Посадки подшипников качения, отличия подшипниковых посадок от посадок ГЦС. Выбор подшипниковых посадок.

Выбрать посадки внутреннего и наружного колец подшипника качения на вал и в корпус: N 206, класс точности 6, R=10 кН, перегрузка 150%, вращается вал, dотв/d=0. (d=30 мм, D=62 мм, B=17 мм, r=1,5 мм).

Подшипники делятся на опоры качения и опоры скольжения. В опорах качения используется трение качения, а в опорах скольжения – трение скольжения. Отличие - в первом случае соединение должно быть с натягом у вращающейся части, а во втором возможно образование зазора для размещения слоя жидкостной или пластичной смазки.

Подшипники качения находят более широкое применение, потому что при одинаковой грузоподъемности п.к. имеют меньшее трение в момент пуска, и при умер. частотах вращения меньшее в 2-3 раза осевые размеры. Кроме этого они более просты в обслуживании и подачи смазки, имеют меньшую стоимость, особенно при массовом производстве. Однако п.к. имеют недостатки – большие радиальные габариты, большое сопротивление вращению, при работе на высоких частотах, по сравнению с п.с работающими в условиях жидкостной смазки.

П.к. представляют собой стандартные сборочные единицы изготавливаемые централизовано. Обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным размерам, внутреннему диаметру кольца d, и по наружному диаметру наружного кольца D, и не полный внутренней взаимозаменяемостью между телами качения и дорожками качения.

Полная взаимозаменяемость по присоединительным поверхностям позволяет быстро заменять и мантировать изношенные подшипники качения при сохранении их хорошего качества.

Для сокращения номенклатуры подшипники изготовляют с отклонениями размеров внутренних и наружных диаметров, не зависящими от посадки, по ко­торой их будут монтировать. Для всех классов точности верхнее отклонение присоединительных диаметров принято равным нулю.

Вследствие различных отклонений формы ориентируются по средним значениям. Таким образом, диаметр наружного кольца D_m и внутреннего коль­ца d приняты соответственно за диаметры основного вала и основного отвер­стия. Посадку соединения наружного кольца с корпусом назначают в системе вала, а посадки соединения внутреннего кольца и вала в системе отверстия.

Однако, поле допуска на диаметр внутреннего кольца расположено в "минус" от номинального размера (нулевой линии), а не в плюс как у обычно­го основного отверстия, т.е. не в тело кольца, а вниз от нулевой линии.

При таком перевёрнутом расположении поле допуска отверстия внутрен­него кольца для получения соединения колец с валами с небольшим натягом не нужно прибегать к специальным посадкам. Их можно получать, используя для валов поля допусков переходных посадок (пб, т6, k6, js6 или 5 квалитета точ­ности).

Соединение вала, имеющего одно из указанных полей допусков (кроме js6,js5 и js4) с внутренним кольцом подшипника даёт посадку с небольшим гарантированным натягом. Посадки с большими натягами не применяют из-за тонкостенной конструкции колец подшипников и трудности получения в них требуемых рабочих зазоров.

Предъявляются повышенные требования к овальности и средней конусообразности отверстий и наружной поверхности колец шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников классов точности 5-2 не должны превышать 50% допуска на диаметр D_m, d_m..

К шероховатости посадочных и торцовых поверхностей колец подшип­ников предъявляются также повышенные требования значения параметра R^

(по ГОСТ 2789-73) в табл. 1 стр. 156 (Л.Я. Перель. Подшипники качения. Спра­вочник).

Посадку подшипника качения на вал и корпус выбирают в зависимости от типа и размера подшипника, условий его эксплуатации, значения и характера действующих на него нагрузок и вида нагружения колец.

Различают три вида нагружения: местное, циркуляционное, колебатель­ное.

При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную по направле­нию результирующую радиальную нагрузку F, (натяжение приводного ремня, сила тяжести конструкции) лишь ограниченным участком окружности дорожки качения и передают её соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение возникает, например, когда кольцо не вращается относительно нагрузки.

При циркуляционном нагружении кольцо воспринимает результирую­щую радиальную нагрузку F, последовательно всей окружностью дорожки ка­чения и передаёт её по всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение кольца получается при его вращении и постоянно направленной нагрузки F, или при радиальной нагрузке Fc, вращающейся относительно рас­сматриваемого кольца. При колебательном нагружении невращающееся кольцо воспринимает равнодействующую Fr+c двух радиальных нагрузок (Fr, - постоянна по направлению, Fr - вращается, Fr, > Fc,) ограниченным участком дорожек качения. Fr+c. не совершает полного оборота, а колеблется.

а) местное нагружение (внутреннее кольцо);

б) циркуляционное нагружение (внутреннее кольцо);

в) колебательное нагружение на наружном кольце и циркуляционное на внутреннем.

Рисунок 2 - Виды нагружения колец подшипников

Таблица 2 - Посадки подшипников качения (соединение: корпус - наруж­ное кольцо).

Вид нагружения наружного кольца	Режим работы подшипника	Поле допуска отверстия
Местное	Нормальный или лёгкий Нормальный или тяжёлый Наружное кольцо может переме­- щаться в осевом направлении	Н7 Н8 Js6 Js7
Циркуляционное	Нормальный или тяжёлый	М7 N7
Колебательное	Нормальный или тяжёлый Нормальное кольцо не перемещает­ся в осевом направлении Наружное кольцо легко перемеща­ется в осевом направлении	К7

Таблица 3 - Посадки подшипников качения (соединение: вал - внутрен­нее кольцо).

Вид нагружения внутреннего кольца	Режим работы подшипника	Поле допуска вала
Местное	Лёгкий и нормальный, требуется перемещение внутреннего кольца на валу	g6 h6
Циркуляционное	Лёгкий и нормальный	Js6 К6
Циркуляционное или колебательное	Нормальный или тяжёлый (подшипники роликовые)	m6 n6

Посадки следует выбирать так, чтобы вращающееся кольцо подшипника было смонтировано с натягом, исключающее возможность его проворота. Нев­ращающееся кольцо обычно устанавливают с зазором.

При вращении вала: внутреннее кольцо - с зазором; наружное кольцо - с зазором.

При вращении корпуса: внутреннее кольцо - с зазором; наружное кольцо - с натягом.

Посадку с натягом назначают для кольца, которое испытывает местное нагружение.

Посадку с натягом назначают для кольца, которое испытывает циркуля­ционное нагружение.

Посадки с зазором необходимы для устранения заклинивания шариков и медленного проворачивания кольца под действием случайных толчков и вибра­ций. При этом беговая дорожка равномерно изнашивается и увеличивается дол­говечность подшипника. Однако большие зазоры в посадке приводят к умень­шению точности вращения, разбалансировке, износу и т.д.

Натяг в циркуляционно нагруженных кольцах необходим для обеспече­ния неподвижности соединения кольца, подшипника и сопряжённой детали, т.к. проворачивание кольца приведёт к истиранию поверхности детали и вы-вальцовыванию подшипника.

При циркуляционном нагружении посадки выбирают по интенсивности радиальной нагрузки

где Fr - радиальная нагрузка на опору, в Н или кН;

b - рабочая ширина посадочного места, она определяется: b = В-2r, в мм или м;

В - ширина подшипника;

r - радиус галтели фаски подшипника;

К1 - динамический коэффициент (при перегрузке до 150% и умеренных толчках К1=1, при перегрузке до 300% К1=l,8);

К2 - коэффициент ослабления посадочного натяга при тонкостенном вале или корпусе, при сплошном вале К2=1;

К3 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения ради­альной нагрузки между рядами тел качения при наличии осевой нагрузки.

В посадках подшипников 0 и 6 классов точности применяют поля допус­ков IT7 для отверстий корпусов и IT6 - для валов (для 7 и 8 классов точности подшипников на один квалитет грубее).

Посадки подшипников 5 и 4 класса осуществляют на один квалитет точ­нее, т.е. IT6 - для отверстия, IT5 - для валов.

В том случае, когда выбрать динамический коэффициент затруднительно, можно определять посадку внутреннего кольца с валом по минимальному натя­гу, который определяется

где Fr, - наибольшая радиальная нагрузка на подшипник, кН;

К - коэффициент, зависит от серии: К =2,5 - лёгкая, К =2,3 - средняя, К =2 - тяжёлая серия;

b = В – 2r, мм.

По найденному К2N/min определяем поля допусков как при определении ин­тенсивности радиальной нагрузки.

Во избежании разрыва колец подшипника наибольший натяг посадки не должен превышать допускаемого, который определяется по формуле:

где [s] - допускаемое напряжение при растяжении, для подшипниковой стали [s] = 400 МПа.

Расчёт посадочного натяга при посадке подшипника в корпус (циркуля­ционное нагружение), для наружного кольца выполняется по формуле:

Fr - радиальная нагрузка, кН;

В' - ширина наружного кольца подшипника за вычетом фасок, мм, В' = В - r;

К - поправочный коэффициент, учитывающий ослабление натяга в тон­костенном корпусе;

D - наружный диаметр подшипника;

D0- приведённый внутренний диаметр наружного кольца

Для массивного корпуса К=1.

Расчёт предельного натяга при посадке на вал (циркуляционное нагруже­ние) выполняется:

где d - номинальный диаметр отверстия подшипника, мм;

В' - рабочая ширина посадочного места, мм;

Fr, - радиальная нагрузка на подшипник, Н;

DT - разность температур подшипника и воздуха.

Значение минимального натяга рекомендуется при этом увеличивать на 10-15%.

Задача: Выбрать посадки внутреннего и наружного колец подшипника качения на вал и в корпус: N 206, класс точности 6, радиальная нагрузка R=10кН, перегрузка 150%, вращается вал, dотв/d=0. (внутренний диаметр внутреннего кольца d=30мм, наруж диам наружного кольца D=62мм, ширина колец B=16мм - , ширина фаски r=1,5мм).

Так как перегрузка до 150%, то К₁=1, так как нагрузка равномерная то К₂=1, и из за отсутствия тонкостенного корпуса (вала с отверстием) К₃=1 (один подшипник).

b-рабочая ширина посадочной поверхности кольца подшипника за вычетом фаски

мм

Pr-интенсивность радиальной нагрузки, переводим 10 кН в 10000Н

Н/мм

Так как вращается вал то

мм

мм

Посадка отверстия будет

мм

мм