Выбор посадок подшипников качения

Весьма важным в обеспечении высокой работоспособности подшипников является выбор посадок колец подшипника с присоединяемыми поверхностями деталей изделия. Основными факторами, определяющими выбор посадок, являются:

– вид нагружения колец подшипника;

– величина нагрузки (интенсивность нагружения);

– частота вращения;

– условия монтажа.

Главным фактором при выборе посадок является вид нагружения наружного и внутреннего колец подшипника.

Схема «вращается вал» (внутреннее кольцо вращается вместе с валом) имеет место у подшипников валов коробок передач, задних колес заднеприводных автомобилей, у роторов электродвигателей. Схема «вращается корпус» (при работе вращается наружное кольцо) лежит в основе работы подшипников передних колес заднеприводных автомобилей, в роликах конвейеров и т.п.

Различают три вида нагружения колец подшипников: местное, циркуляционное и колебательное (рисунок 2.2).

Местное нагружение кольца (М) – вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка F_r постоянно воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения этого кольца и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала и корпуса. Такое нагружение имеет место, когда кольцо не вращается относительно действующей нагрузки (рисунок 2.2, а) или кольцо и нагрузка участвуют в совместном вращении (рисунок 2.2, д, е).

Циркуляционное нагружение кольца (Ц) – вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка воспринимается и передается телами качения в процессе вращения дорожки качения последовательно по всей ее длине и соответственно всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение происходит, когда кольцо вращается относительно постоянной по направлению радиальной нагрузки Р_г с частотой вращения п (рисунок 2.2,, б) или когда нагрузка вращается относительно неподвижного кольца (см. рисунок 2.2, д, е).

Колебательное нагружение кольца (К) – вид нагружения, при котором неподвижное кольцо подшипника подвергается одновременному воздействию радиальных нагрузок: постоянной по направлению F_r ивращающейся F_с (F_r > F_с) (рисунок 2.2, в, г). Их равнодействующая F_r+с совершает периодическое колебательное движение, симметричное относительно направления F_r причем она периодически воспринимается последовательно через тела качения зоной нагружения кольца и передается соответствующим ограниченным участкам посадочной поверхности.

Если F_r < F_c, то нагружение колец может быть местным или циркуляционным в зависимости от схемы приложения вращающихся сил. Кольца, которые остаются неподвижными, будут испытывать циркуляционное нагружение, а кольца, вращающиеся месте с нагрузкой F_с, – местное нагружение (см. рисунок 2.2, д, е). После определения вида нагружения колец подшипников, необходимо принять решение о характере посадок присоединяемых поверхностей колец подшипников с присоединительными поверхностями изделия.

Кольца, испытывающие местное нагружение, без снижения качества подшипников могут допустить использование посадок с небольшим средневероятным зазором, наличие которого необязательно приведет к взаимному смещению, нарушающему неподвижность. Только при малых нагрузках и большой частоте вращения под воздействием отдельных толчков, сотрясений и других факторов может происходить такое смещение (кольцо будет периодически проворачиваться), что в определенной мере может быть полезным, обеспечивая равномерный износ сопрягаемых поверхностей и их долговечность.

Кольца, испытывающие циркуляционное нагружение, должны иметь посадки с гарантированным натягом, исключающим возможность относительных смещений или проскальзывания, так как при появлении зазора в сопряжении будет происходить процесс раскатки колец с разрушительными последствиями.

Допустимые зазоры и натяги для сопряжений колец, испытывающих местное или циркуляционное нагружение, зависят от нагрузки на подшипник и частоты вращения.

При циркуляционном нагружении колец подшипника посадки выбирают по интенсивности радиальной нагрузки на посадочную поверхность.

Задание 2 и порядок его выполнения

2.3.1 Исходные данные для расчета и выбора посадок подшипников качения на вал и в корпус представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета и выбора посадок подшипников качения

Обозначение подшипника	Радиальная нагрузка F, Н	Нагружение	Перегрузка подшипника, %	Особенности конструкции вала или корпуса
внутреннего кольца	наружного кольца
		циркуляционное	местное		Вал сплошной, корпус неразъемный

2.3.2 Определить основные размеры подшипника по ГОСТ 8338 – 75 [3, таблица 16]: d = 20 мм – диаметр внутреннего кольца; D = 42 мм – диаметр наружного кольца; В = 12 мм – ширина колец; r = 1 мм – радиус фаски. Класс точности подшипника – 0.

2.3.3 Выбрать посадку циркуляционно нагруженного кольца из условий интенсивности радиальной нагрузки по формуле

, (2.1)

где P_F – интенсивность радиальной нагрузки, Н/мм; К₁ – динамический коэффициент; К₂ – коэффициент, учитывающий ослабление посадочного натяга при полом вале и тонкостенном корпусе; К₃ – коэффициент неравномерности радиальной нагрузки.

Для заданных условий нагружения подшипникового узла выбираем коэффициенты [7]: К₁ – 1,8 при перегрузке 300 % [3, таблица 17]; К₂ – 1 [3, таблица 18] при сплошном вале и неразъемном корпусе; К₃ – 1 при однорядном подшипнике.

Подставив исходные данные в формулу (2.1), получим

Н/м.

Используя полученное значение P_F по [3, таблица 19], выбираем поле допуска вала , то есть посадку внутреннего кольца подшипника и вала .

При выборе посадки циркуляционного нагруженного наружного кольца воспользоваться рекомендациями, представленными в [3, таблица 20].

Для построения схемы расположения полей допусков посадки внутреннего кольца и вала (рисунок 2.3) по [3, таблица 21] найти отклонение внутреннего кольца подшипника класс точности Р0 или 0 по среднему диаметру ; мкм.

Предельные отклонения для вала найти по [3, таблица 2]. Верхнее и нижнее отклонения располагаются симметрично относительно нулевой линии , поэтому при IT6 = 13 мкм [3, таблица 1].

Вычислить предельные размеры:

наибольший и наименьший средние диаметры внутреннего кольца

,

мм;

,

мм;

наибольший и наименьший диаметры вала

,

мм;

,

мм.

Натяги (зазоры) определить по формулам:

,

мм;

,

,

то есть вместо наименьшего натяга получился зазор.

2.3.4 Для гарантирования неподвижности соединения необходимо, чтобы наименьший табличный натяг циркуляционно нагруженного кольца был больше или равен наименьшему расчетному натягу .

≥ . (2.2)

Наименьший расчетный натяг, мкм, определить по формуле

(2.3)

где К_к – конструктивный коэффициент, определяемый при циркуляционном нагружении:

внутреннего кольца по формуле

; (2.4)

; (2.5)

где d_o и D_о – приведенные диаметры (в мм):

; (2.6)

. (2.7)

Подставив исходные данные из п. 2.2.2 в формулы (2.6) и (2.4) определим:

приведенный диаметр

мм;

конструктивный коэффициент

,

после чего по формуле (2.3) рассчитать наименьший натяг, гарантирующий неподвижность соединения

мкм.

В ранее выбранной посадке , для которой мм, т. е. не соблюдается условие (2.2), поэтому необходимо назначить другую посадку.

По [3, таблица 22] выбираем посадку , для которой мкм, а мкм.

При выборе посадки для циркуляционно нагруженного наружного кольца в отверстие корпуса воспользоваться рекомендациями, представленными в [3, таблица 23].

2.3.5 Построить схему расположения полей попусков для посадки определить основные ее параметры (рисунок 2.4).

Основное отклонение вала по [3, таблица 2] нижнее ei= + 8 мкм, второе отклонение верхнее es = ei + IT6 = 8 + 13 =21 мкм. Предельные диаметры внутреннего кольца вычислены ранее (см. рисунок 2.3).

Наибольший и наименьший диаметры вала:

,

мм;

,

.

Наибольший, наименьший и средний натяги находим по формулам:

,

мм;

,

мм;

,

мм.

2.3.6 Выбрать [3, таблица 25] посадку местно нагруженного кольца, исходя из вида нагружения, конструктивных особенностей (см. п. 2.2.1). в рассматриваемом примере посадка наружного кольца в корпус .

Для построения схемы расположения полей допусков посадки наружного кольца и корпуса (рисунок 2.5) по [3, таблица 21] найти отклонения наружного кольца точности Р0 или 0 по номинальному (среднему) диаметры D_m: es = 0; ei = –11 мкм. Предельные отклонения для диаметра отверстия корпуса найти из [3, таблица 3]. Верхнее и нижнее отклонения располагаются симметрично относительно нулевой линии . Для 7-го квалитета допускается округление, поэтому если IT7 = 25 мкм, то принимаем: ЕS = +12 мкм; EI = –12 мкм.

Вычислить предельные размеры:

наибольший и наименьший средние диаметры наружного кольца

D_m.тax = D_т + es ,

D_m.тax = 42 + 0 = 42 мм;

D_m.min = D_m + ei,

D_m.min = 42 + (–0,011) = 41,989 мм;

наибольший и наименьший диаметры отверстия корпуса

D_max = D + ES ,

D_max = 42 + 0,012 = 42,012 мм;

D_min = D + EI ,

D_min = 42 + (– 0,012) = 41,988мм.

Зазоры (натяги) определить по формулам:

,

мм;

,

.

Наименьший зазор получился со знаком «минус», т. е. получен натяг.

2.3.7 Выполнить эскизы подшипникового узла и деталей с указанием посадок, отклонений размеров, формы и шероховатости поверхностей (рисунок 2.6). Отклонение формы назначить по уровню точности С, по [3, таблица 6, 26], шероховатость по [3, таблица 5].

2.3.8 Выполнить расчет предельных отклонений и исполнительных размеров гладких предельных рабочих калибров и построить схемы расположения их полей допусков.

Перед выполнением этого пункта изучить раздел: «Калибры гладкие для размеров до 500 мм» [4]. На гладкие рабочие калибры установлены допуски по ГОСТ 24853-81. Схемы расположения полей допусков приведены на рисунке 2.7, а их значения находим в [3, таблица 27], где Н и Н₁ – допуски на изготовление калибров для контроля отверстия и вала; Z и Z₁ – смещение полей допусков проходных калибров – скобы и пробки от проходных пределов внутрь полей допусков изделий ; Y и Y₁ – границы износа проходных калибров за проходные пределы (для калибров 9…17-го квалитетов номинальных размеров до 180 мм границы износа совпадают с проходными пределами, то есть Y = Y₁ = 0).

Для рассматриваемого примера по [3, таблица 27] находим: Н = 4 мкм; Z = 3,5 мкм; Y = 3 мкм – допуски калибров – пробок; Н₁ = 4 мкм; Z₁ = 2,5 мкм; Y₁ = 2 мкм – допуски калибров – скоб.

Предельные размеры проходной (Пр) и непроходной (НЕ) калибров – пробок.

, (2.7)

мм.

, (2.8)

мм.

, (2.9)

мм.

, (2.10)

мм.

, (2.11)

Рисунок 2.7 – Схемы расположения полей допусков калибров: а –пробки; б – скобы

мм.

Предельные размеры проходной (Пр) и непроходной (НЕ) калибров – скоб.

, (2.12)

мм.

, (2.13)

мм.

, (2.14)

мм.

, (2.15)

мм.

, (2.16)

мм.

Исполнительные размеры рабочих калибров, проставляемые на чертежах, включают в себя номинальные размеры и допуски на изготовление, а поскольку допуски даются в материал, то исполнительные размеры запишутся следующим образом:

проходной пробки

мм;

мм;

мм;

мм.

2.3.9 Выполнить эскизы (рисунок 2.8) калибров – пробок и калибров – скоб и поставить исполнительные размеры и шероховатость поверхности.

Типы калибров выбрать, изучив рисунок 9.19, 9.20, 9.23 [4].

Выполнить чертежи калибров – пробок, используя ГОСТы 148007 и 14827-69 и калибров – скоб ГОСТ 18360-93. Чертежи поместить в приложение.

2.3.10 Выбор универсальных средств измерения для контроля размеров деталей выполнить по [3, таблица 8] в последовательности, изложенной в п. 1.2.5. результаты выбора внести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты выбора универсальных средств измерения

Условное обозначение отверстия вала	Величина допуска, мкм	Допускаемая погрешность измерения, δ, мкм	Универсальные средства измерения
Пределы допускаемой погрешности,	Наименование и основные метрологические показатели
				Нутромер модель 109 ГОСТ 9244-75 с головкой 2ИГ с ценой деления 0,002 и диапазоном измерения 18…50 мм. Скоба рычажная СР25 ГОСТ 11098-75 с ценой деления 0,002 и диапазоном измерения 0…25 мм.

Тема 3