Расчет и выбор посадок для подшипников качения

4.1 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА И ВЫБОР ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

По ГОСТ 8338 – 83 (СТ СЭВ 3795 – 82) Подшипники шариковые радиальные однорядныепо 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.

Рис. 4.1. Основные параметры шариковых радиальных одноряд – ных 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 – коэффициент учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе приведен в табл. 4.1.

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.

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

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.

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 -	1,2 1,5	1,4 1,7 2,3	1,6	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.

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, т.к. это может привести к быстрому местному износу. При повороте колец в процессе эксплуатации износ подшипника будет происходить равномерно.

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

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

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.

Рис. 4.2. Схема выбора полей допусков для местно нагруженных колец

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

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

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 нагруже-ния колец

Посадки колец

внутреннего вала

наружного корпуса

Местное

Циркуля-ционное

Колеба- тельное

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
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					6,5

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
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					6,5

Рис. 4.4. Схема расположения полей допусков на средние наружный диаметр и диаметр отверстия подшипников по классам точности

Рис. 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 - Dd₁;

при посадке подшипника в корпус

G_r = G_rem - DD₁;

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;

Рис.4.6. Радиальный зазор ненагруженного подшипника

Dd1, DD1 – 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 Dd1 = Nа × d / dо , мкм. При посадке наружного кольца в корпус DD1 = 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.

Рис. 4.7. Параметры подшипника качения

При образовании в подшипнике большого посадочного зазора Gr > 70мкм, следует выбирать подшип-ник 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

Номинальный диаметр, d отверстия подшипника, мм	Размер зазора G re, мкм
наим.	наиб.	наим.	наиб.	наим.	наиб.	наим.	наиб.	наим.	наиб.
Группа зазора
	нормальная
Св. 2,5 до 10 включит. » 10 » 18 » 18 » 24 » 24 » 30 » 30 » 40 » 40 » 50 » 50 » 65 » 65 » 80 » 80 » 100 » 100 » 120 » 120 » 140 » 140 » 160 » 160 » 180 » 180 » 200

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 Æ 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 Æ 100 Н8; EI = 0; ES = 54 мкм.

Определение отклонений присоединительных размеров подшипника.

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

Отклонение наружного диаметра Æ 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.