7.2 Выбор посадок подшипников качения

Посадку подшипника качения на вал и в корпус выбирают в зависимости от типа и размера подшипника, условий его эксплуатации, значения и характера действующих на него нагрузок и вида нагружения колец. Согласно ГОСТ 3325–85 различают три основных вида нагружения колец: местное, циркуляционное и колебательное.

При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную по направлению результирующую радиальную нагрузку F_r (например, натяжение приводного ремня, сила тяжести конструкции) лишь ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение возникает, например, когда кольцо не вращается относительно нагрузки (рисунок 7.3, а – наружное кольцо, рисунок 7.3, б – внутреннее кольцо) или кольцо и радиальная нагрузка участвуют в совместном вращении (рисунок 7.3, в – внутреннее кольцо).

При циркуляционном нагружении кольцо воспринимает результирующую радиальную нагрузку F_r последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение кольца получается при его вращении и постоянно направленной нагрузке F_r (рисунок 7.3, а – внутреннее кольцо, рисунок 7.3, б – наружное кольцо) или, наоборот, при радиальной нагрузке F_r, вращающейся относительно неподвижного или подвижного кольца (рисунок 7.3, в – наружное неподвижное кольцо).

При колебательном нагружении невращающееся кольцо через тела качения воспринимает переменную по величине равнодействующую F_r+c двух радиальных нагрузок (F_r – постоянна по направлению, F_c вращается, причем F_r ≥ F_c), совершающую периодическое колебательное движение, ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса (рисунок 7.3, г – наружное кольцо, рисунок 7.3, д – внутреннее кольцо). Вращающееся кольцо испытывает в таком случае циркуляционное нагружение.

Рисунок 7.3 – Схемы нагружения колец подшипника

а)

б)

в)

г)

д)

В таблице 7.1 приведены возможные виды нагружения колец подшипников качения в зависимости от условий работы.

Таблица 7.1 – Виды нагружения колец подшипников вращения (ГОСТ 3325–85)

Радиальная нагрузка, воспринимаемая подшипником	Вращающееся кольцо	Вид нагружения колец
		внутреннего	наружного
Постоянная по направлению	Внутреннее	Циркуляционное	Местное
	Наружное	Местное	Циркуляционное
Постоянная по направлению и вращающаяся – меньшая по величине	Внутреннее	Циркуляционное	Колебательное
	Наружное	Колебательное	Циркуляционное
Постоянная по направлению и вращающаяся – большая по величине	Внутреннее	Местное	Циркуляционное
	Наружное	Циркуляционное	Местное
Постоянная по направлению	Внутреннее и наружное кольца в одном или противоположных направлениях	Циркуляционное	Циркуляционное
Вращающаяся с внутренним кольцом		Местное	Циркуляционное
Вращающаяся с наружным кольцом		Циркуляционное	Местное

Кольца подшипника качения, испытывающие местное нагружение, должны устанавливаться с гарантированным зазором или по переходной посадке с минимальным натягом. В этом случае в процессе работы кольцо периодически проворачивается и износ дорожки качения происходит равномерно.

При циркуляционном нагружении кольцо должно устанавливаться по посадке с натягом для того, чтобы оно не проворачивалось в процессе работы и износ дорожки качения происходил равномерно под воздействием перемещающейся по ней нагрузки.

При колебательном нагружении кольцо должно устанавливаться по переходной посадке с минимальным натягом с целью обеспечения возможного проворота кольца в процессе работы для равномерного износа беговых дорожек.

Следовательно, в наиболее распространенном случае постоянной по направлению радиальной нагрузки:

- при вращающемся вале соединение внутреннего кольца с валом должно быть неподвижным, а наружное кольцо установлено в корпусе с небольшим зазором;

- при неподвижном вале (оси) соединение внутреннего кольца с валом должно иметь посадку с небольшим зазором, а наружного кольца с корпусом должно быть неподвижным.

Рекомендуемые посадки для подшипников качения и примеры их применения приведены в ГОСТ 3325–85. Часто выбор посадок осуществляется методом аналогий с использованием примеров длительно работающих проверенных узлов, близких по конструкции, назначению и условиям эксплуатации. Такие примеры систематизированы (ГОСТ 3325–85, справочники).

Для выбора посадок подшипников при курсовом проектировании по дисциплинам направления «Машиностроения» и выполнении домашнего задания по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» в таблице 7.2 приведены основные поля допусков отверстий и валов, по которым сопрягаются кольца подшипников качения.

Таблица 7.2 – Поля допусков валов и отверстий для сопряжений соответственно по внутреннему и наружному кольцу подшипника качения

Класс точности подшипника	Поля допусков валов	Поля допусков отверстий
0 и 6	f6, g6, h6, js6, k6, m6, n6, f7	G7, H7, Js7, K7, M 7, N7, P7
5 и 4	g5, h5, js5, k5, m5, n5	G6, H6, Js6, K6, M6, N6
2	g4, h4, js4, k4, m4, n4	G5, H5, Js5, K5, M5, N5

Посадка циркуляционно нагруженного кольца назначается в зависимости от величины и интенсивности нагрузки Р_r на посадочной поверхности кольца:

.

Здесь:

- F_r – радиальная нагрузка на подшипник, кН;

- b – рабочая ширина посадочного места, м;

- k₁ – динамический коэффициент посадки (при нагрузке с умеренными толчками и вибрациями k₁ = 1,0; при сильных ударах и вибрациях k₁ = 1,8);

- k₂ – коэффициент, учитывающий снижение посадочного натяга (при полом вале или тонкостенном корпусе k₂  1, при сплошном вале и толстостенном корпусе k₂ = 1);

- k₃ – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки (F_r) между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой силы F_a на опору.

Значения k₃, зависящие от , где  – угол контакта тел качения с дорожкой качения наружного кольца. Для радиальных и радиально-упорных подшипников при расположении тел качения в один ряд k₃ =1. По подсчитанной интенсивности нагрузки P_r выбирается посадка.

Колебательно нагруженные кольца подшипников устанавливаются в корпус с основными отклонениями k и J_S, а на вал – с отклонениями k, j_S, h. Точность выполнения посадочных поверхностей в корпусе и на валу определяется классом точности подшипника (см. таблицу ???).

Обозначение посадок подшипников такое же, как и в ЕСДП, т. е в виде дроби, когда в числителе указывают поле допуска отверстия, а в знаменателе – поле допуска вала (см. ниже рисунок 4). Стандартом допускается не указывать поле допуска кольца подшипника, т. е на сборочном чертеже вместо посадки указывать только поле допуска размера поверхности, сопрягаемой с кольцом.