§ 4. Допуски и посадки подшипников качения

ГОСТ 520—71 «Подшипники шариковые и роликовые. Техниче­ские требования» устанавливает пять классов точности подшипни­ков: 0; 6; 5; 4 и 2. Перечень классов точности дан в порядке повы­шения точности. Класс точности подшипника при обозначении ста­вят впереди условного обозначения подшипника, например: 4-205 — шарикоподшипник радиальный однорядный легкой серии 205, клас­са точности 4. Точность размеров подшипника определяется допу­скаемыми отклонениями диаметра цилиндрического отверстия и ширины кольца для внутреннего кольца (d_cp, d, В), отклонениями наружного диаметра для наружного кольца D_cp, D, а также ради­альными R_i, R_a и осевыми A_i, A_a биениями дорожки качения, не­постоянством ширины колец 0Р и биениями относительно базового торца S_i, S_a. Нормируется также шероховатость посадочных и тор­цовых поверхностей колец подшипника. Средний диаметр наруж­ной цилиндрической поверхности (или отверстия) следует опреде­лять вследствие того, что при наличии овальности, конусности и других отклонений от точной цилиндрической поверхности при из­мерении можно получить различные значения величины диаметра в одном или разных сечениях.

Средний диаметр определяют расчетом как среднее арифмети­ческое наибольшего и наименьшего значений диаметра, измерен­ных в двух крайних сечениях кольца.

Пример 4. При измерении в крайних сечениях внутреннего коль­ца шарикового радиального подшипника с номинальным диаметром d=100 мм, класса точности 0 получены следующие значения диа­метра:

; ;

средний диаметр

Решение. По ГОСТ 520—71 находим допускаемые величины:

,

Кольцо следует забраковать, несмотря на то что измеренные его значения d_max и d_min укладываются в установленные границы (100,005 и 99,975), так как действительное значение кольца (100,001 мм) больше допускаемого по стандарту предельного зна­чения (100,000 мм).

Для сокращения номенклатуры кольца подшипников изготовля­ют с отклонениями размеров, не зависящими от посадки, по кото­рой они монтируются, причем эти отклонения направлены в «ми­нус» от нулевой линии (рис. Ш-12).

Посадки внутреннего кольца подшипника на вал осуществляют­ся по системе отверстия, а наружного кольца в корпус — по систе­ме вала, причем расположение поля допуска внутреннего кольца в «минус» позволяет получить посадки с гарантированным натягом, используя для валов поля допусков переходных посадок (n, m, k, j_s).

Посадки колец подшипников качения (шариковых и роликовых) на валы и в корпусы выбирают по ГОСТ 3325—55 (С учетом изменений, опубликованных в информационном указателе госу­дарственных стандартов СССР № 7, 1973 г). Поскольку в настоящее время номенклатура посадок ОСТ заменена посадками по СТ СЭВ 144—75 (см. § 1 настоящей главы), обозначения поса­док стандартных валов и отверстий корпусов даны применительно к этому стандарту.

В зависимости от характера требуемого соединения поля допу­сков валов выбирают по системе основного отверстия:

классы точности подшипника 0; 6 — n6; m6; k6; j_s6; h6; g6;

классы точности подшипника 4; 5 — n5; m5; k5; j_s5; h5; g5; f7;

классы точности подшипника 2; — n4; m4; k4; j_s4; h4; g4.

В зависимости от характера требуемого соединения поля допу­сков отверстий корпусов выбирают по системе основного вала:

классы точности подшипника 0; 6 — N7; М7; К7; J_s7; H7; G7; F8; Р7;

классы точности подшипника 5; 4 — N6; М6; Кб; J_s6; H6; G6;

классы точности подшипника 2; — N5; М5; К5; J_s5; H5; G5.

На сборочных чертежах рядом с обозначением поля допуска неосновной детали ставят индекс п (В разрабатываемом проекте СТ СЭВ предполагается индекс п заменить индексом L.). В этом случае посадку обоз­начают одной буквой с индексом п, например m6_п.

Шероховатость посадочных поверхностей валов и отверстий корпусов при осуществлении посадок не должна превышать вели­чин, указанных в табл. III-10.

Таблица 111-10

Посадочные поверхности	Классы точности подшип­ников	Номинальные диаметры, мм
		до 80	свыше 80 до 500
		Ra , мкм
Валов	0 6 и 5 4	1,25 0,63 0,32	2,5 1,25 0,63
Отверстий корпусов	0 6,5 и 4	1,25 0,63	2,5 1,25
Торцов заплечиков валов и корпусов	0 6,5 и 4	2,5 1,25	2,5 2,5

Предельные значения нецилиндричности посадочных поверхно­стей валов и отверстий корпусов должны составлять: для классов 0 и 6 — четверть допуска на диаметр; для классов 5 и 4 — одну восьмую допуска на диаметр.

Пример 5. Для соединения внутреннего кольца подшипника класса 0 с валом диаметром 40 мм применена посадка j_s6. Срав­нить получаемые зазоры и натяги этой посадки и стандартной посадки Ø .

Решение. Строим схемы расположения полей допусков срав­ниваемых посадок. Для посадки Ø40 (рис. Ш-13, а) по СТ СЭВ 144—75 отклонения отверстия Н7: 0, +25 мкм; отклонение вала j_s6: +8, —8 мкм; наибольший зазор равен 33 мкм; наиболь­ший натяг равен 8 мкм.

При средних значениях вала и отверстия получается зазор, равный 12,5 мкм.

Для посадки j_s6_п (рис. III-13, б) при тех же отклонениях вала отклонения отверстия внутреннего кольца подшипника равны 0, 12 мкм (ГОСТ 520—71). Следовательно, наибольший зазор равен 8 мкм, наибольший натяг 20 мкм.

При средних значениях вала и отверстия получается натяг, рав­ный 6 мкм. Таким образом, благодаря тому, что допуск отверстия внутреннего кольца подшипника направлен в минус от нулевой ли­нии при соединении с валом j_s6 получим в большинстве случаев натяги.

Подсчитаем вероятность получения зазоров в этих посадках, принимая, что распределение погрешностей подчиняется нормаль­ному закону и допуск деталей равен величине зоны рассеивания, т. е. Т=3σ, где σ - среднее квадратическое отклонение.

Распределение вероятностей величин зазоров и натягов в соеди­нениях устанавливают на основе правил суммирования независимых случайных величин, к которым относятся отклонения размеров сопрягаемых деталей (см. гл. II):

Для посадки Ø

Для посадки Ø

Построим кривые распределения зазоров-натягов для этих по­садок (рис. III-14, а, б). Центрами группирования являются, оче­видно, величины средних значений, а предельными значениями в практических границах рассеяния — величины ±3σ. Для посадки Ø - при средних значениях вала и отверстия получается зазор, равный 12,5 мкм. Вероятность зазоров в пределах 0—12,5 мкм можно определить с помощью интеграла , . Из таблицы значений функции (приложение II)

находим, что при z = 2,5 вероятность получения зазоров составляет: Ф(z) =0,4938. Так как вероятность получения зазоров в пределах от 12,5 до 27,5 мкм составляет Ф(3)= 0,4986, то вероятность полу­чения зазоров

, или 99,2%.

Вероятность получения натягов

, или 0,8%.

Для посадки Ø при средних значениях кольца подшипни­ка и вала получается натяг 6 мкм. Вероятность получения натягов

, или 96,4%.

Вероятность получения зазоров

=3,6%.

Таким образом, благодаря тому, что допуск кольца подшипни­ка направлен в «минус», соединение с валом, выполненным по по­садке обеспечивает посадку с натягом.

Выбор посадки колец подшипника определяется характером его нагружения (местное, циркуляционное, колебательное), зависящим от того, вращается или не вращается кольцо относительно дейст­вующей на него нагрузки.

Местно-нагруженные кольца должны иметь соединение с зазо­ром или незначительный натяг между кольцом и сопрягаемой де­талью.

Циркуляционно-нагруженные кольца должны иметь неподвиж­ное соединение с сопрягаемой деталью.

Колебательно-нагруженные кольца должны иметь плотно-подвижное соединение.

При местном нагружении кольца посадки подшипников на вал и в корпус выбирают по табл. III-11, а при колебательном нагру­жении кольца (не вращающегося) — по табл. III-12.

При циркуляционном нагружении колец подшипников посадки на вал и в корпус выбирают по величине P_R — интенсивности ра­диальной нагрузки на посадочной поверхности кольца или по вели­чине минимального допустимого натяга N_min.

Допускаемые значения P_R, подсчитаннные по средним значениям посадочных натягов, приведены в табл. III-13.

Интенсивность нагрузки определяется по формуле

, (III-22)

где R — расчетная радиальная реакция опоры, Н; В — ширина коль­ца подшипника, мм; K_П — динамический коэффициент посадки табл. (III-14); F— коэффициент, учитывающий степень ослабле­ния посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе (табл. III-15) (при сплошном вале F=1); F_A — коэффициент не­равномерности распределения радиальной нагрузки R между ряда­ми роликов в двухрядных конических роликоподшипниках (рис. III-15) или между сдвоенными шарикоподшипниками (рис. III-16) при наличии осевой нагрузки А на опору.

Значения F_A, зависящие от величины , приведены в табл. III-16.

Таблица III-11

Размеры посадочных диаметров		Посадки			Типы подшипников
		На вал (ось)	В корпус стальной или чугунный
свыше	до		неразъёмный	разъёмный
Нагрузка спокойная или с умеренными толчками и вибрацией
- 80 260 500	80 260 500 1600				Все типы, кроме штампованных игольчатых
Нагрузка с ударами и вибрацией
- 80 260 500	80 260 500 1600				Все типы, кроме штампованных игольчатых и роликовых конических двухрядных
- 120	120 1600				Роликовые кониче­ские двухрядные
Примечание. В табл. III-11, III-12 и III-13 указаны только буквы, обозначающие посадки; номер квалитета определяется классом точности подшипника, например для клас­сов 0-го и 6-го следует брать 6-й квалитет для валов и 7-й для отверстий.

Таблица III-12

Размеры посадочных диаметров, мм		Посадки колец
свыше	до	внутренних	наружных
- 80 260	80 260 -

Таблица III-13

Диаметр, мм		Допустимые значения PR Н/мм
Отверстия внутреннего кольца подшипника		Посадки на вал
свыше	до
18 80 180 260	80 180 360 630	До 300 До 600 До 700 До 900	300-1400 600-2000 700-3000 900-3500	1400-1600 2000-2500 3000-3500 3500-4500	1600-3000 2500-4000 3500-6000 4500-8000
Наружной поверхности наружного кольца		Посадки в корпус
свыше	до
50 180 360 630	180 360 630 1600	До 800 До 1000 До 1200 До 1600	800-1000 1000-1500 1200-2000 1600-2500	1000-1300 1500-2000 2000-2600 2500-3500	1300-2500 2000-3300 2600-4000 3500-5500

Таблица III-14

Характер нагрузки
Нагрузка с умеренными толчками и вибрацией. Перегрузка до 150%.................................................................................................. Нагрузка с сильными ударами и вибрацией. Перегрузка до 300%..................................................................................................	1,0 1,8

Таблица III-15

или		Значение коэффициента F
		Для вала			Для корпуса
свыше	до				Для всех подшипников
- 0,4 0,7 0,8	0,4 0,7 0,8 -	1 1,2 1,5 2	1 1,4 1,7 2,3	1 1,6 2 3	1 1 1,4 1,8

Здесь d и D — соответственно диаметры отверстия и наружной поверхности подшипника; d_отв — диаметр отверстия полого вала; D_кор — диаметр наружной поверхности тонкостенного корпуса.

Таблица III-15

		FA
свыше	до
- 0,2 0,4 0,6 1	0,2 0,4 0,6 1 -	1 1,2 1,4 1,6 2
Примечание. Для радиальных и радиально-упорных подшипников однорядных FA = 1.

Пример 6. В опорах вала редуктора (рис. III-17) установлены роликоподшипники № 3520 (100×180×46); класс точности 0. Ра­диальные реакции в опорах R₁=R₂ = R = 20 кН; нагрузка с умеренными толчками, перегрузка до 150%; осевой нагрузки на опоры нет; вращается вал. Требуется выбрать посадку циркуляционно-нагруженного кольца (внутреннего) на вал.

Решение.

1. Интенсивность нагрузки на посадочной поверх­ности шейки массивного (сплошного) вала

Согласно табл. III-13 заданным условиям соответствует посад­ка — j_s6_П.

2. При тех же условиях, но при полом вале с отношением d_отв / d = 0,8 и отношением D/d=l,8 коэффициенте (см. табл. III-15), учитывающий степень ослабления посадочного натяга, равен 1,7. Тогда

Согласно табл. III-13 найденному значению P_R соответствует посадка — k6_П.

Пример 7. В фиксированной опоре вала установлен парный комплект однорядных конических роликоподшипников 7318 (90×190×43) с углом контакта (β=12° (рис. III-18), класс точности 0.

Радиальные реакции в опорах R₁=R₁ =60 кН; нагрузка с силь­ными ударами и вибрацией, перегрузка до 300%; осевая сила

Рис. III-I8

А = 20 кН; в плавающей опоре установлен роликоподшипник № 32617 (85×180×60), класс точности 0, вращается вал. Требует­ся выбрать посадки циркуляционно-нагруженных колец (внутрен­них) на вал и посадку наружного кольца для подшипника 32617.

Решение. Значение коэффициента К_П берем из табл. III-14:

К_П =1,8.

Коэффициент F_А неравномерности распределения радиальной нагрузки определяем следующим образом:

.

По табл. Ш-16 найденному значению соответствует F_A = 2.

1. Интенсивность нагрузки (при сплошном вале F=l):

Н/мм.

Полученному значению P_R соответствует посадка — m6_П (табл. Ш-13).

2. В плавающей опоре интенсивность нагрузки:

Н/мм.

Найденному значению интенсивности соответствует посадка — k6_П.

Определяем отклонения для этой посадки. Согласно ГОСТ 520—71, нижнее отклонение отверстия внутреннего кольца равно

20 мкм. Отклонения вала для посадки K6_П по СТ СЭВ 144—75 составляют: +25 мкм и +3 мкм (рис. 111-19).

Выбор посадки для наружного кольца, воспринимающего мест­ное нагружение, производим по табл. III-11.

Для нагрузки с ударами и вибрацией следует при неразъемном корпусе выбрать посадку — Н7_П.

Согласно табл. 4 ГОСТ 3325—55, нижнее отклонение наружно­го кольца подшипника равно — 25 мкм. Верхнее отклонение диа­метра отверстия корпуса равно +40 мкм.

Схема расположения полей допусков показана на рис. III-20.

Определение величины посадочного зазора. В тех случаях, когда при выбранной посадке циркуляционно-нагруженного кольца изме­рения показывают, что имеется большой натяг, следует сделать по­верочный расчет на наличие радиального зазора между кольцами и телами качения.

Подвижность наружного кольца подшипника по отношению к внутреннему определяется зазорами (начальный, посадочный, ра­бочий) в подшипнике, зависящими от его типа, конструкции, усло­вий монтажа и нагружения. Так как величина посадочного зазора меньше начального и рабочего и может даже переходить в неболь­шой натяг, следует проверять наличие посадочного зазора g у под­шипника по формуле

(III-23)

где g_н — начальный радиальный зазор (см. приложения VII-X), мкм; начальный зазор может рассматриваться как теоретический (расчетный) и как контрольный (измеренный на приборе); — диаметральная деформация беговой дорожки кольца после посад­ки его на сопрягаемую деталь с натягом.

Величину деформации определяют по формулам:

а) при посадке внутреннего кольца на вал

(Ш-24)

б) при посадке наружного кольца в корпус

(Ш-25)

где — эффективный (действительный) натяг, мкм; = 0,85 (измеренного натяга); d₀ — приведенный наружный диаметр внут-

реннего кольца; D₀ — приведенный внутренний диаметр наруж­ного кольца, мм.

Приведенные диаметры колец (рис. III-21) определяют с достаточной точностью по формулам:

, .

Пример 8. Для внутреннего кольца роликоподшипника 32617 в примере 7 выбрана посадка k6_П. Проверить наличие радиального посадочного зазора при наибольшем натяге этой посадки.

Решение. Схема расположения полей допусков внутреннего кольца и вала приведена на рис. III-19. Значе­ния натягов для этой посадки следую­щие: N_max = 45 мкм; N_min = 3 мкм.

Величина посадочного радиального зазора

По приложению VIII находим:

g_н.нб = 80 мкм; g_н.нм = 35 мкм; g_н.ср=58 мкм;

,

Следовательно, имеется посадочный зазор.

Обозначение посадок, отклонений формы и шероховатости по­садочных поверхностей на сборочных и деталировочных чертежах.

Кольца подшипников имеют предельные отклонения, отличные от отклонений основного отверстия H и основного вала h. Поэтому по­садки, получаемые в сопряжениях подшипника с валом или корпу­сом, должны иметь индекс п (т. е. подшипниковые). Этот индекс ставят только на сборочных чертежах, например Ø12k6_П. На дета­лировочных чертежах вала и корпуса ставят стандартные откло­нения.

На эскизах деталей следует проставлять в соответствии с ГОСТ 3325—55 допустимые отклонения формы и шероховатость поверхности (см. гл. I).

Пример 9. Для однорядного радиального шарикоподшипника с условным обозначением 1000901 (12×24×6), посаженного на вращающийся вал, в результате расчета выбрана посадка для внутреннего кольца с валом k6, а для наружного кольца с корпу­сом — посадка H7 (рис. 111-22).

При выборе посадок для сопряжения крышки с корпусом или для сопряжения втулки с валом следует учитывать, что корпус или вал (в том случае, если он не имеет уступа) обработаны под сопряжение с подшипником и, следовательно, предельные отклонения для этих деталей уже выбраны. Чтобы сборка или разъем деталей производились достаточно легко, для сопряжения крышки с корпу­сом или вала с втулкой следует выбирать посадки с зазором, при­чем класс точности при обработке крышки и втулки можно взять более низким, чем для поверхностей корпуса или вала, например,

Ø для сопряжения втулки с валом (рис. III-22, а) или Ø

для сопряжения крышки с корпусом. На рис. Ш-22, б, в, г, д даны эскизы вала, втулки, корпуса и крышки.

Задачи. Для подшипника качения выбрать посадки внутреннего и наруж­ного колец, построить схемы расположения полей допусков, сделать проверку на наличие посадочного зазора по наибольшему натягу выбранной посадки (проверка не делается для конических роликоподшипников) и дать сборочный и деталировочный чертежи при следующих данных.

45. Условное обозначение подшипника 210, класс точности 6. Радиальная нагрузка R=12 кН, вращается вал, нагрузка умеренная с малой вибрацией.

46. Условное обозначение подшипника 203, класс точности 6. Радиальная нагрузка R = 3 кН, вращается вал, нагрузка с толчками и вибрацией.

47. Условное обозначение подшипника 215, класс точности 0. Радиальная нагрузка R = 20 кН, вращается корпус, D/D_кор = 0,6, нагрузка с толчками и ви­брацией.

48. Условное обозначение подшипника 314, класс точности 0. Радиальная на­грузка R = 28 кН, вращается вал, d_OTB/d=0,5, нагрузка умеренная с малой ви­брацией.

49. Условное обозначение подшипника 1216, класс точности 0, нагрузка ра­диальная R = 20 кН, вращается корпус, нагрузка умеренная с малой вибрацией.

50. Условное обозначение подшипника 1310, класс точности 6. Нагрузка ра­диальная R = 12 кН, вращается корпус, D/D_кор = 0,8, нагрузка умеренная с малой вибрацией.

51. Условное обозначение подшипника 1314, класс точности 0, радиальная нагрузка R = 25 кН, вращается вал, d_OTB/d = 0,7, нагрузка с толчками и вибрацией.

52. Условное обозначение подшипника 2212, класс точности 0, радиальная нагрузка R = 30 кН, вращается вал, нагрузка с толчками и вибрацией.

53. Условное обозначение подшипника 1616, класс точности 0 нагрузки: ра­диальная R = 30 кН, осевая А = 10 кН; вращается вал, d_OTB/d = 0,7, нагрузка с-толчками и вибрацией.

54. Условное обозначение подшипника 7218, класс точности 0, нагрузка; радиальная R = 20 кН; вращается корпус, D/D_кор = 0,6, нагрузка умеренная с малой вибрацией.

55. Условное обозначение подшипника 3628, класс точности 0, нагрузки: радиальная R =16 кН; осевая Л = 4 кН; вращается корпус, D/D_кор = 0fi, нагрузка умеренная с малой вибрацией.

56. Условное обозначение подшипника 3518, класс точности 0, радиальная нагрузка R =12 кН, осевая Л = 2 кН, вращается вал, d_OTB/d = 0,7, нагрузка уме­ренная с малой вибрацией.

57. Условное обозначение подшипника 97 + 516, класс точности 0; нагрузки: ра­диальная R = 30 кН, осевая Л = 10 кН; вращается вал, d_OTB/d = 0,6, нагрузка уме­ренная с малой вибрацией.