Нормирование точности и технические измерения

зазора при сборке. Сортировка и, последующая селективная сборка (с учетом затрат на приобретение и эксплуатацию обо­ рудования) в данном случае оказывается рентабельнее, чем об­ работка поверхностей деталей с очень жесткими допусками.

Д ля ш ариковы х радиальны х и радиально упорных под­ ш ипников и для роликовых радиальны х подш ипников уста­ новлены следующие классы точности подш ипников: 8, 7, нормальный, 6, 5, 4, Т, 2 (обозначения указаны в порядке возрастания точности).

ГОСТ 520-2002 «Подш ипники качения. Общие техниче­ ские условия» устанавливает нормы точности для подш ип­ ников всех классов точности, кроме 7 и 8. Нормы точности для таких подшипников устанавливаю тся в отдельных нор­ мативных документах. П одш ипники классов точности 7 и 8 изготавливают по заказу при пониж енных требованиях к точ­ ности вращ ения деталей.

Для роликовых конических подш ипников установлены классы точности 8, 7, 0, нормальный, 6Х, 6, 5, 4, 2.

В обозначениях всех подш ипников нормальный класс точ­ ности указываю т цифрой 0 (кроме роликовых конических подш ипников). Для роликовых конических подш ипников ну­ левой класс точности обозначают цифрой 0, а нормальный - буквой N .

Примеры обозначений (без указания слова «подшипник» и номера стандарта) с указаниям и классов точности:

А5 - 307; 205; X - 307; N - 312.

Знак 0 для соответствующих классов точности включают в обозначение, только в тех случаях, если слева от него тоже есть знак м аркировки, например:

ВО - 205.

Категории подшипников А, В и С (ГОСТ 520-2002) уста­ новлены для ограничения уровня вибрации, установления до­ пускаемых значений уровня вибрации или уровня других до­ полнительных технических требований.

К категории А относят подш ипники классов точности 5, 4, Г, 2, отвечающие повышенным дополнительным требовани­ ям, которые регламентируют уровень вибрации, волнистость и отклонения от круглости поверхностей качения, значения осевого и радиального биений, а такж е момент трения и угол контакта, соответствующие следующему более высокому клас­ су точности.

261

К категории В относят подш ипники классов точности О нормальны й, 6Х, 6, 5, отвечающие повышенным дополни­ тельным требованиям (соответствующим следующему более высокому классу точности) к уровню вибрации, волнистости и нормам отклонений от круглости поверхностей качения, зна­ чения осевого и радиального биений и установленным нормам момента трения и угла контакта, высоты подш ипников, их монтажной высоты и ш ирины .

Конкретные значения дополнительных технических требо­ ваний устанавливаю т в нормативны х документах на подш ип­ ники категорий А, В или в конструкторской документации, утвержденной в установленном порядке.

К категории С относят подш ипники классов точности 8, 7, О, нормального и 6, к которым дополнительные повышенные требования не предъявляю т.

Категорию подш ипника А или В указываю т перед обозна­ чением класса точности. Категорию С в обозначении подш ип­ ника не указы ваю т.

Основными показателям и точности подшипников и их де­ талей являю тся:

-точность размеров присоединительных поверхностей (d, d , D, В>т). Средние диаметры (dm, Dm) поверхностей нормиру­ ют наряду с предельными размерами, поскольку при наличии таких отклонений формы, как овальность и кону сообразность, существенные различия диаметров в разных сечениях могут привести к недопустимому перераспределению радиального зазора после посадки подш ипника. Средний диаметр опреде­ ляю т расчетом как среднее арифметическое наибольшего и наименьш его значений диаметра, измеренных в двух ради­ альны х сечениях кольца;

-точность формы и располож ения поверхностей колец (ра­

диальное и торцовое биение, непостоянство ш ирины колец);

-точность размеров и формы тел качения;

-боковое биение по дорожкам качения внутреннего и на­ ружного колец;

-шероховатость рабочих поверхностей колец и тел качения. Эти показатели определяют равномерность распределения

нагрузки на тела качения при работе подш ипника, точность вращ ения и в значительной мере срок его службы.

При контроле присоединительных размеров колец подшипни­ ков измеряют диаметры отверстия внутренних колец и присое­

262

динительные диаметры наружных колец. В результате получают значения наибольшего и наименьшего диаметров, определяют значения среднего диаметра и непостоянства диаметров.

Значения средних диаметров принимаю т за основу при на­ значении посадок колец подш ипника на вал и в корпус.

Диаметры отверстия внутреннего кольца измеряю т в двух сечениях по высоте подш ипника в соответствии со схемами, приведенными на рис. 3.84.

Рис. 3.84. Схемы измерения отверстия внутреннего кольца

подшипника

Для контроля подш ипник кладут на торец, а в контроль­ ном сечении используют две точечные опоры, образующие «обратную призму», или одну опору, что позволяет измерить собственно диаметр отверстия. При использовании одной то­ чечной опоры осуществляют вспомогательное перемещение кольца для выхода на линию диаметра (поиск экстремального размера). После измерения в одном сечении по высоте под­ шипник переворачивают, кладут на противоположный торец и измеряют во втором сечении. Диаметры наруж ны х колец подшипников измеряю т подобным образом в соответствии со схемами, приведенными на рис. 3.85.

Контроль ш ирины колец подш ипников проводят в соответ­ ствии со схемой, представленной на рис. 3.86.

Стандартное сопряжение подш ипника с ответными деталя­ ми образуется как сочетание полей допусков присоединитель­ ных размеров подш ипниковых колец со стандартными поля­ ми допусков валов и отверстий. Требуемой точности посадки

263

Рис. 3.85. Схемы измерения посадочных размеров наружного кольца подшипника

Рис. 3.86. Схема измерения ширины колец подшипника

достигают за счет перераспределения точности сопрягаемых деталей, в частности, использования более ж естких допусков на присоединительные размеры колец подшипников. Такой подход привел к созданию специальных стандартов на по­ садочные размеры подш ипников качения и на посадки под­ ш ипников. Стандарты на посадки подшипников регламенти­ руют не только поля допусков размеров деталей, сопрягаемых с подш ипниками, но и другие дополнительные требования к точности их геометрических параметров.

Расположение полей допусков присоединительных разме­ ров подш ипниковых колец (рис. 3.87) стандартизовано таким образом, чтобы получить необходимые для практики их со­

264

четания со стандартными полями допусков, которые наиболее часто используются в общем маш иностроении.

б

Рис. 3.87. Примеры расположения полей допусков:

а- для посадок валов во внутреннее кольцо подшипника;

б- для посадок наружного кольца подшипника в корпус

Посадки подш ипника на вал должны, как правило, обе­ спечивать натяг, но стандартные посадки с натягом в данном случае не годятся, поскольку они могут привести к исчезно­ вению радиального зазора из-за значительной деформации ко ­ лец. Для образования посадок со сравнительно малы ми гаран­ тированными натягами поле допуска отверстия внутреннего кольца подш ипника расположено односторонне от номинала в «воздух» (рис. 3.87, а), а не в «тело детали», как это принято для основного отверстия. В результате сочетание такого поля

265

ш ипников качения вполне достаточно использование стан­ дартны х полей допусков отверстий корпусов в сочетании с традиционно располож енным, но более узким полем допуска вала, т.е. наружного кольца подш ипника (рис. 3.87, б). Повы­ ш енные требования к точности присоединительных размеров подш ипников привели к стандартизации допусков наружных колец подш ипников, которые отличны от обычных допусков на гладкие валы, назначаемы х по квалитетам .

Н а рис. 3.87 представлены принципиальные схемы некото­ рых подш ипниковых посадок (без указания классов точности подш ипников и квалитетов сопрягаемых с ними поверхно­ стей). Представленные схемы располож ения полей допусков колец подш ипников по присоединительным размерам и полей допусков сопрягаемых с ними валов и отверстий показывают возможность получения посадок с зазором, натягом и пере­ ходных по любому из колец подш ипника.

Посадки подшипников качения

Выбор полей допусков поверхностей валов и корпусов, сопряж енны х с кольцам и подш ипников, регламентируется ГОСТ 3325-85. Этот стандарт распространяется на посадоч­ ные поверхности валов и отверстий корпусов под подшипники качения, отвечающие следующим требованиям:

1. Валы стальные, сплошные или полые толстостенные с от­ ношением диаметров d / d Q> 1,25, где d - диаметр вала, dQ- диа­ метр отверстия в нем.

2. М атериал корпусов - сталь или чугун.

3. Температура нагрева подш ипников при работе - не выше

100 °с.

Выбор посадки кольца подш ипника, который сводится к выбору полей допусков сопрягаемых с кольцами подшипни­ ков поверхностей (вала и отверстия корпуса), зависит от сле­ дующих факторов:

- вид нагруж ения кольца подш ипника; - реж им работы подш ипника;

-соотношение эквивалентной нагрузки Р и динамической грузоподъемности С (значение С берут из каталога);

-тип, размер и класс точности подш ипника.

Различаю т три основных вида нагруж ения колец подшип­ ника: местное (М), циркуляционное (Ц) и колебательное (К) (рис. 3.88).

266

а б в Рис. 3.88. Виды нагружения колец

а - местное наружного кольца; б —циркуляционное внутреннего кольца; в —колебательное наружного кольца

При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную по направлению радиальную силу ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующе­ му участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такой вид нагруж ения имеет место, например, когда неподвижное кольцо нагружено постоянной по направлению радиальной силой (наружные кольца подш ипниковых опор валов в редук­ торе и т.п.).

При циркуляционном нагруж ении кольцо воспринима­ ет радиальную силу последовательно всеми элементарными участками окружности дорожки качения и соответственно передает ее всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение возникает, когда кольцо вращ ается относи­ тельно неподвижной нагружаю щ ей силы (например, внутрен­ нее кольцо подш ипника на вращ ающ емся валу редуктора) или вращается сила, а кольцо неподвижно (например, внутреннее кольцо подш ипника неподвижного солнечного колеса диффе­ ренциальной зубчатой передачи).

При колебательном нагруж ении на неподвижное кольцо од­ новременно действуют две радиальные силы (одна постоянна по направлению, а другая, меньш ая по значению, вращ ается). Равнодействующая нагрузка не совершает полного оборота, а колеблется между точками некоторой дуги окружности.

Посадки следует выбирать так, чтобы по возможности ис­ ключить проскальзывание колец по сопрягаемой поверхнос­ ти вала или отверстия в корпусе. Д ля этого циркуляционно или колебательно нагруженное кольцо подш ипника обычно

267

монтируют с натягом . Н аличие зазора между циркуляционно нагруж енны м кольцом и посадочной поверхностью детали может привести к его проворачиванию с проскальзыванием поверхностей, следовательно, к развальцовыванию и истира­ нию металла деталей в сопряж ении, что недопустимо.

Если кольцо подш ипника испытывает местное нагружение, его проворачивание с проскальзыванием сопрягаемых поверх­ ностей практически исключено из-за малости действующих на него вращ аю щ их моментов. Поэтому при циркуляционном нагруж ении одного кольца подш ипника, его второе кольцо, если оно нагружено местно, может быть установлено по пере­ ходной посадке или посадке с зазором. При таком сочетании посадок колец одного подш ипника устраняется опасность за­ клинивания тел качения из-за чрезмерного уменьш ения ради­ ального зазора.

Основная опасность для кольца, которое нагружено мест­ но, - ускоренный износ дорож ки качения в месте действия нагрузки. Однако если на это кольцо назначают посадку с за­ зором и оно не заж ато в осевом направлении, то под действием вибрации и толчков оно постепенно проворачивается по поса­ дочной поверхности, благодаря чему износ дорожки качения постепенно распространяется на всю окружность кольца.

При выборе посадок колец подш ипников учитывают не только вид нагруж ения, но и ряд дополнительных условий, вклю чая реж им работы.

Реж им работы подш ипника качения по ГОСТ 3325 -85 ха­ рактеризуется расчетной долговечностью и отношением Р/С, где Р - эквивалентная нагрузка (условная постоянная нагруз­ ка, обеспечивающая тот же срок службы подш ипника, какой должен быть в действительных условиях); С - динамическая грузоподъемность (постоянная радиальная нагрузка, соответ­ ствую щ ая расчетному сроку службы):

- легкий реж им работы - Р /С < 0,07;

Расчетная долговечность, соответствующая режимам работы: - тяж елы й - от 2500 до 5000 ч; - нормальны й - от 5000 до 10 000 ч; - легкий - более 10 000 ч.

Выбор квалитетов, определяю щ их точность подшипнико­ вой цапфы вала и отверстия в корпусе под посадку подшипни­

268

ка качения, осуществляется в зависимости от класса точнос­ ти подш ипника. Для сопряж ения с подш ипниками классов точности 0 , нормальный или 6 , отверстие в корпусе обычно выполняется по 7 квалитету, (реже по 6), а цапфы вала об­ рабатывают по 6 квалитету (реже по 5). Для сопряжений с подшипниками более высокой точности требования к посадоч­ ным поверхностям валов и корпусов ужесточаю тся.

При деформации колец подш ипников происходит умень­ шение радиального зазора, что в итоге может привести к за­ клиниванию тел качения. После выбора посадок, определения натягов (зазоров) по присоединительным размерам следует вы ­ полнить проверку наличия радиального зазора в подш ипнике качения после посадки его в корпус или на вал с натягом.

деформация беговой дорожки внутреннего кольца при посад­ ке его с натягом; ДП 1 - диаметральная деформация беговой дорожки наружного кольца при посадке его с натягом.

ДА = ^эфф D / D0’

где Мэфф- эффективный натяг, рассчитываемый как

^= 0 , 8 5 ^ ,

d - приведенный внутренний диаметр подш ипника, рассчи­ тываемый из зависимости

d0 = d + (D - d) / 4,

DQ- приведенный наружный диаметр подш ипника, рассчиты ­ ваемый из зависимости

D0 = D - ( D - d ) / 4 ,

N ізм - измеренный натяг до сборки (в теоретических расчетах за N u3Mпринимают средний натяг как наиболее вероятный)

N ср = (VN шах +1N m .m)) // 2 .

ГОСТ 24810-81 «Подш ипники качения. Зазоры » определя­

269

ет группы зазоров и их обозначения для подш ипников раз­ личны х типов. Так для подш ипников ш ариковы х радиальных однорядных с цилиндрическим отверстием стандарт устанав­ ливает следующие группы зазоров: 6, нормальная, 7, 8, 9. Условное обозначение группы радиального зазора, кроме группы «нормальная», должно быть нанесено на подшипник слева от обозначения класса точности.

Если путем расчета будет определено, что зазор в подш ип­ нике после посадки переходит в натяг, следует изменить груп­ пу в сторону увеличения зазора или выбрать другую посадку с уменьш енным натягом .

К ак уж е отмечалось выш е, опоры на подш ипниках каче­ ния имеют большие габариты, чем опоры на подшипниках скольж ения. Д ля уменьш ения габаритов опор оба кольца под­ ш ипников делают как можно тоньше, поэтому они становятся легко деформируемыми и при сборке в значительной мере по­ вторяют форму сопрягаемых с ними поверхностей. В связи с этим к точности формы поверхностей деталей, сопрягаемых с подш ипниками качения, приходится предъявлять повышен­ ные требования. Отклонения формы, располож ения и шеро­ ховатость таких поверхностей нормированы ГОСТ 3325.

Наибольшую опасность представляю т такие погрешности формы, как конусообразность и овальность, поскольку имен­ но эти погрешности приводят к значительному перераспреде­ лению радиального зазора (уменьшению его вплоть до полно­ го исчезновения в «неблагоприятных» сечениях).

Чем выш е требования к точности опор на подшипниках качения и выш е класс точности подш ипников, тем жестче требования к точности формы сопрягаемых с подшипником поверхностей. Так, для поверхностей, сопрягаемых с подшип­ никам и классов точности iV, 0 и 6, допуск формы (допуск цилиндричности или заменяю щ ие его допуски круглости и профиля продольного сечения) должен составлять примерно около 1/4 части допуска размера, для поверхностей, сопря­ гаемых с подш ипниками классов точности 5 и 4, - около 1/8 части допуска размера, а для поверхностей, сопрягаемых с подш ипниками класса точности 2, - не более 1/16 допуска размера соответствующей поверхности. Конкретные значения допусков формы указаны в ГОСТ 3325.

Еще одна особенность подш ипниковых посадок заключа­ ется в том, что стандарт предъявляет определенные требова-

270