4. Выбор и расчет посадок подшипников качения (подшипник 6-46115)

Рассматриваемый узел редуктора имеет вал, опорами которого являются два шариковых подшипника с диаметром отверстия 75 мм. Класс точности подшипника – 6.

Данный подшипник относится к шариковым радиальным однорядным открытым, серия диаметров средняя (1), серия ширин – узкая. Основные размеры подшипника:

- номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника d=75 мм;

- номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца D=115 мм;

- номинальная ширина подшипника B=20 мм;

- номинальная высота монтажной фаски r=2 мм.

Определим виды нагружения колец подшипника. Так как передача крутящего момента осуществляется цилиндрическими косозубыми зубчатыми колесами, то в зубчатом зацеплении будет действовать радиальная и осевая нагрузка, постоянные по направлению и по значению. Вал вращается, а корпус неподвижен, следовательно, внутренне кольцо испытывает циркуляционное нагружение, а наружное кольцо – местное. Режим работы подшипникового узла – легкий. ГОСТ 3325 для такого случая рекомендует поля допусков цапфы вала, сопрягаемой с кольцом подшипника качения, k6 или j_s6. Выбираем поле k6 , которое обеспечивает посадку с натягом. Также в на основании рекомендаций стандарта выбираем поле допуска отверстия корпуса H7. Предельное отклонение средних диаметров колец подшипников качения определяем по ГОСТ 520, предельные отклонения вала ø75 k6 и отверстия корпуса ø115 H7 – по ГОСТ 25347-82 “Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки” и расчеты сводим в таблицы (таблица 4.1 и 4.2).

Таблица 4.1. Предельные размеры колец подшипников качения

Размер, мм	ES (es), мкм	EI (ei), мкм	Dm max (dm max), мм	Dm min (dm min), мм
d=75	0	-12	75,000	74,988
D=115	0	-13	115,000	114,987

Таблица 4.2. Предельные размеры цапфы вала и отверстия корпуса

Размер, мм	ES (es), мкм	EI (ei), мкм	Dmax (dmax), мм	Dmin (dmin), мм
d=75	21	2	75,021	75,002
D=115	0	35	115,035	115

Строим схемы расположения полей допусков сопрягаемых деталей подшипникового узла и рассчитываем зазоры (натяги).

По d_m:

N_max=d_max-d_{m min}=75,021-74,988=0,033 мм=33 мкм;

N_min=d_min-d_{m max}=75,002-75,000=0,002 мм=2 мкм;

N_ср=(N_max + N_min)/2=17,5 мкм.

По D_m:

S_max=D_max-D_{m min}=115,035-114,987=0,048 мм=48 мкм;

S_min=D_min-D_{m max}=115,000-115,000=0,000 мм;

S_ср=(S_max+S_min)/2=24 мкм;

T_S=IT_Dm+IT_D=35+13=48 мкм.

Производим проверку наличия в подшипнике качения радиального зазора, который уменьшается по причине натяга при посадке подшипника на вал. В расчете принимаем среднее значение натяга и среднее значение зазора в подшипнике как наиболее вероятные:

N_ср=17,5 мкм;

N_эф=0,85*17,5=0,015 мм;

d₀=d_m+(D_m-d_m)/4=75,000+(115,000-75,000)/4=85,00 мм;

Δd₁=N_эф*d_m/d₀=13 мкм.

По ГОСТ 24810 определяем предельные значения теоретических зазоров в подшипнике 6-46115 до сборки:

G_{r min}=10 мкм;

G_{r max}=30 мкм.

Средний зазор в подшипнике 6 –46115 определяется как полусумма предельных теоретических зазоров:

G_{r ср}=(G_{r min}+G_{r max})/2=(10+30)/2=20 мкм.

Тогда

G_пос=G_{r ср}-Δd₁=20-13= 7 мкм.

Расчет показывает, что при назначении посадки Ǿ75 L6/k6 по внутреннему диаметру зазор в подшипнике качения после посадки будет положительным.

По ГОСТ 20226-82 “Подшипники качения. Заплечики для установки подшипников качения. Размеры” определяем диаметры заплечиков вала и корпуса.

Для диаметра вала d=80 мм шариковых подшипников наибольший и наименьший диаметры заплечика соответственно равны мм и мм. Выбираем диаметр заплечика d_a=80 мм, как предпочтительный размер из ряда Ra20.

Для внутреннего диаметра корпуса D=125 мм шариковых подшипников диаметр заплечика равен D_a=108 мм.

Шероховатость посадочных поверхностей сопрягаемых с кольцами подшипниками деталей зависит от диаметра и класса точности подшипника. По ГОСТ 3325 выбираем требования к шероховатости:

- посадочной поверхности вала под кольцо подшипника Ra 0,63;

- посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника Ra 0,63.

Применим более жесткие требования к шероховатости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника Ra 0,32, посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника Ra 0,32, торцовой поверхности заплечика вала Ra 1,25.

По ГОСТ 3325 выбираем значения:

- допуска круглости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника 5 мкм;

- допуска профиля продольного сечения поверхности вала под кольцо подшипника 5 мкм;

- допуска круглости посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 9 мкм;

- допуска профиля продольного сечения посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 9 мкм.

По ГОСТ 3325 выбираем значения:

- допуск торцового биения заплечика вала 19 мкм;

- допуск торцового биения заплечика корпуса 35 мкм.

Суммарное допустимое отклонение от соосности по ГОСТ 3325:

T_соосн=4*B/10=4*20/10=8 мкм.

Ужесточаем рассчитанный допуск по ГОСТ 24643 и принимаем:

T_соосн=5 мкм.

Соответственно, для поверхностей корпуса T_соосн=8*B/10=16 мкм.

Ужесточаем рассчитанный допуск по ГОСТ 24643 и принимаем:

T_соосн=12 мкм.

4. Выбор и расчет шпоночного соединения (вал Ǿ8 мм, длина шпонки l=110 мм, соединение плотное)

Условное обозначение: Шпонка 2x2x110 ГОСТ 23360-78.

По размеру b:

- паз вала B₁=2 P9 - ширина шпонки b2=2 h9

ES=-31 мкм, es=0

EI=-6 мкм, ei=-30мкм

B_1max=2,000-0,006=1,994 мм b2 max=2,000+0,000=2,000 мм,

B_1min=2,000-0,031=1,969 мм; b2 min=2,000- 0,030=1,970 мм;

- паз втулки B₃=2 P9

ES=-31 мкм,

EI=-6 мкм,

B_{3 max}=2,000-0,006=1,994 мм,

B_3min=2,000-0,031=1,969 мм.

- соединение шпонки b₂=2 h9 c пазом вала B₁=2H9:

S_{1 max}=B_{1 max} – b_{2 min}= 0,024 мм,

N_{1 max}=b_{2 max} – B_{1 min}=0,031 мм.

соединение шпонки b₂=2 h9 с пазом втулки B₃=2 P9

S _{2 max}=B_{3 max} – b_{2 min}= 0,024мм,

N_{2 max}=b_{2 max} – B_{3 min}= 0,031 мм.

0

+

h9

–

-6

-6

P9

P9

-36

-31

-31

По высоте шпонки h:

- глубина паза вала

t₁=1,2^+0,1 мм (ГОСТ 23360),

t_{1 max}=1,3 мм,

t_{1 min}=1,2мм;

- высота шпонки

h=2 h9,

h_max=2,000 мм,

h_min=1,970 мм;

- глубина паза втулки

t₂=1,0^+0,1 мм (ГОСТ 23360),

t_{2 max}=1,1 мм,

t_{2 min}=1,0 мм.

Тогда

S_max=t_{1 max}+t_{2 max} -h_min=1,300+1,100-1,970=0,430 мм,

S_min=t_{1 min}+t_{2 min} –h_max=1,200+1,100-2,000=0,300 мм.

По длине шпонки l=110 мм:

- длина шпонки l₁=110 h14 (ГОСТ 23360),

l_{1 max}=110,000 мм,

l_{1 min}=109,13 мм (ГОСТ 25346);

- длина паза вала

L₂=110 H15 (ГОСТ 23360),

L_{2 max}=111,400 мм,

L_{2 min}=110,000 мм (ГОСТ 25346);

S_max=L_{2 max} – l_{1 min} = 221,850 – 218,850 = 1,400 мм,

S_min=L_{2 min} – l_{1 max} =110,000 – 1100,000 = 0 мм.