4 Расчет и выбор посадок для подшипников качения

4.1 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА И ВЫБОР ПОСАДОК

По ГОСТ 8338 – 83 (СТ СЭВ 3795 – 82) Подшипники шариковые радиальные однорядные или по справочнику [ ], глава 12 «Технические характеристики подшипников качения» стр.424 – 532 по номеру подшипника, указанному в задании, устанавливаются параметры подшипника качения (рис.4.1):

d – номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца, мм;

D – номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца, мм;

B – номинальная ширина подшипника, мм;

r – номинальная координата монтажной фаски, мм.

Из чертежа определяют установочные размеры сопрягаемых с подшипником деталей (мм) – диаметр заплечика вала; диаметр заплечика отверстия, т.е. корпусной детали.

Рисунок 4.1 Основные параметры шариковых радиальных однорядных подшипников

При циркуляционном нагружении колец подшипника выбор посадки на валы и в отверстия корпуса проводится по PR (кН / м) – интенсивности нагрузки на посадочной поверхности. PR = R / b  kп  F  FA , где R – расчетная радиальная нагрузка на опору, кН; b = В – 2r – рабочая ширина посадочного места (ширина внутреннего кольца при посадке подшипника на вал или наружного кольца при посадке в отверстие корпуса), м; kп - динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки (при перегрузке до 150%, умеренных толчках и вибрации kп = 1; при перегрузке до 300%, сильных ударах и вибрации kп = 1,8);

F_A – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки R между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки на опору. Для радиальных и радиально – упорных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом F_A = 1.

Таблица 4.1 Значения 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 1,4 1,8
Примечание. d и D – соответственно диаметры отверстия и наружной поверхности подшипника; dотв – диаметр отверстия полого вала; Dкорп – диаметр наружной поверхности тонкостенного корпуса.

Допускаемые значения P_R для различных посадок приведены в табл. 4.2. По величине P_R выбирается посадка для циркуляционно нагруженного кольца подшипника.

Таблица 4.2 Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочных поверхностях валов и корпусов

Диаметр d отверстия внутреннего кольца подшипника, мм	Допускаемые значения PR , кН / м
	Поля допусков для валов
	js6, js5	k6, k5		m6, m5		n6, n5
Св. 18 до 80 » 80 » 180 » 180 » 360 » 360 » 630	До 300 » 600 » 700 » 900	300 – 1400 600 – 2000 700 – 3000 900 – 3500		1400 – 1600 2000 – 2500 3000 – 3500 3500 – 5400		1600 – 3000 2500 – 4000 3500 – 6000 5400 – 8000
Диаметр D наружного кольца, мм	Поля допусков для корпусов
	K7, K6		M7, M6		N7, N6		P7
Св. 50 » 180 » 180 » 360 » 360 » 630 » 630 » 1600	До 800 » 1000 » 1200 » 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

В общем случае выбор посадок подшипников на вал и в отверстие корпуса производят в зависимости от того, вращается или не вращается данное кольцо относительно действующей на него радиальной нагрузки или от вида нагружения, величины, направления и динамики действующих нагрузок.

Посадку вращающихся колец подшипников для исключения их проворачивания по посадочной поверхности вала или отверстия корпусов в процессе работы под нагрузкой необходимо выполнять с гарантированным натягом. Допускается в технически обоснованных случаях наличие зазоров в соединении.

Посадку одного из невращающихся колец подшипниковых узлов двухопорного вала необходимо проводить с гарантированным зазором для обеспечения регулировки осевого натяга или зазора подшипников, а также для компенсации температурных расширений валов и корпусов.

Кольца, которые подвергаются местному нагружению, должны устанавливаться с гарантированным зазором или по переходной посадке при минимальном натяге. Это необходимо для того, чтобы кольцо, подвергаемое местному нагружению, могло в процессе работы иногда проворачиваться, чтобы нагрузка не приходилась постоянно на одно место, так как это может привести к быстрому местному износу. При повороте колец в процессе эксплуатации износ подшипника будет происходить равномерно.

Виды нагружения колец подшипников качения при радиальных нагрузках в зависимости от условий работы приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3 Виды нагружения колец подшипников качения при радиальных нагрузках в зависимости от условий работы (по ГОСТ 3325 – 85)

Условия работы		Виды нагружения
Характеристика нагрузок	Вращающееся кольцо	внутреннего кольца	наружного кольца
Постоянная по направлению	Внутреннее	Циркуляционное	Местное
	Наружное	Местное	Циркуляционное
Постоянная по направлению и вращающаяся, меньшая постоянной по значению	Внутреннее	Циркуляционное	Колебательное
	Наружное	Колебательное	Циркуляционное
Постоянная по направлению и вращающаяся, большая постоянной по значению	Внутреннее	Местное	Циркуляционное
	Наружное	Циркуляционное	Местное
Постоянная по направлению	Внутреннее и наружное кольцо в одном или противоположном направлении	Циркуляционное	Циркуляционное
Вращающаяся с внутренним кольцом		Местное	Циркуляционное
Вращающаяся с наружным кольцом		Циркуляционное	Местное

Посадки колец шариковых и роликовых радиальных подшипников на вал и в отверстие корпуса в зависимости от вида нагружения выбирают в соответствии с табл. 4.4.

Рекомендуемое сочетание полей допусков для местно нагруженных колец подшипника качения приведено на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 Схема выбора полей допусков для местно нагруженных колец

Таблица 4.4 Посадки колец шариковых и роликовых радиальных подшипников на вал и в отверстие корпуса в зависимости от вида нагружения (по ГОСТ 3325 - 85)

Виды нагружения колец

Посадки колец

внутреннего вала

наружного корпуса

Местное

Циркуля-ционное

Колеба- тельное

Рисунок 4.3 Схема расположения полей допусков при посадках подшипников на валы и в отверстия корпусов

Таблица 4.5 Допуски для среднего диаметра отверстия по классам точности шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально – упорных подшипников (по ГОСТ 3325 – 85)

Интервалы номинальных диаметров d, мм	Допуски диаметра отверстия подшипника Ldm , мм
	Классы точности
	0	6	5	4	2
От 0,6 до 3 св. 3 до 6 св. 6 до 10 св. 10 до 18 св. 18 до 30 св. 30 до 50 св. 50 до 80 св. 80 до 120 св. 120 до 180 св. 180 до 250	8 8 8 8 10 12 15 20 25 30	7 7 7 7 8 10 12 15 18 22	5 5 5 5 6 8 9 10 13 15	4 4 4 4 5 6 7 8 10 12	4 4 4 4 4 4 5 5 6,5 9

Таблица 4.6 Допуски для среднего наружного диаметра по классам точности шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально – упорных подшипников (по ГОСТ 3325 – 85)

Интервалы номинальных диаметров D,мм	Допуски наружного диаметра подшипника lDm , мм
	Классы точности
	0	6	5	4	2
От 2,5 до 6 св. 3 до 6 св. 6 до 10 св. 10 до 18 св. 18 до 30 св. 30 до 50 св. 50 до 80 св. 80 до 120 св. 120 до 150 св.150 до 180 св. 180 до 250 св. 250 до 315	8 8 8 8 9 11 13 15 18 25 30 35	7 7 7 7 8 9 11 13 15 18 20 25	5 5 5 5 6 7 9 10 11 13 15 18	4 4 4 4 5 6 7 8 9 10 11 13	3 3 3 3 4 4 4 5 5 6,5 8 10

Рисунок 4.4 - Схема расположения полей допусков на средние наружный диаметр и диаметр отверстия подшипников по классам точности

Рисунок 4.5 - Схема общих обозначений полей допусков на средние наружный диаметр и диаметр отверстия подшипников

По таблицам 4.5 и 4.6 устанавливаются допускаемые отклонения по внутреннему и наружному диаметрам подшипника

В соответствии с выбранными посадками подшипника на вал и в корпус, по таблицам стандарта на допуски и посадки гладких соединений СТ СЭВ 144 – 75 или СТ СЭВ 145 – 75, устанавливаются предельные отклонения на размер вала по системе отверстия и на размер отверстия в корпус по системе вала.

По установленным отклонениям вычерчиваются раздельные схемы расположения полей допусков на соединение внутреннего кольца подшипника с валом и на соединение наружного кольца с корпусом. На схемах проставляются полученные расчетом наименьшее и наибольшее значение натягов и зазоров.

Посадку, назначенную для циркуляционно нагруженного кольца, следует проверить на наличие посадочного зазора G_r , мкм (рис. 4.6).

при посадке подшипника на вал

G_r = G_rem - d₁,

при посадке подшипника в корпус

G_r = G_rem - D₁,

где G_r – посадочный радиальный зазор;

G_rem = 0,5 (G_remax + G_remin ) – средний начальный радиальный зазор, т.е. среднее значение радиального зазора ненагруженного подшипника. Наибольшее и наименьшее значение радиального зазора ненагруженного подшипника (G_remax и G_remin ) устанавливается по таблице 4.7;

Рисунок 4.6 – Радиальный зазор ненагруженного подшипника

d1, D1 – диаметральная деформация дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца соответственно внутреннего или наружного после посадки его на вал или в корпус, мкм. Расчетом определяется величина диаметральной деформации беговой дорожки циркуляционно нагруженного кольца после посадки его на вал или в корпус с натягом. При посадке внутреннего кольца на вал d1 = Nа  d / dо , мкм. При посадке наружного кольца в корпус D1 = Nа  Dо / D, мкм, где Nа  0,85 Nmax – действительный натяг, определенный по наибольшему

натягу N_max, образовавшемуся при посадке циркуляционно нагруженного кольца подшипника на вал или в отверстие корпуса, мкм.

Расчетом определяется значение приведенного диаметра беговой дорожки циркуляционно нагруженного кольца подшипника

для внутреннего кольца

d_о = d + (D – d) / 4, мм;

для наружного кольца

D_о = D – (D – d) / 4, мм.

Если в результате расчетов посадочный зазор отсутствует и в сопряжении образуется натяг, то подшипник нормальной группы зазора необходимо заменить на подшипник 7-ой или 8-ой группы с увеличенным начальным зазором G_rem, мкм.

Рисунок 4.7

При образовании в подшипнике большого посадочного зазора Gr > 70мкм, следует выбирать подшипник из 6-ой группы зазоров, у которого Gremax и Gremin будут меньшими, и следовательно будет меньшим начальный зазор Grem . Оптимальным посадочным зазором Gr в подшипнике считается зазор по величине близкий к нулю, но не равный ему.

Таблица 4.7 – Радиальные зазоры в радиальных однорядных шариковых подшипниках

4.2 ПРИМЕР РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПОСАДОК ДЛЯ ПОДШИПНИКОВОГО УЗЛА

Рассчитать и выбрать посадку для внутреннего и наружного колец радиального, однорядного подшипника № 211, класс точности 0. Результирующая радиальных нагрузок постоянная по направлению R = 11000 Н. Вращается вал. Вал полый . Нагрузка умеренная с малой вибрацией.

РЕШЕНИЕ

Определение технической характеристики шарикоподшипника № 211

d = 55 мм; Д = 100 мм; В = 21 мм

Определение интенсивности нагрузки на посадочной поверхности вала

Р_R = ∙k_п ∙F ∙F_A,

k_п = 1, т.к. ; ; F = 1,4; F_A = 1.

Р_R = 1∙1,4∙1 = 733 .

Определение посадки подшипника.

Посадка внутреннего кольца на вал (циркуляционное нагружение) Р_R = 733 соответствует посадке – k6.

Посадка наружного кольца в отверстие корпуса (местное нагружение) соответствует посадке – Н8.

Определение отклонений посадочных поверхностей вала и отверстия корпуса.

Отклонение вала  55 k6 для посадки внутреннего кольца в системе основного отверстия es = + 21 мкм; ei = + 2 мкм.

Отклонение отверстия корпуса для посадки наружного кольца по системе основного вала  100 Н8; EI = 0; ES = 54 мкм.

Определение отклонений присоединительных размеров подшипника.

Отклонение внутреннего диаметра  55 мм; ESL_dm = 0; EIL_dm = - 15 мкм.

Отклонение наружного диаметра  100 мм; esl_Dm = 0; eil_Dm = - 15 мкм.

Схема полей допусков посадок подшипника.

Посадка на вал

Наименьший натяг N_min = 2 мкм; наибольший натяг N_max = 36 мкм.

Посадка в отверстие корпуса

Наименьший зазор S_min = 0; наибольший зазор S_max = 69 мкм.

Определение величины начального зазора в подшипнике (по основному ряду) S_min = 8 мкм; S_max = 28 мкм.

G_rem = 0,5 (G_remax + G_remin) = 0,5 (28 + 8) = 18 мкм.

Определение приведенного диаметра внутреннего кольца

d₀ = d + = 55 + = 66,25 мм.

Определение величины деформации внутреннего кольца подшипника

∆d₁ = N_a∙ = 25,4 мкм.

Определение величины посадочного зазора

G_r = G_rem - ∆d₁ = 18 – 25,4 = - 7,4 мкм.

При посадке подшипника на вал образовался натяг, поэтому необходимо подшипник выбирать по 7-му дополнительному ряду, у которого S_min = 23 мкм; S_max = 43 мкм.

G_rem = 0,5 (G_remax + G_remin) = 0,5 (43 + 23) = 33 мкм.

В этом случае посадочный зазор будет равен:

G_r = G_rem - ∆d₁ = 33 – 25,4 = 7,6 мкм.

Следовательно, посадка на вал k6 для подшипника № 211 с начальным зазором по 7-му дополнительному ряду выбрана правильно, т.к. оптимальным посадочным зазором G_r в подшипнике считается зазор по величине близкий к нулю, но не равный ему.