6. Выбор посадок на валы и в отверстия корпуса для подшипников качения

Подшипники качения являются стандартными сборочными единицами, изготавливаемыми на специализированных заводах. Они состоят из наружного и внутреннего колец, между которыми расположены тела качения (шарики или ролики), заключенные в сепараторе (рис. 9).

Рис. 9. Подшипник качения:

1 – наружное кольцо, 2 – внутреннее кольцо, 3 – тела качения, 4 – сепаратор

Для обеспечения различных условий работы при повышенных требованиях к точности вращения разработаны разные конструкции подшипников качения, установленные соответствующими стандартами. По посадочным (монтажным) размерам d, D, B подшипники обладают полной и внешней взаимозаменяемостью, которая позволяет быстро установить новые или заменить изношенные подшипники.

По размерам внутри самого подшипника (размеры беговой дорожки наружнего и внутреннего колец, тел качения) они обладают внутренней и неполной взаимозаменяемостью.

Точность изготовления подшипника установлена стандартом ГОСТ 520-02 (ИСО 492-86, ИСО 199-79). В зависимости от наличия требований по уровню вибрации, допускаемых значений уровня вибраций, установлены три категории подшипников: А, В, С. Для шариковых, роликовых радиальных, шариковых радиально-упорных подшипников приняты следующие классы точности: 8, 7, нормальный, 6, 5, 4, 2, Т. Класс точности указывают через тире перед условным обозначением подшипника, например, 6-205.

Соединение подшипников качения с валами и отверстиями корпусов осуществляется в соответствии с ГОСТ 3325-85 (СТ СЭВ 773-77). Посадка наружного кольца с отверстием корпуса по наружному диаметру D назначается по системе вала, посадка внутреннего кольца с валом по диаметру d – по системе отверстия [1, 2, 3, 9, 11, 41, 43].

При выборе посадок подшипников качения на вал и в корпус учитывают ряд факторов: вид нагружения колец, величину и характер действующих нагрузок, условия работы подшипника в узле, частоты сборки и разборки и т.д. Определяющим при выборе посадок является вид нагружения колец. Различают следующие виды: местное, циркуляционное и колебательное (рис. 10).

а) б)

Рис. 10. Виды нагружения колец:

а) циркуляционное нагружение внутреннего кольца; местное нагружение наружного кольца; б) местное нагружение внутреннего кольца; циркуляционное нагружение

наружного кольца

,

где – постоянная по величине и направлению нагрузка;

– вращающаяся нагрузка.

При местном нагружении кольцо воспринимает и передает посадочной поверхности постоянную по направлению радиальную нагрузку одним и тем же ограниченным участком дорожки качения.

При циркуляционным нагружении кольцо воспринимает вращающуюся радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее всей посадочной поверхности вала или корпуса.

При колебательном нагружении невращающееся кольцо воспринимает и передает соответствующей посадочной поверхности равнодейству-ющую F_с + F_r двух радиальных нагрузок: F_r – постоянной по направлению и F_с – вращающейся, меньшей по величине, вследствие чего равнодействующая F_с + F_r не совершает полного оборота, а колеблется на некотором участке дорожки качения.

Из условия повышения долговечности местно-нагруженные кольца рекомендуется сажать на вал и корпус «свободными» посадками, то есть посадками с зазором.

Циркуляционно-нагруженные кольца должны соединяться с посадочными поверхностями с натягом, используются при этом, в основном, переходные посадки.

Наличие зазора между циркуляционно-нагруженным кольцом и посадочной поверхностью детали может привести к развальцовыванию и истиранию металла сопряженной детали, что недопустимо.

Колебательно-нагруженные кольца сажают посадками js4, js5, js6, JS4, JS5, JS6.

При посадке подшипников классов точности нормальный и 6-й отверстия в корпусах обрабатываются по 7-му, валы – по 6-му квалитетам. При посадке подшипников классов 5 и 4 – отверстия в корпусах обрабатывают по 6-му, валы – по 5-му квалитетам. При посадке подшипников 2-го класса точности отверстия следует обрабатывать по 5-му, 4-му, валы – по 3-му, 4-му квалитетам.

Рекомендуемые поля допусков вала и отверстия корпусов под внутренние и наружные кольца, испытывающие cоответствующее нагружение, приведены в [41].

При циркуляционном нагружении колец подшипника выбор посадки на валы и отверстия корпуса может производиться по интенсивности радиальной нагрузки P_R на посадочной поверхности.

Интенсивность нагрузки подсчитывается по формуле:

P_R = F_r / b·K₁·K₂·K₃, (17)

где F_r – радиальная нагрузка на опору, H;

b – рабочая ширина посадочного места, м: b = B-2_r; здесь B – ширина подшипника, м; r – радиус скругления кромок отверстия внутреннего кольца, м;

К₁ – динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки (при перегрузке до 150 %, умеренных толчках и вибрации К₁ = 1; при перегрузке до 300 %, сильных ударах и вибрации К₁ = 1,8);

К2 – коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом или тонкостенном корпусе (при сплошном вале К2 = 1);

К3 – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки F_r между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки F_a на опору.

Отклонение формы (допуск цилиндричности) при посадке подшипников классов точности нормальный и 6-й не должно превышать 1/4 допуска на размер, а при посадке подшипников классов 5-й и 4-й – 1/8 части допуска на размер.

Шероховатость посадочных поверхностей валов и отверстий в корпусах не должна превышать величины, указанной в табл. 3 в [41].

Отклонения для колец подшипников определяются по ГОСТ 520-02 (ИСО 492-94, ИСО 199-97).

Пример

Для заданного подшипника качения и условий его функционирования (табл. 3 приложения) выбрать посадки для сопряжений: внутреннее кольцо-вал и наружное кольцо-отверстие корпуса.

Исходные данные:

Номер подшипника 0-207

Радиальная нагрузка, Н F_r = 3000

Перегрузка, % 150

Дополнительные сведения нагрузка с ударами, вал не вращается

1. Определяются размеры посадочных поверхностей подшипника 207 (шариковый радиальный однорядный легкой серии) по ГОСТ 8338-75 [43]:

d = 35 мм, D = 72 мм, В = 17 мм, r = 2 мм.

2. Определяется вид нагружения колец подшипника.

вал не вращается, следовательно, внутреннее кольцо испытывает местное нагружение, а наружное – циркуляционное нагружение (то есть вращается вместе с корпусом).

3. Определяются отклонения посадочных поверхностей подшипника по ГОСТ 520-02 (ИСО 492-86, ИСО199-79) или ГОСТ 520-89 для класса точности 0, приведенные в табл. 5.

Таблица 5

Предельные отклонения размеров подшипников, мкм (ГОСТ 520-89)

Номинальный диаметр внутренний d, наружный D, мм	Кольцо внутреннее			Кольцо наружнее
	dm	d		Dm	D
	-EI	-El	+ES	-ei	-ei	+es
Радиальные шариковые и роликовые. Класс точности 0
Св 30 до 50 " 50 " 80	-12	-15	+3	-13	-17	+4

Наружный диаметр, мм:

D=72 D_m=72_-0,013

Внутренний диаметр, мм:

d=35 d_m=35_-0,012

Ширина подшипника качения В = 17_-0,120 мм.

4. Определяется посадка для циркуляционно-нагруженного наружного кольца с корпусом: поскольку нагружение циркуляционное, то рассчитывается интенсивность нагрузки Р_r по (17):

кН/м;

b = В - 2 · r =17 - 2 · 2 = 13 мм,

где r – фаска или радиус округления подшипника качения, мм: r = 2 мм.

При циркуляционном нагружении выбор посадки производится в зависимости от посадочного размера, класса точности подшипника и интенсивности радиальной нагрузки, из рекомендуемых для соединения подшипников качения 0 и 6-го классов точности с отверстиями корпуса (табл. 6).

Таблица 6

Поля допусков посадочных мест под подшипники качения

при циркуляционном нагружении [9,41]

Диаметр наружного кольца подшипника D, мм	Поля допусков отверстия корпуса при Р, Н/мм
	К6, К7	М6, М7	N6, N7	Р7
Св. 50 до 180 Св. 180 до 360	До 800 1000	800...1000 1000...1500	1000...1300 1500...2000	1300...2500 2000...3300

Для полученного значения Р_r = 230 кН/м определяется поле допуска отверстия в корпусе – К7, для которого предельные отклонения выбираются по таблицам ГОСТ 25347-82.

Для D = 72 мм предельные отклонения:

ES = + 9 мкм,

EI = - 21 мкм.

Рекомендуемая посадка подшипника и отверстия корпуса 72 .

5. Определяется посадка внутреннего кольца с валом при местном нагружении; в соответствии с условиями работы по табл. 7 выбирается поле допуска вала.

Так как нагрузка 150 %, то для d = 35 мм поле вала - h6, для которого предельные отклонения выбираются по таблицам ГОСТ 25347-82:

es = 0,

ei = -16 мкм.

Таблица 7

Рекомендуемые поля допусков подшипников качения

при местном нагружении [9,41]

Размеры посадочных диаметров, мм	Поля допусков валов и отверстий корпуса			Тип подшипников
	на вал	в стальной или чугунный корпус
		неразъемный	разъемный
Нагрузка с ударами и вибрацией (до 300%)
До 80	h5,h6	Js6, Js7	Js6, Js7	Все типы
Св. 80 до 260		Н6,Н7
260 - 500	g5, g6

Рекомендуемая посадка подшипника и вала редуктора

35 .

6. Результаты решения заносятся в табл. 8.

Таблица 8

Результаты выбора посадок подшипников качения

Монтажные размеры, мм				Коэффициенты			Рr, кН/м	Выбранная посадка
d	D	В	r	К1	K2	К3		на вал	в корпус
35	72	17-0,12	2	1	1	1	230,7	35h6	72К7