– М.: ИПК Издательство стандартов, 1980. – 12 с.: ил., табл.

6. ГОСТ 3325 – 85. Подшипники качения. Поля допусков и технические

требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки

[Текст]. – Введ. 1987-01-01. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1985. –

105 с.: ил., табл.

7. ГОСТ 23360 – 78. Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения

шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений

пазов. Допуски и посадки [Текст]. – Введ. 1980-01-01. – М.: ИПК

Издательство стандартов, 1978. – 17 с.: ил., табл.

Интернет-ресурсы:

К1 Библиотека ГОСТов и нормативных документов: список ГОСТов. –

Режим доступа: http: libgost. ru/4. php? cc=001.021.100

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

(справочное)

Таблица 1- Предпочтительные поля допусков отверстий. Предельные отклонения

Интервал размеров	Поля допусков
	H5	G6	H6	K6	G7	H7	K7	H8	E9	D11
	Предельные отклонения, мм
От 1 до 3	+4 0	+8 +2	+6 0	0 -6	+12 +2	+10 0	0 -10	+14 0	+39 +14	+80 +20
Св. 3до 6	+5 0	+12 +4	+8 0	+2 -6	+16 +4	+12 0	+3 -9	+18 0	+50 +20	+105 +30
Св. 6 до 10	+6 0	+14 +5	+9 0	+2 -7	+20 +5	+15 0	+5 -10	+22 0	+61 +25	+130 +40
Св. 10 до 18	+8 0	+17 +6	+11 0	+2 -9	+24 +6	+18 0	+6 -12	+27 0	+75 +32	+160 +50
Св. 18 до 30	+9 0	+20 +7	+13 0	+2 -11	+28 +7	+21 0	+6 -15	+33 0	+92 +40	+195 +65
Св. 30 до 50	+11 0	+25 +9	+16 0	+3 -13	+34 +9	+25 0	+7 -18	+39 0	+112 +50	+240 +80
Св. 50 до 80	+13 0	+29 +10	+19 0	+4 -15	+40 +10	+30 0	+9 -21	+46 0	+134 +60	+290 +100
Св. 80 до 120	+15 0	+34 +12	+22 0	+4 -18	+47 +12	+35 0	+10 -25	+54 0	+159 +72	+340 +120
Св. 120до 180	+18 0	+39 +14	+25 0	+4 -21	+54 +14	+40 0	+12 -28	+63 0	+185 +85	+395 +145
Св. 180до 250	+20 0	+44 +15	+29 0	+5 -24	+61 +15	+46 0	+13 -33	+72 0	+215 +100	+460 +170
Св. 250до 315	+23 0	49 +17	+32 0	+5 -27	+69 +17	+52 0	+16 -36	+81 0	+240 +110	+510 +190
Св. 315 до 400	+25 0	+54 +18	+36 0	+7 -29	+75 +18	+57 0	+17 -40	+89 0	+265 +125	+570 +210
Св. 400 до 500	+27 0	+60 +20	+40 0	+8 -32	+83 +20	+63 0	+18 -45	+97 0	+290 +135	+630 +230

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

(справочное)

Интервал размеров, мм	Значение допуска для квалитета, мкм
	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
До 3	4	6	10	14	25	40	60	100	140	250
Св. 3 до 6	5	8	12	18	30	48	75	120	180	300
Св. 6до 10	6	9	15	22	36	58	90	150	220	360
Св. 10 до 18	8	11	18	27	43	70	110	180	270	430
Св. 18 до 30	9	13	21	33	52	84	130	210	330	520
Св. 30 до 50	11	16	25	39	62	100	160	250	390	620
Св. 50 до 80	13	19	30	46	74	120	190	300	460	740
Св. 80 до 120	15	22	35	54	87	140	220	350	540	870
Св. 120 до 180	18	25	40	63	100	160	250	400	630	1100
Св. 180 до 250	20	29	46	72	115	185	290	460	720	1150
Св. 250 до 315	23	32	52	81	130	210	320	520	810	1300
Св. 315 до 400	25	36	57	89	140	230	360	570	890	1400
Св. 400 до 500	27	40	63	97	155	250	400	630	970	1550

Таблица 2 - Допуски для размеров до 500 мм

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

(справочное)

Таблица 3 - Предпочтительные поля допусков валов

Поля допусков,мм	Поля допусков
	g4		g5		m5		g6		k6		n6			p6	r6		f7		s7		e8		u8		f9	d11	h11
	Предельные отклонения, мкм
От 1 до 3	-2 -5	-2 -6		+6 +2		-2 -8		+6 0		+10 +4		+12 +6	+16 +10			-6 -16		+24 +14		-14 -28		+32 +18		-6 -31		-20 -30	0 -60
От 3 до 6	-4 -8	-4 -9		+9 +4		-4 -12		+9 +1		+16 +8		+20 +12	+23 +15			-10 -22		+31 +19		-20 -38		+41 +23		-10 -40		-30 -105	0 -75
От 6 до 10	-5 -9	-5 -11		+12 +6		-5 -14		+10 +1		+19 +10		+24 +15	+28 +19			-13 -28		+38 +23		-25 -47		+50 +28		-13 -49		-40 -130	0 -90
От 10 до 18	-6 -11	-6 -14		+15 +7		-6 -17		+12 +1		+23 +12		+29 +18	+34 +23			-16 -34		+46 +28		-32 -59		+60 +33		-16 -59		-50 -160	0 -110
От 18 до 24	-7 -13	-7 -16		+17 +8		-7 -20		+15 +2		+28 +15		+35 +22	+41 +28			-20 -41		+56 +35		-40 -73		+74 +41		-20 -72		-65 -195	0 -130
От 24 до 30																						+81 +48
От 30 до 40	-9 -16	-9 -20		+20 +9		-9 -25		+18 +2		+33 +17		+42 +26	+50 +34			-25 -50		+68 +43		-50 -89		+99 +60		-25 -82		-80 -240	0 -160
От 40 до 50																						+109 +70
От 50 до 65	-10 -18	-10 -23		+24 +11		-10 -29		+21 +2		+39 +20		+51 +32	+60 +41			-30 -60		+83 +53		-60 -106		+133 +87		-30 -104		-100 -290	0 -190
От 65 до 80													+62 +43					+89 +59				+148+102
От 80 до 100 От 100 до 120	-12 -22	-12 -27		+28 +13		-12 -34		+25 +3		+45 +23		+59 +37	+73 +51			-36 -71		+106 +71		-72 -126		+178 +124		-36 -123		-120 -340	0 -220
													+76 +54					+114 +79				+198 +144
От 120 до 140 От 140 до 160 От 160 до 180	-14 -26	-14 -32		+33 +15		-14 -139		+28 +3		+52 +27		+68 +43	+88 +63			-43 -83		+132 +92		-85 -148		+233 +170		-43 -143		-145 -395	0 -250
													+90 +65					+140 +100				+253 +190
													+93 +68					+148 108				+273 +210
От 180 до 200 От 200до 225 От 225до 250	-15 -29	-15 -35		+37 +17		-15 -44		+33 +4		+60 +31		+79 +50	+106 +77			-50 -96		+168 +122		-100 -172		+308 +236		-50 -165		-170 -460	0 -290
													+109 +80					+176 +130				+330 +258
													+113 +84					+186 +140				+356 284
От 250до 280 От 280до 315	-17 -33	-17 -40		+43 +20		-17 -49		+36 +4		+66 +34		+88 +56	+126 +94			-56 -108		+120 +158		-110 -191		+396 +315		-56 -186		-190 -510	0 -320
													+130 +98					+222 +170				+431 +350
От 315до 355 От 355до 400	-18 -36	-18 -43		+46 +21		-18 -54		+40 +4		+73 +37		+98 +62	+144 +108			-62 -119		+247 +190		-125 -214		+479 +390		-62 -202		-210 -570	0 -360
													+150 +114					+265 +208				+524 +435
От 400до 450 От 450до 500	-20 -40	-20 -47		+50 +23		-20 -60		+45 +5		+80 +40		+100 +68	+166 +126			-68 -131		+295 +232		-135 -232		+587 +490		-68 -223		-230 -630	0 -400
													+172 +132					+315 +252				+637 +540