25. Выбор посадки подшипников качения в зависимости от вида нагружения, режима работы. Требования к точности поверхностей вала и отверстия, сопряженных с подшипниками.

Подшипники качения — это наиболее распространенные стандартные изделия (сборочные единицы) множества конструкций и модификаций, которые изготавливаются на специализированных заводах и встраиваются в более сложные изделия (редукторы, коробки подач и скоростей, шпиндели металлорежущих станков и др.). Различают подшипники, предназначенные для восприятия различающихся сил и моментов, разных уровней (классов) точности, с разнотипными телами качения, сепараторами, кольцами.

Выбор посадок подшипников качения

Посадки подшипников качения на вал и в корпус зависят от вида нагружения, величины и характера нагрузок, размера и конструкции подшипника, класса точности подшипника. Различают три вида нагружения подшипников (ГОСТ 3325-85): местное, циркуляционное и колебательное. При местном нагружении нагрузка воспринимается ограниченым участком дорожки кольца. При циркуляционном нагружении радиальная сила воспринимается последовательно всеми элементами дорожки качения. Колебательное нагружение – комбинированный вид нагружения.

В случае местного нагружения основное отклонение принимается по табл. в зависимости от размера, конструкции корпуса (разъемный, неразъемный), уровня перегрузок.

Для кольца, которое испытывает циркуляционное нагружение, назначают посадку с натягом. Наличие зазора между циркуляционно нагруженным кольцом и посадочной поверхностью детали может привести к его проворачиванию с проскальзыванием поверхностей, а следовательно к развальцовыванию и истиранию металла детали, что недопустимо.

Если для кольца, которое испытывает местное нагружение, назначают посадку с зазором, то основная опасность для этого кольца – ускоренный износ дорожки качения в месте действия нагрузки. Однако если это кольцо не зажато в осевом направлении, то под действием вибрации и толчков оно постепенно проворачивается по посадочной поверхности, благодаря чему износ дорожки качения происходит более равномерно по всей окружности кольца.

Посадки следует выбирать так, чтобы циркуляционно или колебательно нагруженное (как правило, вращающееся) кольцо подшипника было смонтировано с натягом, исключающим возможность проскальзывания этого кольца по сопрягаемой поверхности вала или отверстия в корпусе. Другое кольцо того же подшипника, если оно нагружено местно, может быть посажено с зазором. При таком сочетании посадок колец одного подшипника устраняется опасность заклинивания шариков из-за чрезмерного уменьшения радиального зазора.

При циркуляционном нагружении посадка выбирается на основе расчета совместных деформаций колец, возникающих вследствие натяга при посадке вращающегося кольца на вал или корпус, с учётом условия обеспечения оптимального радиального зазора в зоне сопряжения тел качения с поверхностью дорожки качения. В упрощенном виде этот расчет сводится к вычислению интенсивности нагружения PR

где: Fr- расчетная радиальная сила, действующая на опору; b - посадочная ширина подшипника, мм; k1 - коэффициент, учитывающий динамические перегрузки; k2 - коэффициент, учитывающий ослабление посадки при полом вале или тонкостенном корпусе; k3 - коэффициент, учитывающий влияние осевых сил на перераспределение радиальных сил по рядам тел качения, в случае применения двухрядных конических роликовых подшипников или сдвоенных шарикоподшипников.

Значения k3 зависят от величины

где Fa – осевая сила; - угол контакта, град. Значения коэффициентов k1, k2, k3 находят из таблиц.

В случае циркуляционного нагружения основное отклонение, сопряженной с подшипником детали, принимают по таблице, исходя из рассчитанного PR, с учетом диаметра и класса точности подшипника.

При выборе посадок колец подшипников учитывают не только вид нагружения, но и ряд дополнительных условий, включая режим работы.

Режим работы подшипника качения по ГОСТ 3325-85 характеризуется расчетной долговечностью и отношением Р/С, где Р—эквивалентная нагрузка (условная постоянная нагрузка, обеспечивающая тот же срок службы подшипника, какой должен быть в действительных условиях);С— динамическая грузоподъемность (постоянная радиальная нагрузка, соответствующая расчетному сроку службы):

легкий режим работы —       Р/С < 0,07; нормальный режим работы — 0,07 < Р/С < 0,15; тяжелый режим работы —     Р/С> 0,15.

Расчетная долговечность, соответствующая режимам работы: тяжелый —   от 2500 до 5000 ч. нормальный — от 5000 до — 10000 ч; легкий —     более 10000 ч;

Опоры на подшипниках качения имеют большие габариты, чем опоры на подшипниках скольжения, Для уменьшения габаритов опор оба кольца подшипников делают как можно тоньше, поэтому они становятся легко деформируемыми и при сборке в значительной мере повторяют форму сопрягаемых с ними поверхностей. В связи с этим к точности формы поверхностей деталей, сопрягаемых с подшипниками качения, приходится предъявлять повышенные требования. Отклонения формы, расположения и шероховатость таких поверхностей нормированы ГОСТ 3325-85.

Наибольшую опасность представляют такие погрешности формы, как конусообразность и овальность, поскольку именно эти погрешности приводят к значительному перераспределению радиального зазора (уменьшению его вплоть до полного исчезновения в «неблагоприятных» сечениях).

Требования к точности поверхностей вала и отверстия, сопряженных с подшипниками.

Чем выше требования к точности опор на подшипниках качения и выше класс точности подшипников, тем жестче требования к точности формы сопрягаемых с подшипником поверхностей. Нормируются отклонения от круглости (отклонение формы в плоскости, перпендикулярной оси), и отклонение профиля продольного сечения (отклонение профиля в плоскости проходящей через ось).

Учитывая сложности измерения и другие факторы для разных случаев применения подшипников, разработчики стандарта (ГОСТ 3325-85) для отклонений формы ввели новый параметр -непостоянство посадочного диаметра подшипника отдельно в продольном и поперечном сечениях. В таблицах стандарта устанавливаются требования, как по комплексным показателям, так и по непостоянству диаметров в сечениях. Допуски по непостоянству диаметра зависят от допуска на размер посадочного элемента. Так, для подшипников класса 0 и 6 допуск на непостоянство диаметра принят равным половине допуска на размер, для подшипников классов 5 и 4 - 30% от допуска на размер, а для подшипников класса 2 - 25% от допуска на размер. В стандарте эти значения приведены с соответствующим округлениями.

Для посадочных отверстий под подшипники 0 класса в чугунных корпусах, а также для валов и отверстий из любого материала для легко нагруженных подшипников разрешается нормировать допуск на непостоянство диаметров в поперечном и продольном направлениях равным 75% от допуска на размер.

Шероховатость посадочных поверхностей, сопрягаемых с кольцами подшипника деталей, зависит от диаметра и класса точности подшипника. Соответствующие значения параметров Rа для посадочных поверхностей валов, отверстий и торцов заплечиков валов и корпусов представлены в табл.